超声辅助激光加工装置的设计及其在材料加工中的应用

发布时间：2020-10-26 09:07

　　 超声加工和激光加工是近来较为常见的特种加工工艺。由于其具有较好的加工优势,故被广泛应用于航空航天,电子电路器件以及精密机械等行业。超声辅助激光加工是把两者的优势复合的工艺方法。其加工原理:在激光加工的同时超声振动信号激励加工物体作高频的微米级振动,即激光加工为主要加工,超声振动系统辅助加工,物体的高频振动能够加快激光烧蚀区域的空气流动,同时对加工的残渣起到振动抛出的效果,一方面提高了激光的利用率,另一方面降低了熔渣残留在加工表面形成重铸层。现在对超声辅助激光加工的研究还比较少,一些学者对其复合加工机理做了研究,目前对超声辅助激光加工装置的设计和制造还没有一套完整的方案。本文基于此,对超声辅助激光加工装置的设计制造作了以下几点研究:(1)总结超声辅助激光加工的国内外现状,提出对超声振动辅助系统设计的要求。要求设计的超声振动系统能够有助于激光加工,能激励试样做到加工的同时自身沿着纵向做微米级的高频振动,对于不同的加工条件,振动系统能够方便的做出参数调节和改变。(2)对超声振动系统进行有限元分析,分别研究了振板的厚度,换能器的个数,频率和布置方式对振板振动特性的影响。最后得出超声振动系统中各部分参数最优的选择。主要有,振板的尺寸为250mm×150mm×1.5mm,换能器采用3个频率28KHz的沿着振板中线均匀布置方式,用有限元分析超声振动系统可达到振幅3.89μm的高频振动。(3)设计制造了超声振动系统,具体选择了无极调频的超声发生器以及振动系统中包括箱体的加工,夹具的设计加工,整体装置的调试等。(4)对研制的超声振动系统测试,设计并搭建了用压电式加速度传感器测量振幅的装置,得出系统平均能达到振幅3.59μm的高频振动。把研制的超声振动系统与激光设备复合对氮化硅陶瓷切槽,得出试验结果,有超声辅助的槽更深,槽底的微观形貌要优于无超声辅助的情况。本文研究一种新型的复合加工技术,把超声振动引入激光加工,弥补了激光加工的不足,对难加工材料的切槽、打孔等工艺具有很高的应用价值,满足对材料加工质量更高的要求,并提供了专用的复合装置,实现更好的加工效果。
【学位单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN249
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
第一章 绪论
    1.1 激光加工技术简介
    1.2 超声辅助激光加工技术现状
        1.2.1 超声加工技术
        1.2.2 激光复合加工技术
        1.2.3 超声辅助激光复合加工技术发展现状
    1.3 超声振动系统研究现状
    1.4 本论文课题来源与主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 本论文主要研究内容
    1.5 本章小结
第二章 超声振动系统的理论和分析方法
    2.1 薄板的振动理论
    2.2 薄板振动的计算方法
    2.3 基于ansys软件的振动分析方法
        2.3.1 ansys用于换能器分析的类型
        2.3.2 ansys软件分析步骤
    2.4 本章小结
第三章 超声振动系统主要参数设计与有限元分析
    3.1 超声振动系统建模
    3.2 振板的设计分析
    3.3 换能器的布置方式与参数设计研究
        3.3.1 单换能器激励的分析
        3.3.2 双换能器激励的分析
        3.3.3 三个换能器激励的分析
        3.3.4 换能器的布置对于超声振动系统的分析
        3.3.5 仿真结果以及各参数的选择
    3.4 本章小结
第四章 超声辅助激光加工装置结构设计
    4.1 总体设计
    4.2 激光加工系统的选择
    4.3 超声振动系统的设计
        4.3.1 超声振动系统设计
        4.3.2 夹具设计
        4.3.3 支撑箱体设计
    4.4 水流进给装置设计
    4.5 本章小结
第五章 超声振动系统试验装置的测试研究
    5.1 振动量测量方法与装置研究
    5.2 振动测试试验
        5.2.1 离线式测试
        5.2.2 在线式测试
    5.3 超声辅助激光加工系统的应用实验
        5.3.1 材料的选择
        5.3.2 试验结果
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果

【参考文献】

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本文编号：2856796