激光诱导空化微孔冲裁试验研究

发布时间：2021-03-29 20:48

　　针对微尺度下金属箔模具冲孔存在模具挤压磨损、对中困难,激光打孔存在烧蚀、吸收层无法补偿等问题,提出通过激光诱导空泡对金属箔进行加载来实现冲裁小孔的方法。研究了不同激光焦点位置（H=0～4 mm）、激光能量（E=10.3～50.8 mJ）和铜箔厚度（T=20～70μm）对铜箔冲孔的影响,发现激光焦点位置影响明显,当铜箔变形平均深度达到147.0μm后,铜箔发生剪切断裂,可实现冲裁,并且制备的小孔边缘正表面无烧蚀、毛边、裂纹和卷边等缺陷。同时,利用高速摄影仪对激光诱导空化微孔冲裁过程进行研究,结果表明激光诱导空化微孔冲裁过程是激光等离子体冲击波、空泡溃灭冲击波和微射流共同加载的过程。 

【文章来源】：现代制造工程. 2020,(04)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

激光诱导空化微孔冲裁装置原理

每组试验重复5次。试验结果采用VHX-600E型超景深三维显微系统、Olympus公司生产的LEXT OLS4000型激光共聚焦显微镜及HITACHI S-3400 N型扫描电镜(SEM)进行观察。表1 Nd:YAG固体激光器主要技术参量 技术参量 参量值 波长/nm 532 脉宽/ns 7 单脉冲能量/mJ 10.1～61 重复频率/Hz 1～10 焦点直径/μm 115

式中:Ix(λ)为激光束在水中传输距离x后的能量;I0(λ)为激光束到达水面表层时的能量;λ为激光波长;u(λ)为激光束衰减系数,表示激光传输1 m距离后能量衰减的自然对数。由式(1)可知,在激光焦点位置保持不变的情况下,激光在水下的光程一定,激光由水散射和吸收引起的能量损失相同,当激光能量大于液体击穿阈值后,液体就会产生空化效应,此时,高温高压的等离子体会压缩周围的液体向四周辐射产生冲击波,冲击波经过导引孔传导,作用于铜箔上;当激光能量增大时,由激光诱导的空泡所吸收的能量逐渐增大,空泡的直径也逐渐变大,产生的冲击波辐射范围和强度也随之增大;当冲击波作用在铜箔上后,铜箔会发生高应变率变形,冲压后的凹坑深度逐渐变大;在模具孔边缘处,由于空泡的作用,使得铜箔部分区域的压力达到材料的断裂极限,边缘就会产生明显的毛边;当冲击波与微射流作用在整个冲裁模具边缘的强度超过材料的强度极限时,模具孔边缘约束范围内的铜箔被完全冲出,完成小孔的冲裁。改变激光焦点的位置、激光能量以及铜箔厚度等因素,都会对冲裁过程有不同的影响。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微细电火花加工的微冲裁技术研究[J]. 李东坪,曾志杰,杨晓龙,余祖元,范恽,李剑中.  航空制造技术. 2017(03)
[2]强激光水中诱导等离子体冲击波数值模拟[J]. 鲁建英,耿德珅,陈朗.  中国激光. 2015(09)

博士论文
[1]介观尺度薄板高速精密冲裁的应用基础研究[D]. 胡道春.南京航空航天大学 2016



本文编号：3108168