微磨料水射流加工高碱铝硅酸盐玻璃的仿真和实验研究

发布时间：2020-10-31 02:09

　　 随着手机、平板电脑等电子设备的热销,对屏幕盖板玻璃的需求也日渐增长。目前,屏幕盖板玻璃主要使用高碱铝硅酸盐玻璃,这种玻璃材料具有很高的硬度和抗划伤性能,受到厂商和消费者的青睐。其切割方式主要是激光加工或刀轮切割,这些加工方式各有不足之处。微磨料水射流加工技术是一种常用的冷加工技术,加工切口表面质量高,且无热影响区,这为屏幕盖板玻璃的切割提供了新思路。本文首先设计并搭建了微磨料水射流加工实验平台。微磨料水射流加工实验平台主要包括五个部分:用于提供高压水的供压系统、用于输送磨料的供料系统、用于将水的压力能转化为动能的喷射系统、用于控制喷嘴运动轨迹的运动控制系统以及辅助系统。本课题选择最大供压35MPa的增压设备作为供压和供料系统以及高精度、运动灵活的工业机器人作为运动控制系统,并设计喷射系统以防止泄漏。此外还设计辅助系统对射流的溅射进行控制以及对磨料进行回收利用。其次,通过数值模拟对射流冲击工件前后的磨料分布进行仿真。仿真先分析了在本实验平台的压力下纯水射流冲击工件时的压力分布,确定了磨料在材料去除中起主要作用;之后对射流冲击工件前后的磨料分布进行仿真,获得了不同位置磨料的速度大小及冲击角度,以此为依据对工件的不同位置的材料去除过程进行分析:射流直径范围内的磨料对工件主要进行大角度的冲蚀,使工件表面产生裂纹,而裂纹的扩展将导致材料去除;射流直径范围外的磨料主要以小角度冲蚀工件,对工件表面造成微切削的作用。最后,通过实验对0.6mm厚的高碱铝硅酸盐玻璃进行切割加工和钻孔加工。通过改变加工参数分析磨料浓度和喷射靶距对切口尺寸的影响趋势,实验结果显示磨料浓度和喷射靶距的增加均会增大切口尺寸。此外,通过实验现象和切口形貌对切口的形成过程进行分析,并指出加工时射流冲击切口之后的流向是微磨料水射流切割加工和钻孔加工的主要不同之处。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ171.1
【部分图文】：

随着手机、平板电脑等电子产品的飞速发展，人们对于其显示屏幕的耐用性要求不断提高。电子产品的盖板玻璃材质主要是钠钙玻璃(Soda Lime Glass)、高碱铝硅酸盐玻璃(Alkali-Aluminosilicate Glass)以及人造蓝宝石(Alkali-AluminosilicateGlass)。钠钙玻璃主要在功能机时代使用，价格低廉，但其表面抗划伤性能不足，长时间使用屏幕会被刮花；到智能机时代，高碱铝硅酸盐玻璃由于其具有较高的强度以及抗划伤能力而逐渐替代了钠钙玻璃；人造蓝宝石价格昂贵，仅有极少数手机的屏幕使用。高碱铝硅酸盐玻璃中添加了氧化铝和稀土元素，并通过离子交换使玻璃表层产生强大的残余应力，玻璃因而获得了较高的硬度和抗磨损的能力。目前高碱铝硅酸盐玻璃主要生产厂商为美国康宁玻璃、日本旭硝子玻璃和德国肖特玻璃，市场上大多使用康宁公司的大猩猩玻璃(Corning Gorilla Glass)作为手机的盖板玻璃。近几年来，手机和平板电脑销售火热，屏幕盖板玻璃的需求随之迅速增长。根据 Displaysearch 统计[1]，2017 年盖板玻璃的需求将近三千万平方米，并预计会逐渐增长，到 2020 年将超过四千万平方米，如图 1-1 所示。

图 1-2 高效率的激光辅助磨削方法[19]也对玻璃切削进行了很多研究。20响因素，通过实验得出了加工 2mm同年，Ying-TungChen 等人[22]使用 作为模具加工，得到直径小于 10007 年，许国良等人[23]对双束 CO2激果建立了加工时的热应力数学模型，小温度梯度，提高加工质量。2008工有机玻璃的前沿形貌的影响，并磊等人[25]研究了固结磨料研磨工艺参的影响，并通过实验总结出了最佳加工玻璃，仿真了加工时的温度场切割钠钙玻璃样品上的裂纹扩展方向热的微波热裂法切割技术，开发出钙玻璃等硬脆材料进行热裂法切割

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文供料系统由磨料罐和液压阀组成，如图 2-5 所示。磨料罐容积为 4L力 35MPa。磨料的加注使用连通器原理，从位于底部的磨料加注口灌入磨料罐，由于加注高度高于磨料罐顶部，因此，磨料悬浮液能够。加工时，磨料罐顶部和底部的截止阀被打开，供压系统提供的高压磨料罐，使磨料罐中的混合液产生高压，并从底部流入喷射系统。高止压力过高对各个部件造成损害。
【参考文献】

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本文编号：2863308