激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的可加工性研究

发布时间：2017-06-06 11:09

  本文关键词：激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的可加工性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文研究了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时工艺参数对材料去除率的影响规律,建立了材料去除率回归模型,并对回归模型进行了分析。建立了激光辅助水射流冲击陶瓷时的温度场有限元模型,分析了温度场分布规律。研究了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时工艺参数对切槽宽度、切槽深度和热影响区宽度的影响;以切槽深度最大为优化目标,对工艺参数进行了优化和回归分析。证明了激光辅助水射流切割陶瓷等硬脆材料的可加工性。实验研究了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时工艺参数对材料去除率的影响规律。结果表明,氧化铝陶瓷的材料去除率总体上随着水射流压强和激光泵浦电流的增加而先增大后减小,随着焦平面位置的增加而变化甚微,随着水射流偏置距离的增加而总体上呈减小趋势；激光泵浦电流和水射流压强的影响较大。建立了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的材料去除率回归模型,模型经检验后效果较好。模拟研究了激光辅助水射流冲击工件时的温度场,揭示了模拟温度场的分布规律。建立了激光辅助水射流冲击工件时的温度场有限元模拟模型,研究了脉冲激光功率和激光脉冲频率对模拟温度场的影响。结果表明,工件表面温度随激光作用时间的递增而呈锯齿形状变化,工件内部温度场呈抛物线分布；工件内部温度随着脉冲激光功率和激光脉冲频率的增加而增大。研究了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时工艺参数对切槽宽度的影响。结果表明,与激光切割氧化铝陶瓷相比,激光辅助水射流加工技术切割陶瓷时增大了其切槽宽度,改善了切槽加工质量；切槽宽度随着激光脉冲频率、水射流冲击角度和靶距的增加而增大,随着切割头移动速度的增加而降低。研究了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时工艺参数对切槽深度的影响。结果表明,切槽深度分别随着切割头移动速度和水射流冲击角度的增加而降低,随着激光脉冲频率的增加而略有增大,随着靶距的增加而先增大后降低。研究了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时工艺参数对切槽热影响区宽度的影响。结果表明,热影响区宽度几乎与激光脉冲频率、切割头移动速度、水射流冲击角度无关,随着靶距的增加而增大,随着焦平面位置的增加而减小,随着激光泵浦电流的增加而略有增大或减小或不变。以切槽深度最大为优化目标,对工艺参数进行了优化。结果发现,焦平面位置、偏置距离、切割头移动速度、激光泵浦电流和水射流压强的显著程度依次降低；最佳工艺参数组合为：焦平面位置为-0.2mm、偏置距离为0.4mm、切割头移动速度为1mm／s、激光泵浦电流为42A、水射流压强为12MPa。建立了激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时切槽深度回归模型；回归系数的显著程度从大到小排序依次为焦平面位置、偏置距离、切割头移动速度、激光泵浦电流和水射流压强,其中激光焦平面位置对切槽深度的影响最显著,激光泵浦电流的显著性明显优于水射流压强。
【关键词】：激光辅助水射流加工 材料去除率 温度场 工艺参数优化 切槽深度模型
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG666;TQ174.6
【目录】：

• 摘要11-13
• Abstract13-16
• 第1章 绪论16-27
• 1.1 激光和水射流复合加工技术的研究现状16-21
• 1.1.1 水下激光加工技术16-17
• 1.1.2 水导激光加工技术17-18
• 1.1.3 液体辅助正面激光加工技术18-20
• 1.1.4 水射流辅助激光加工技术20
• 1.1.5 激光辅助水射流加工技术20-21
• 1.2 激光微细加工及其损伤机理的研究现状21-23
• 1.2.1 激光微钻孔及引起的表面损伤21-22
• 1.2.2 激光微细切割和开槽22-23
• 1.3 水射流冲击机理的研究现状23-25
• 1.3.1 平面射流的冷却作用23-24
• 1.3.2 平面射流的冲击作用24-25
• 1.4 激光和水射流复合加工技术研究中存在的问题25-26
• 1.5 本文研究的目的和意义26
• 1.6 本文的主要研究内容26-27
• 第2章 激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷时的材料去除率实验研究27-38
• 2.1 全因素实验研究的冲蚀实验条件27-30
• 2.1.1 实验设备27-28
• 2.1.2 冲蚀实验参数28-29
• 2.1.3 工件材料29-30
• 2.2 工艺参数对材料去除率的影响30-34
• 2.2.1 水射流压强对材料去除率的影响30-31
• 2.2.2 泵浦电流对材料去除率的影响31-33
• 2.2.3 焦平面位置对材料去除率的影响33
• 2.2.4 水射流偏置距离对材料去除率的影响33-34
• 2.3 氧化铝陶瓷去除率的线性回归分析34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 激光辅助水射流加工时温度场的有限元分析38-49
• 3.1 温度场求解38-40
• 3.1.1 微单元热传导38
• 3.1.2 有限元法求解温度场38-40
• 3.2 激光辅助水射流加工时温度场的有限元模拟40-44
• 3.2.1 有限元建模的假设条件40-41
• 3.2.2 有限元建模41-42
• 3.2.3 施加激光热流密度载荷42-43
• 3.2.4 温度场的模拟结果43-44
• 3.3 工艺参数对温度场的影响44-46
• 3.3.1 脉冲激光功率对温度场的影响44-45
• 3.3.2 激光脉冲频率对温度场的影响45-46
• 3.4 温度场有限元模型与材料去除机理的对比分析和结果验证46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的工艺参数优化研究49-65
• 4.1 激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的单因素实验研究49-59
• 4.1.1 实验条件49-50
• 4.1.2 工艺参数对氧化铝陶瓷切槽宽度的影响50-53
• 4.1.3 工艺参数对氧化铝陶瓷切槽深度的影响53-56
• 4.1.4 工艺参数对氧化铝陶瓷切槽热影响区宽度的影响56-59
• 4.2 激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的工艺参数优化59-64
• 4.2.1 实验条件59-61
• 4.2.2 极差分析和结果优化61-62
• 4.2.3 激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的切槽深度模型的建立62-64
• 4.3 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 学位论文评阅及答辩情况表73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王永强;朱华清;严欣茹;韩彩红;巴胜富;;水射流箱体除锈生产线的研制[J];清洗世界;2007年11期

2 辛承梁，李方俊;我国水射流清洗切割现状分析[J];中国安全科学学报;1995年S1期

3 张正学;曹昊翔;刘寿华;成鹏飞;;水射流技术开发和应用综述[J];矿业研究与开发;2006年S1期

4 ;第十三届水射流技术研究及应用技术研讨会在京召开[J];清洗世界;2009年12期

5 刘福Oz，程大中;水射流技术与安全生产[J];中国安全科学学报;1995年S1期

6 ;关于成立水射流技术学会的可行性报告[J];中国安全科学学报;1995年S1期

7 王萍辉;空化水射流清洗的实验研究[J];水力采煤与管道运输;2004年01期

8 马永乾,何英,徐依吉;水射流清洗技术在石油行业中的应用[J];清洗世界;2005年11期

9 司鹄;陈娜;刘佳亮;;基于水射流技术的表面退漆数值实验[J];清洗世界;2013年01期

10 尤明庆,郑友益,郑光相,王胜利;单体支柱水射流清洗机的研制[J];江苏煤炭;1998年03期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 辛承梁;;回顾与展望——水射流技术专业委员会[A];全国第二次安全科学技术学术交流大会论文集[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 刘积舜;水射流：以柔克刚的技术[N];中国石化报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王兴如;基于超高压纯水射流的船壁除锈除漆关键技术与爬壁试验研究[D];大连海事大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 张晨旭;激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的可加工性研究[D];山东大学;2016年

2 陈明;水射流清洗喷嘴内清洗液流动特性分析[D];东北石油大学;2016年

3 程甘霖;水射流清洗除油装置的设计与研究[D];安徽理工大学;2013年

4 薛源;水射流技术及其密封研究[D];合肥工业大学;2010年

5 刘忠伟;基于水射流技术的轧钢机清洗机的研究与开发[D];中南林学院;2005年

6 杨立志;矿井智能型气动水射流除尘设备设计与研究[D];安徽理工大学;2012年

7 夏永军;偏转水射流煤层钻孔的射流特性研究[D];煤炭科学研究总院;2005年

  本文关键词：激光辅助水射流切割氧化铝陶瓷的可加工性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：426178