超声振动与射流辅助激光复合加工系统设计

发布时间：2020-04-22 10:23

【摘要】：超声加工、激光加工与水射流加工作为三种重要的特种加工方法,各自具有独特的优势,被广泛的应用于航空航天、机械电子等领域。随着材料科学的快速发展,单一的特种加工方法已经很难满足加工生产的需要,复合加工方法将逐渐成为加工制造的主要技术。超声振动与射流辅助激光加工作为一种新型的复合加工方法,结合了上述三种加工方法的优点。其加工原理为:在激光加工时,辅助以垂直方向的超声振动与一定角度的射流冲击,克服了传统激光加工中热影响区大、加工表面重铸层多等缺陷,提高了激光利用率与加工表面质量。但超声振动与水射流辅助激光加工系统目前尚不成熟,振动测量方法的选择、超声频率的选取与射流系统的设计等仍存在相应的问题。本文基于以上原因,优化设计了一套超声振动与射流辅助激光加工系统,并通过试验分析了系统的可靠性,主要工作如下:(1)结合国内外相关文献,总结了超声振动辅助激光与水射流辅助激光研究现状,指出了超声振动系统、射流系统与位移检测系统中存在的不足之处,设计了一套超声振动与水射流辅助激光加工系统。(2)设计了柔性铰链超声振板,为减小振板振幅衰减,采用小弹性立柱替换原有大弹性PVC塑料。为消除系统误差,在原有基础上增加了振动箱体与激光加工平台之间的螺栓连接。运用ANSYS Workbench建立超声振动系统物理模型,通过模态分析确定了换能器激振频率,在此基础上,进行超声振板谐响应分析。分析结果表明:单换能器作用下,柔性振板振幅增加三倍,幅值达到2.6微米;双换能器作用下柔性振板振幅同样有所增加,幅值达到4.8微米。(3)改变了传统接触式加速度传感器测量位移的方案,基于测什么运动量用什么传感器的原则,选用高精度激光位移传感器进行振板振幅的测量,避免了实际测量过程中带来的噪声和相移等误差。(4)设计了水射流系统,实现了一头多压的射流方案。分析影响电机转速的参量,设计出四套水射流系统方案,进行分析对比,确定方案二作为最终实验方案。运用Fluent软件,进行喷嘴空化模型仿真,确定出最优喷嘴锥角。以无空化现象为前提,进行喷嘴冲击平板外流场仿真,对比分析射流角度对材料表面冲击压力的影响。进行射流冲击槽体仿真研究,搞清了槽内流场分布状态。(5)运用设计的系统辅助激光切割硬质合金与氮化硅陶瓷,试验分析系统的适用性。
【图文】：

喷嘴结构,振动检测系统,激光三角法测量,水下激光

图 1. 4 UWLM 方法原理图.....................................................................................................7图 1. 5 超声水下激光加工原理图..........................................................................................7图 2. 1 试验系统设计示意图..................................................................................................9图 2. 2 超声波发生器............................................................................................................11图 2. 3 振动检测系统图........................................................................................................11图 2. 4 激光三角法测量原理图............................................................................................12图 2. 5 激光位移传感器实验初试过程图............................................................................13

示意图,研究现状,水射流,激光加工

试验系统设计示意图
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG666

【参考文献】