SiCp-Al復(fù)合材料的水導(dǎo)激光加工技術(shù)研究.pdf

1、航空航天技術(shù)的不斷進(jìn)步促進(jìn)了具有先進(jìn)復(fù)合材料制備與加工的發(fā)展。碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基(SiCp/Al)復(fù)合材料作為一種新型的復(fù)合材料，具有高比強(qiáng)度、高比剛度、良好的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于SiCp/Al復(fù)合材料中碳化硅(SiC)增強(qiáng)顆粒的高硬度，利用傳統(tǒng)機(jī)械加工不僅刀具磨損嚴(yán)重，成本較高，而且加工效率相對(duì)較低，從而限制了SiCp/Al復(fù)合材料的應(yīng)用。
　　為了解決傳統(tǒng)加工方法加工SiCp/Al復(fù)合材料

2、的難題，需要研發(fā)出具有針對(duì)性的、適合于復(fù)合材料加工的特種加工方法。水導(dǎo)激光加工(water-jet guided laser)作為先進(jìn)的微細(xì)特種加工技術(shù)，結(jié)合了水射流加工和傳統(tǒng)激光加工兩種方法的特點(diǎn)，激光的無(wú)接觸式加工避免了機(jī)械加工中的刀具損耗和宏觀作用力，同時(shí)水流的冷卻作用也使加工質(zhì)量較傳統(tǒng)激光加工有很大的提高。因此，針對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料，開(kāi)展水導(dǎo)激光微細(xì)加工方法的研究具有實(shí)際意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先基于現(xiàn)有的傳統(tǒng)激

3、光加工設(shè)備，進(jìn)行了激光與水柱耦合裝置部分的設(shè)計(jì)，成功地搭建水導(dǎo)激光加工系統(tǒng)。運(yùn)用FLUENT流體仿真軟件對(duì)耦合裝置內(nèi)部耦合腔的流場(chǎng)進(jìn)行流體仿真分析，并結(jié)合試驗(yàn)，驗(yàn)證耦合裝置設(shè)計(jì)的合理性，即能夠?qū)⒁簤合到y(tǒng)輸送來(lái)的水流調(diào)制成水柱光纖，并保證水柱的穩(wěn)定性。
　　其次對(duì)水導(dǎo)激光微細(xì)加工方法進(jìn)行了相關(guān)研究。利用ANSYS有限元軟件對(duì)水導(dǎo)激光加工的單脈沖打孔及多脈沖切槽進(jìn)行仿真，在仿真過(guò)程中同時(shí)考慮激光的熱作用與水射流的冷卻作用，研究溫度場(chǎng)的

4、分布及材料去除情況。建立水導(dǎo)激光脈沖打孔過(guò)程中，水流沖擊材料的仿真模型，研究水流壓力與速度的分布規(guī)律。
　　對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料進(jìn)行仿真研究，建立了兩種模擬SiCp/Al復(fù)合材料性能的有限元仿真模型。利用建立的模型進(jìn)行了水導(dǎo)激光加工過(guò)程中的傳熱仿真。通過(guò)理論和仿真分析，探討了傳統(tǒng)激光和水導(dǎo)激光加工SiCp/Al復(fù)合材料的過(guò)程中材料去除機(jī)理。
　　最后，調(diào)試水導(dǎo)激光加工系統(tǒng)，進(jìn)行水導(dǎo)激光加工工藝實(shí)驗(yàn)研究。應(yīng)用傳統(tǒng)激光和水導(dǎo)