噴射液束電解--激光復(fù)合加工的基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展,集成創(chuàng)新成為制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)。噴射液束電解-激光復(fù)合加工正是基于制造技術(shù)集成創(chuàng)新理念而提出的一項(xiàng)將電解加工與激光加工進(jìn)行復(fù)合的新型加工方法。該方法通過(guò)施加與聚焦激光束同軸的帶負(fù)電噴射電解液束形成工具陰極,并和激光束共同作用于工件,其加工原理是以激光加工為主快速去除材料,同時(shí)被陰極化的噴射電解液柬對(duì)加工區(qū)的沖刷、冷卻和電解作用在線去除激光加工所產(chǎn)生的再鑄層。該方法涉及激光在電解液中的衰減特性、激光在電解液中作用于

2、金屬靶材的力學(xué)效應(yīng)以及激光作用材料的熱物理過(guò)程和噴射電解液束作用材料的電解過(guò)程之間的交互作用等有待研究的學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)。
　　 本文以實(shí)現(xiàn)噴射液束電解-激光復(fù)合加工技術(shù)為主要目的,進(jìn)行了以下研究工作:
　　 1.根據(jù)水溶液對(duì)激光的吸收、散射的理論分析,采用自行設(shè)計(jì)制造的裝置實(shí)驗(yàn)研究了激光在電解液中的衰減特性及電解液濃度和溫度的影響,為設(shè)計(jì)噴射液束電解-激光復(fù)合加工試驗(yàn)系統(tǒng)提供了重要的理論與試驗(yàn)依據(jù)。
　　 2.根

3、據(jù)激光在液體中作用于金屬靶材產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)的理論分析,基于壓電加速度傳感器測(cè)振原理,通過(guò)對(duì)電解液中懸臂梁不銹鋼靶材在激光作用后的振動(dòng)測(cè)試,研究了電解液中激光作用于金屬靶材的力學(xué)效應(yīng),分析了噴射液束電解-激光復(fù)合加工中激光熱-力效應(yīng)去除材料的作用機(jī)理,揭示了激光在電解液中作用于金屬靶材的力學(xué)效應(yīng)有利于排除金屬熔化物而減薄再鑄層。
　　 3.基于噴射液束電解-激光復(fù)合加工特點(diǎn)的分析,總結(jié)出了該加工方法對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的總體技術(shù)要求。根據(jù)這

4、些技術(shù)要求以及激光在電解液中的衰減特性和力學(xué)效應(yīng)的研究結(jié)果,研制了符合噴射液束電解-激光復(fù)合加工條件的試驗(yàn)系統(tǒng),并對(duì)關(guān)鍵部件--噴射裝置進(jìn)行了分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 4.根據(jù)對(duì)激光加工熱-力作用機(jī)理和電解加工電化學(xué)作用機(jī)理的分析,基于溫度場(chǎng)和電場(chǎng)理論,建立了噴射液束電解-激光復(fù)合加工二維數(shù)學(xué)模型,利用時(shí)域上獨(dú)立計(jì)算,空域上邊界迭加變換的方法,采用有限元分析軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,揭示了噴射液束電解-激光復(fù)合加工的作用

5、機(jī)理,為后續(xù)試驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 5.采用自行研制的試驗(yàn)系統(tǒng),利用納秒紅外激光、毫秒綠光激光對(duì)不銹鋼材料、鎳基高溫合金材料進(jìn)行了噴射液束電解-激光復(fù)合加工的試驗(yàn)研究,證實(shí)了噴射液束電解-激光復(fù)合加工的可行性,復(fù)合加工在保持激光加工相對(duì)高的加工效率的前提下,使再鑄層厚度減薄至5μm以下,而且加工表面無(wú)熱影響區(qū),加工精度更好。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)不同工藝參數(shù)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)出了該復(fù)合加工的基本工藝規(guī)律。
　　 通過(guò)上述