微水射流導(dǎo)引激光精密打孔過程的傳熱與流動分析.pdf

1、微水射流導(dǎo)引激光束精密加工是一項(xiàng)世界性的前沿技術(shù)，綜合了激光加工和水射流切割的優(yōu)點(diǎn)，具有相當(dāng)優(yōu)異的加工性能。同時(shí)，相對于傳統(tǒng)激光加工方法這種技術(shù)存在著更多的影響因素。激光、水射流及工件材料三者之間的相互作用也甚為復(fù)雜。本文研究微水射流導(dǎo)引激光束精密打孔的動力學(xué)過程，著重從工程熱物理和流體力學(xué)的基礎(chǔ)出發(fā)對此過程中的傳熱及流動現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，首次采用Finite Volume Method(FVM)方法建立了描述其間的物理過程的數(shù)值模型。

2、進(jìn)行的研究工作和主要成果：
　　 1.建立了微水射流導(dǎo)引激光束打孔的三維數(shù)值模型，采用動邊界實(shí)時(shí)賦值法對打孔過程進(jìn)行動態(tài)模擬，將打孔過程分為三個(gè)階段分別為初始階段、傳播階段、冷卻階段，并分析其間復(fù)雜的熱力學(xué)及流動過程。考慮了工件材料隨著溫度變化的熱力學(xué)特性、熔化相變、材料的去除及邊界的運(yùn)動。分析過程中的溫度分布規(guī)律，預(yù)測了孔的傳播速度，獲得了孔的成形規(guī)律，并定量分析水射流的冷卻效應(yīng)。
　　 2.雙脈沖激光作為一種新型激光

3、加工技術(shù)，比傳統(tǒng)激光有更高的加工性能。對雙脈沖激光應(yīng)用于水射流導(dǎo)引激光打孔進(jìn)行了探索，模擬其傳熱過程，考慮了不同延遲時(shí)間下的鉆孔過程，分析延遲時(shí)間對打孔效率和加工質(zhì)量的影響，得到在給定激光模式下的最佳延遲時(shí)間(對材料硅的最佳延遲時(shí)間是0.6ms)，并分析影響最佳延遲時(shí)間的因素。
　　 3.對打孔過程中熔池內(nèi)部的流動和傳熱進(jìn)行了模擬和分析，得到了不同時(shí)刻熔池內(nèi)的流場和溫度分布，計(jì)算結(jié)果顯示：孔剛形成時(shí)孔的傳播速率要大于停滯區(qū)界面的