高速激光打孔加工的技术研究

论文摘要

当今对小孔的需求越来越大,而在机械加工中,孔的加工特别是小孔加工是最为困难的,本文是基于激光打孔具有许多优点,进行理论和实际分析。本文通过分析打孔的机理,以便掌握激光与物质相互作用的打孔过程。激光加工的实质是激光将能量传递给被加工材料,被加工材料发生物理或化学变化,从而达到打孔的目的。本文详细介绍了激光打孔设备的各组成部分。利用有限元软件ANSYS对打孔的热场分布进行分析。采用合金钢进行实验,利用测量仪器测量实验数据,并且利用MATLAB软件对激光打孔的工艺进行了分析和研究,得出了激光打孔中的参数:脉冲能量、脉冲数量、脉冲宽度、离焦量、脉冲重复频率,对激光打孔质量的影响,总结出激光打孔的最优参数。本文同时讨论了高速激光打孔的基本原理,利用旋转棱镜对运动工件进行打孔,与传统激光打孔方式相比大大提高了打孔速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光打孔国内外发展现状
• 1.3 激光打孔的优点
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 激光打孔基本原理
• 2.1 激光产生的基本原理
• 2.2 激光与物质的相互作用机理
• 2.2.1 激光与物质作用概述
• 2.2.2 激光与材料相互作用的一般规律
• 2.3 金属对激光的吸收
• 2.3.1 波长
• 2.3.2 材料性质
• 2.3.3 温度
• 2.3.4 表面状况
• 2.4 光致等离子体
• 2.4.1 光致等离子体的形成
• 2.4.2 等离子体在能量传输中的作用
• 2.5 激光加工的基本原理
• 2.6 高速激光打孔原理
• 2.6.1 概要
• 2.6.2 传统激光打孔
• 2.6.3 多脉冲冲击打孔
• 2.6.4 高速打孔技术
• 第三章 激光打孔设备
• 3.1 总体设计
• 3.2 激光器的选择
• 3.3 光学系统
• 3.4 激光电源系统
• 3.5 机械系统
• 3.6 冷却系统
• 第四章 激光打孔的热力学仿真
• 4.1 激光对物质的热作用研究
• 4.1.1 固体材料的内能、比热容及焓
• 4.1.2 材料内部传导研究方法的讨论
• 4.2 热传导问题的有限差分法计算
• 4.2.1 有限差分方法及结点分类
• 4.2.2 热传导及热交换满足的基本定律
• 4.2.3 不同结点的差分方程式研究
• 4.3 有限元软件热学分析
• 4.3.1 有限元软件ANSYS 简介
• 4.3.2. ANSYS 相变分析
• 4.3.3 潜热和焓
• 4.3.4 相变分析的基本思路及求解设置
• 4.4 多脉冲作用下激光打孔求解仿真
• 4.4.1 仿真主要参数
• 4.4.2 有限元模型的建立和网格划分
• 4.4.3 多脉冲ANSYS 仿真结果及分析
• 第五章 激光打孔实验工艺分析
• 5.1 激光打孔检测装置
• 5.2 激光打孔工艺分析
• 5.2.1 激光的能量密度对打孔的影响
• 5.2.2 脉冲宽度对打孔的影响
• 5.2.3 激光脉冲数目对打孔的影响
• 5.2.4 离焦量与孔型质量的关系
• 5.2.5 脉冲重复频率对打孔的影响
• 5.2.6 辅助气体对打孔质量的影响
• 结论
• 致谢
• 参考文献