SiCp-Al復合材料的水導激光加工技術研究.pdf

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

2、的難題，需要研發(fā)出具有針對性的、適合于復合材料加工的特種加工方法。水導激光加工(water-jet guided laser)作為先進的微細特種加工技術，結合了水射流加工和傳統(tǒng)激光加工兩種方法的特點，激光的無接觸式加工避免了機械加工中的刀具損耗和宏觀作用力，同時水流的冷卻作用也使加工質量較傳統(tǒng)激光加工有很大的提高。因此，針對SiCp/Al復合材料，開展水導激光微細加工方法的研究具有實際意義與應用價值。
　　本文首先基于現有的傳統(tǒng)激

3、光加工設備，進行了激光與水柱耦合裝置部分的設計，成功地搭建水導激光加工系統(tǒng)。運用FLUENT流體仿真軟件對耦合裝置內部耦合腔的流場進行流體仿真分析，并結合試驗，驗證耦合裝置設計的合理性，即能夠將液壓系統(tǒng)輸送來的水流調制成水柱光纖，并保證水柱的穩(wěn)定性。
　　其次對水導激光微細加工方法進行了相關研究。利用ANSYS有限元軟件對水導激光加工的單脈沖打孔及多脈沖切槽進行仿真，在仿真過程中同時考慮激光的熱作用與水射流的冷卻作用，研究溫度場的

4、分布及材料去除情況。建立水導激光脈沖打孔過程中，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SiCp/Al復合材料進行仿真研究，建立了兩種模擬SiCp/Al復合材料性能的有限元仿真模型。利用建立的模型進行了水導激光加工過程中的傳熱仿真。通過理論和仿真分析，探討了傳統(tǒng)激光和水導激光加工SiCp/Al復合材料的過程中材料去除機理。
　　最后，調試水導激光加工系統(tǒng)，進行水導激光加工工藝實驗研究。應用傳統(tǒng)激光和水導