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。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將電解加工與激光加工進行復(fù)合的新型加工方法。該方法通過施加與聚焦激光束同軸的帶負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,同時被陰極化的噴射電解液柬對加工區(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程和噴射電解液束作用材料的電解過程之間的交互作用等有待研究的學(xué)科交叉知識點。
　　 本文以實現(xiàn)噴射液束電解-激光復(fù)合加工技術(shù)為主要目的,進行了以下研究工作:
　　 1.根據(jù)水溶液對激光的吸收、散射的理論分析,采用自行設(shè)計制造的裝置實驗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)計噴射液束電解-激光復(fù)合加工試驗系統(tǒng)提供了重要的理論與試驗依據(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振原理,通過對電解液中懸臂梁不銹鋼靶材在激光作用后的振動測試,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)合加工特點的分析,總結(jié)出了該加工方法對試驗系統(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)合加工條件的試驗系統(tǒng),并對關(guān)鍵部件--噴射裝置進行了分析和優(yōu)化設(shè)計。
　　 4.根據(jù)對激光加工熱-力作用機理和電解加工電化學(xué)作用機理的分析,基于溫度場和電場理論,建立了噴射液束電解-激光復(fù)合加工二維數(shù)學(xué)模型,利用時域上獨立計算,空域上邊界迭加變換的方法,采用有限元分析軟件進行了數(shù)值模擬并進行了試驗驗證,揭示了噴射液束電解-激光復(fù)合加工的作用

5、機理,為后續(xù)試驗研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 5.采用自行研制的試驗系統(tǒng),利用納秒紅外激光、毫秒綠光激光對不銹鋼材料、鎳基高溫合金材料進行了噴射液束電解-激光復(fù)合加工的試驗研究,證實了噴射液束電解-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)的對比試驗結(jié)果,總結(jié)出了該復(fù)合加工的基本工藝規(guī)律。
　　 通過上述