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水导引激光耦合机理及加工试验研究

作　者: 初杰成
导　师: 王扬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 水导引激光切割 耦合 全反射
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


水导引激光加工技术是一种新的复合加工技术,近年来越来越受到国内外学者的关注。其与普通激光加工相比较,有加工距离长、热作用区小、加工效率高和工件冷却效果好等优势,已在微电子、医疗、航空制造等微细加工领域得到了应用。本文在研究了高斯光束的质量、水射流稳定性原理、激光在水中的衰减原理及激光与材料作用原理等与水导引激光耦合机理相关的原理基础上,设计制作了水导引激光加工关键部件——耦合喷嘴装置,并建立了水导引激光加工试验系统。在Lumonics JK702 Nd:YAG固体脉冲式激光器上,采用单因素试验法分别对不锈钢1Cr18Ni9Ti、钛合金TC1、弹簧钢65Mn、电木(酚醛树脂)和单晶硅Si材料进行了水导引激光打孔和切槽的试验研究。试验结果表明:喷嘴直径的大小受激光能量和光斑大小的制约,同时喷嘴直径及材料也影响水导引激光的能量及加工质量,试验中采用直径为0.35mm的钛合金TC1喷嘴,当单脉冲激光能量达到一定值时,喷嘴被激光烧坏。采用直径为0.18mm的铜喷嘴,在适合的单脉冲激光能量下,加工出0.107mm宽的槽,槽宽均匀,表面熔渣少,热影响区小。当其它试验条件不变时,喷嘴直径越大,水导引激光能量密度越小,加工孔径和槽宽越大,加工深度越浅,加工的表面质量越差。孔深和槽宽随加工时间的增加而增加,由于加工过程中水的冷却作用,在加工到一定深度后,加工的速度会越来越慢。加工孔径和槽宽随单脉冲激光能量增加而增大。随着加工间隙的增加,加工效率降低,加工间隙从22mm到32mm之间变化时,加工效率高。采用优化的水导引激光加工参数,对材料去除效率高,加工质量好,不产生污染空气的加工产物。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8-10
  1.2 水导引激光加工技术的国内外研究现状  10-13
    1.2.1 激光加工技术的国内外研究现状  10
    1.2.2 水射流切割技术的国内外研究现状  10-11
    1.2.3 水导引激光加工技术的国内外研究现状  11-13
  1.3 课题的主要研究内容  13-14
第2章 水导引激光耦合机理研究  14-28
  2.1 激光束的质量  14-18
    2.1.1 激光束的特征参数  14-15
    2.1.2 光学聚焦系统原理  15-18
  2.2 水射流稳定原理  18-19
    2.2.1 水射流的破碎长度和最大工作长度  18-19
    2.2.2 自由水射流的缩流现象  19
  2.3 激光在水中的衰减原理  19-21
  2.4 激光与材料的作用原理  21-22
  2.5 水导引激光耦合机理  22-27
    2.5.1 水导引激光耦合条件  23-24
    2.5.2 水束中光线的传输原理  24-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 水导引激光加工试验系统设计  28-35
  3.1 水导引激光加工试验系统总体结构设计  28-29
  3.2 耦合装置设计  29-31
    3.2.1 耦合装置结构  29-30
    3.2.2 喷嘴体及喷嘴的结构设计  30-31
    3.2.3 喷嘴材料的选择  31
  3.3 水液压系统的设计  31-34
    3.3.1 水液压系统的组成  31-32
    3.3.2 液压泵选用  32
    3.3.3 液压辅助元件的选定  32-34
  3.4 数控工作台及激光器选用  34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 水导引激光加工试验及结果分析  35-50
  4.1 试验方案  35
  4.2 试验结果  35-43
    4.2.1 水导引激光打孔  35-39
    4.2.2 水导引激光切槽  39-43
  4.3 试验结果分析  43-49
    4.3.1 水导引激光加工质量的影响因素  43-44
    4.3.2 水导引激光打孔试验分析  44-47
    4.3.3 水导引激光切槽试验分析  47-49
  4.4 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-54
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  54
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用说明书  54
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  54-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 特种加工机床及其加工 > 光能加工设备及其加工
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