針對微尺度下金屬箔模具沖孔存在模具擠壓磨損、對中困難,激光打孔存在燒蝕、吸收層無法補償?shù)葐栴},提出通過激光誘導空泡對金屬箔進行加載來實現(xiàn)沖裁小孔的方法。研究了不同激光焦點位置（H=0～4 mm）、激光能量（E=10.3～50.8 mJ）和銅箔厚度（T=20～70μm）對銅箔沖孔的影響,發(fā)現(xiàn)激光焦點位置影響明顯,當銅箔變形平均深度達到147.0μm后,銅箔發(fā)生剪切斷裂,可實現(xiàn)沖裁,并且制備的小孔邊緣正表面無燒蝕、毛邊、裂紋和卷邊等缺陷。同時,利用高速攝影儀對激光誘導空化微孔沖裁過程進行研究,結果表明激光誘導空化微孔沖裁過程是激光等離子體沖擊波、空泡潰滅沖擊波和微射流共同加載的過程。 

【文章來源】：現(xiàn)代制造工程. 2020,(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

激光誘導空化微孔沖裁裝置原理

每組試驗重復5次。試驗結果采用VHX-600E型超景深三維顯微系統(tǒng)、Olympus公司生產的LEXT OLS4000型激光共聚焦顯微鏡及HITACHI S-3400 N型掃描電鏡(SEM)進行觀察。表1 Nd:YAG固體激光器主要技術參量 技術參量 參量值 波長/nm 532 脈寬/ns 7 單脈沖能量/mJ 10.1～61 重復頻率/Hz 1～10 焦點直徑/μm 115

式中:Ix(λ)為激光束在水中傳輸距離x后的能量;I0(λ)為激光束到達水面表層時的能量;λ為激光波長;u(λ)為激光束衰減系數(shù),表示激光傳輸1 m距離后能量衰減的自然對數(shù)。由式(1)可知,在激光焦點位置保持不變的情況下,激光在水下的光程一定,激光由水散射和吸收引起的能量損失相同,當激光能量大于液體擊穿閾值后,液體就會產生空化效應,此時,高溫高壓的等離子體會壓縮周圍的液體向四周輻射產生沖擊波,沖擊波經(jīng)過導引孔傳導,作用于銅箔上;當激光能量增大時,由激光誘導的空泡所吸收的能量逐漸增大,空泡的直徑也逐漸變大,產生的沖擊波輻射范圍和強度也隨之增大;當沖擊波作用在銅箔上后,銅箔會發(fā)生高應變率變形,沖壓后的凹坑深度逐漸變大;在模具孔邊緣處,由于空泡的作用,使得銅箔部分區(qū)域的壓力達到材料的斷裂極限,邊緣就會產生明顯的毛邊;當沖擊波與微射流作用在整個沖裁模具邊緣的強度超過材料的強度極限時,模具孔邊緣約束范圍內的銅箔被完全沖出,完成小孔的沖裁。改變激光焦點的位置、激光能量以及銅箔厚度等因素,都會對沖裁過程有不同的影響。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于微細電火花加工的微沖裁技術研究[J]. 李東坪,曾志杰,楊曉龍,余祖元,范惲,李劍中.  航空制造技術. 2017(03)
[2]強激光水中誘導等離子體沖擊波數(shù)值模擬[J]. 魯建英,耿德珅,陳朗.  中國激光. 2015(09)

博士論文
[1]介觀尺度薄板高速精密沖裁的應用基礎研究[D]. 胡道春.南京航空航天大學 2016



本文編號：3108168