激光打孔技術的廣泛應用,推動了諸多行業(yè)的研究進展,它高效、快速、低成本的打孔特點,奠定了其在群孔加工中無可替代的地位。但是對毫秒激光打孔來說,往往會存在工藝參數(shù)復雜、孔表面存在熔渣、內壁有重鑄層、微裂紋等問題,嚴重影響了激光打孔技術在超精密微孔加工中的應用。當孔數(shù)量較多時,還會產(chǎn)生材料熱變形問題。本文基于水平集方法,在耦合傳熱和流體流動物理場后,考慮反沖壓力、表面張力、馬蘭戈尼力、重力等對流體的作用,利用熱焓-孔隙方法和改進的水平集方法追蹤固液界面和氣液界面變化,建立激光打孔的二維仿真模型,分析激光打孔溫度場分布、孔的成型規(guī)律及孔內熔池的流動狀態(tài),探討激光打孔重鑄層產(chǎn)生的機理和重鑄層的分布狀態(tài)。選取1mm厚的1Cr18Ni9Ti不銹鋼進行實驗研究,采用正交實驗和單因素實驗法,研究激光能量、脈沖寬度、脈沖個數(shù)、脈沖頻率、離焦量、輔助氣體壓力等工藝參數(shù)對孔尺寸和形貌的影響規(guī)律,對比實驗和仿真結果,驗證仿真分析的正確性。為提高激光打孔表面質量,探討了激光參數(shù)對孔表面熔渣、重鑄層的影響,提出減少表面熔渣和重鑄層的最佳工藝方式。激光群孔加工所產(chǎn)生的板材變形問題,會嚴重影響孔的一致性和工件的加工質量。本文利用有限元分析方法,建立激光群孔加工過程中板材變形的三維仿真模型,分析板材在激光作用下的熱應力狀態(tài),探討微孔上的應力累積對整體板材變形的作用,從理論上提出抑制板材變形的方法。在理論分析的基礎上,通過實驗研究,探討工件夾持方式、激光參數(shù)和打孔路徑等因素對激光打孔中板材變形的影響,驗證理論分析的準確性,獲得最小變形量的打孔策略。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TG665;V261.8
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的背景和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究的背景和意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 激光打孔的國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 群孔加工技術的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內外研究現(xiàn)狀的分析與總結
    1.3 課題的主要研究內容
第2章 激光單微孔加工過程的建模與仿真
    2.1 引言
    2.2 基本原理
        2.2.1 激光打孔基本原理
        2.2.2 水平集基本原理
    2.3 激光打孔數(shù)學模型的建立
        2.3.1 激光打孔熱傳導模型
        2.3.2 激光打孔流體流動模型
    2.4 仿真與分析
    2.5 本章小結
第3章 激光單微孔加工工藝的實驗研究
    3.1 引言
    3.2 實驗設備
    3.3 激光微孔加工工藝的實驗研究
        3.3.1 激光微孔加工工藝的正交實驗
        3.3.2 激光微孔加工工藝參數(shù)對孔幾何尺寸的影響實驗
        3.3.3 激光微孔加工工藝參數(shù)對孔表面熔渣的影響實驗
        3.3.4 激光打孔重鑄層現(xiàn)象研究
    3.4 本章小結
第4章 激光微群孔加工不銹鋼板變形的仿真研究
    4.1 引言
    4.2 激光微群孔加工不銹鋼板變形的數(shù)學模型
        4.2.1 虛功原理
        4.2.2 熱塑性理論
        4.2.3 熱傳導理論
    4.3 激光微群孔加工不銹鋼板變形的模型建立
    4.4 激光微群孔加工不銹鋼板變形的實驗驗證
    4.5 激光微群孔加工不銹鋼板變形的模型建立
    4.6 本章小結
第5章 激光微群孔加工不銹鋼板變形抑制研究
    5.1 引言
    5.2 實驗設備
    5.3 激光微群孔加工不銹鋼板變形抑制方案研究
        5.3.1 夾持方式對板材變形的影響
        5.3.2 激光參數(shù)對板材變形的影響
        5.3.3 打孔路徑對板材變形的影響
    5.4 加工結果
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
致謝

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本文編號：2886846