【摘要】：陶瓷材料憑借各項(xiàng)優(yōu)異的理化性能,逐漸被應(yīng)用到航空航天、精密機(jī)械、微電子器件等各個領(lǐng)域,而目前特種加工技術(shù)很難同時滿足經(jīng)濟(jì)高效的加工需求。為了降低生產(chǎn)成本,提高加工質(zhì)量,將多種技術(shù)集成復(fù)合從而達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)這一新思路,吸引了國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注。激光加工具有速度快、精度高且加工過程無機(jī)械接觸等優(yōu)點(diǎn);化學(xué)加工不產(chǎn)生熱應(yīng)力,且質(zhì)量好,將二者復(fù)合得到的新型加工技術(shù)能夠在完成高效加工的同時去除熱缺陷,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。然而,復(fù)合加工涉及的工藝參數(shù)眾多,目前對兩種技術(shù)的復(fù)合方式也尚在探索階段。為了更好的掌握加工工藝,發(fā)揮復(fù)合化的整體作用,仍需對加工技術(shù)的關(guān)聯(lián)性及協(xié)同作用機(jī)理進(jìn)行深入的研究。首先,本文分析了難加工材料精密加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上研究了激光燒蝕、高溫化學(xué)加工碳化硅陶瓷的反應(yīng)機(jī)理,探討了腐蝕加工碳化硅陶瓷工藝參數(shù)對加工質(zhì)量的影響,對腐蝕加工后的材料進(jìn)行了相關(guān)的性能表征。結(jié)果表明:隨著腐蝕液溫度和濃度升高,材料被腐蝕速率加快,當(dāng)腐蝕液加熱至沸騰時,腐蝕效果明顯提高;溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%,加工溫度120℃的條件下,腐蝕樣品粗糙度最小,輪廓支承長度率提高,表面質(zhì)量最好;腐蝕溫度過高或時間過長將造成晶粒脫落,導(dǎo)致表面質(zhì)量大幅下降。此外,與機(jī)械加工試樣相比,高溫化學(xué)加工后的樣品未出現(xiàn)裂紋,表面經(jīng)簡單清洗無反應(yīng)物殘留。其次,研究了激光燒蝕、激光加工化學(xué)后處理和激光高溫化學(xué)復(fù)合加工等方法對碳化硅陶瓷的加工效果,對比了各加工方法對加工深度、表面質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:在激光加工過程中,靜置化學(xué)液下加工容易出現(xiàn)空泡,導(dǎo)致液面不穩(wěn)定,加工凹槽出現(xiàn)斷點(diǎn),加工質(zhì)量差;采用低壓射流的方法引入化學(xué)液,能夠在避免空泡效應(yīng)的同時,達(dá)到高溫去除熱缺陷的效果,加工后的凹槽表面無氧化層、內(nèi)壁無重鑄層,且加工時間短,加工過程簡單,無二次裝夾需求。再次,研究了激光工藝參數(shù)對碳化硅表面復(fù)合加工凹槽結(jié)構(gòu)的影響。分析了激光功率、掃描速度和重復(fù)頻率對復(fù)合加工槽體輪廓及槽體切口、內(nèi)壁、底部等位置粗糙度的影響。結(jié)果表明,一定范圍內(nèi)增大功率,降低掃描速度都能有效增大單位時間激光能量,增加凹槽深度,減小截面錐度。激光能量過高,可能會破壞槽體結(jié)構(gòu),適當(dāng)降低功率、提高掃描速度有利于提高凹槽輪廓平整度,降低槽體底部和內(nèi)壁粗糙度。重復(fù)頻率與搭接率和單脈沖峰值功率有關(guān),脈寬一定情況下,凹槽各位置粗糙度隨頻率增加呈先低后高趨勢。最后,研究了激光加工和化學(xué)加工在復(fù)合銑削碳化硅微平面時的交互作用。采用正交實(shí)驗(yàn)法分析激光加工工藝參數(shù)與化學(xué)加工工藝參數(shù)在復(fù)合銑削中對加工深度和加工面粗糙度的影響程度。結(jié)果表明:激光功率對加工深度影響最大,激光頻率對加工面粗糙度影響最顯著。方差分析顯示,激光工藝參數(shù)對加工深度和加工面粗糙度均作用顯著,溶液濃度對加工面粗糙度作用明顯,化學(xué)加工過程對加工深度幾乎沒有影響。分析復(fù)合加工機(jī)理,激光高溫化學(xué)復(fù)合加工以激光加工作為材料去除的主要手段,化學(xué)液通過在高溫環(huán)境下蝕除加熱過程中的熔融和氧化材料,達(dá)到改善加工面質(zhì)量的目的。
【圖文】：

青 島 理 工 大 學(xué) 工 程 碩 士 學(xué) 位 論 文激光與高溫化學(xué)腐蝕復(fù)合加工的工藝方法，以提高加工效率和加工質(zhì)量。針對此要求，安排了兩種復(fù)合方式進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)：一種是浸泡式復(fù)合加工，將試樣置于溶液中，直接對溶液層下試樣表面進(jìn)行加工。這種加工方式能夠保證溶液在試樣表面充分反應(yīng)，且裝置內(nèi)溶液整體溫度較高。加工裝置采用底面積遠(yuǎn)大于試樣面積的裝置盛放試樣和溶液，目的是防止溶液在高溫環(huán)境下過度損耗，導(dǎo)致液面大幅下降。另一種是低壓射流式復(fù)合加工，通過低壓泵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)溶液循環(huán)，用低壓射流腐蝕加工面。這種復(fù)合方式能夠避免溶液產(chǎn)生氣泡，同時流場能夠一定程度上帶走熔渣。兩種方案加工方式示意圖如圖所示。

青 島 理 工 大 學(xué) 工 程 碩 士 學(xué) 位 論 文時間相同。即，掃描速度為 5mm/s 時，加工次，加工次數(shù)為 10 次，以此類推�；瘜W(xué)復(fù)合銑削平面實(shí)驗(yàn)因素法研究工藝參數(shù)對銑削效果的影響規(guī)律，度變量，，控制其余參數(shù)不變。再利用正交實(shí)驗(yàn)法方便實(shí)驗(yàn)觀測，加工圖案設(shè)計(jì)為 3mm×3mm 正光路徑對加工效果影響可忽略不計(jì)，光斑移動排除路徑行距對平面平整度的影響，經(jīng)實(shí)驗(yàn)為 0.01mm，路徑搭接率 50%。實(shí)驗(yàn)加工路徑示
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.758.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2700997