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激光脉冲电解射流复合加工技术试验研究

作　者: 余毅权
导　师: 赵建社
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 激光加工脉冲电解射流加工复合加工微细孔再铸层
分类号: TG662
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光脉冲电解射流复合加工技术是基于制造技术集成创新理念而提出的一项将脉冲电解射流加工与激光加工进行复合的新型加工方法。该方法通过将聚焦激光束与电解液射流束同轴喷射,激光作用与电化学阳极溶解共同作用于工件,发挥激光加工和电解射流加工的高效率,同时“负极化”的电解液射流束对加工区的冲刷、冷却和电解作用能够“在线”去除激光加工所产生的再铸层。本文以1Cr18Ni9Ti和GH3030为研究对象,研究了各种加工工艺参数对激光脉冲电解射流复合加工机理和成形规律的影响,主要完成以下研究工作:(1)激光脉冲电解射流复合加工试验系统的完善与优化。利用控制装置对工装夹具进行自动控制,加工过程中可以使工件实现二维运动,以完成刻槽等微结构的加工;(2)脉冲电解射流加工工艺试验研究。利用研制试验装置系统,针对电解加工电压、占空比、初始加工间隙、喷射压力等主要工艺参数对微坑成形规律及型槽加工的影响进行了系统工艺试验,初步掌握了脉冲电解射流加工的工艺规律,为顺利进行激光脉冲电解射流复合加工试验奠定了坚实基础;(3)激光脉冲电解射流复合加工试验研究。首先对比论证了复合加工相对于脉冲电解射流加工的优越性,然后具体分析了激光能量、激光频率、电解加工电压、占空比、初始加工间隙等工艺参数对材料去除率、再铸层厚度和锥度的影响规律。研究发现,采用激光能量200mJ,激光频率1.65Hz,电解加工电压280V,占空比70%及初始加工间隙控制在2mm的条件下,合理控制加工时间,孔壁再铸层厚度可以控制在5μm以下,而且加工表面无热影响区,加工精度较好。最后分别在不锈钢1Cr18Ni9Ti和高温合金GH3030上进行了群孔、群凹坑及型槽、刻字等典型试验件的试制加工,充分显示了该技术在航空、航天制造领域的重要应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-27
  1.1 引言  14-16
  1.2 激光脉冲电解射流复合加工相关技术研究概况  16-25
    1.2.1 激光小孔加工研究现状  16-20
    1.2.2 电解小孔加工研究现状  20-25
      1.2.2.1 脉冲电流电解加工  21-22
      1.2.2.2 掩膜电解加工  22-23
      1.2.2.3 电液束加工  23-25
  1.3 课题来源及研究主要内容  25-27
    1.3.1 课题来源  25-26
    1.3.2 课题主要研究内容  26-27
第二章激光脉冲电解射流复合加工机理研究  27-36
  2.1 激光打孔机理  27-29
    2.1.1 激光打孔特点  27
    2.1.2 激光打孔原理及物理过程  27-29
    2.1.3 水导激光耦合原理  29
  2.2 脉冲电解射流加工机理  29-31
  2.3 激光束与电解液射流束耦合机理  31-34
    2.3.1 激光在电解液射流束中传输原理  31-33
    2.3.2 电解液射流束稳定性机理  33-34
  2.4 激光脉冲电解射流复合加工机理  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章激光脉冲电解射流复合加工试验系统研制  36-46
  3.1 激光脉冲电解射流复合加工装置总体设计方案  36-38
  3.2 耦合喷射装置  38-42
    3.2.1 喷嘴结构设计  38-41
    3.2.2 耦合腔体结构设计  41-42
  3.3 高压脉冲电源  42-43
  3.4 电解液循环过滤系统  43-44
  3.5 工装夹具  44
  3.6 激光器选择  44-45
  3.7 本章小结  45-46
第四章脉冲电解射流加工试验研究  46-57
  4.1 脉冲电解射流加工电场仿真  46-48
  4.2 脉冲电解射流微坑加工成形规律试验研究  48-52
    4.2.1 电解加工电压对成形规律的影响  48-49
    4.2.2 喷射压力对成形规律的影响  49-50
    4.2.3 初始加工间隙对成形规律的影响  50
    4.2.4 占空比对成形规律的影响  50-51
    4.2.5 加工时间对成形规律的影响  51-52
  4.3 脉冲电解射流型槽加工试验研究  52-56
    4.3.1 电解加工电压对加工结果的影响  53
    4.3.2 脉冲宽度对加工结果的影响  53-54
    4.3.3 初始加工间隙对加工结果的影响  54-55
    4.3.4 扫描速度对加工结果的影响  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章激光脉冲电解射流复合加工试验研究  57-68
  5.1 试验参数的选定  57-58
  5.2 激光脉冲电解射流复合加工与脉冲电解射流加工对比试验  58-59
  5.3 激光脉冲电解射流复合加工基本工艺规律  59-64
    5.3.1 对材料去除率的影响  60-61
    5.3.2 对再铸层厚度的影响  61-62
    5.3.3 对通孔锥度的影响  62-63
    5.3.4 基本工艺规律总结  63-64
  5.4 典型试件激光脉冲电解射流复合加工  64-67
  5.5 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 工作总结  68-69
  6.2 未来展望  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-77
在学期间的研究成果及发表的学术论文  77

激光脉冲电解射流复合加工技术试验研究

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