不銹鋼薄片微小孔光纖激光回轉(zhuǎn)打孔方法數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、在厚度小于0.2mm的不銹鋼薄片上，加工直徑小于0.5mm的微小孔，無論采用傳統(tǒng)的機械加工、化學(xué)蝕刻、還是電鑄成型等方法均難以保證加工質(zhì)量，且加工效率低、生產(chǎn)成本高；激光打孔具有效率高、成本低、而且非接觸、加工精度高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，已經(jīng)在SMT模板微小孔加工中得到廣泛應(yīng)用。但隨著市場對激光打孔質(zhì)量要求的不斷提升，通用的激光復(fù)制法打孔方式已難以滿足孔的質(zhì)量要求，而激光回轉(zhuǎn)法打孔，具有打孔孔邊緣熱影響小、孔型精度高、錐度小和重鑄層小

2、等優(yōu)點，因此正被應(yīng)用于SMT模板打孔領(lǐng)域。
　　本文首先介紹了激光打孔的方式，分析了激光回轉(zhuǎn)打孔中激光與材料的熱物理過程，討論了影響激光回轉(zhuǎn)打孔質(zhì)量的主要工藝參數(shù)。以SUS304材料為研究對象，利用ANSYS APDL編程技術(shù)對激光回轉(zhuǎn)打孔過程進(jìn)行了溫度場數(shù)值模擬，通過單因素控制變量法依次分析了激光切割速度、激光功率、占空比對激光回轉(zhuǎn)打孔溫度場的影響，為激光回轉(zhuǎn)打孔工藝參數(shù)的選取奠定了基礎(chǔ)。模擬分析表明：熔池溫度、出入孔徑隨著切割

3、速度的增大而減小，隨著激光功率和占空比的增大而增大。切割速度對減小激光回轉(zhuǎn)打孔過程中的熱積累起著決定性作用。并發(fā)現(xiàn)激光回轉(zhuǎn)打孔孔型具有一定錐度。
　　其次，在模擬分析的基礎(chǔ)上，選取規(guī)格為30mm×30mm×0.12mm 的SUS304材料，利用光纖激光器進(jìn)行激光回轉(zhuǎn)打孔實驗研究。通過單因素控制變量法分析了激光功率比、占空比、切割速度、重復(fù)頻率、輔助氣壓對打孔質(zhì)量的影響，實驗結(jié)果表明：微小孔入孔徑隨切割速度、重復(fù)頻率、輔助

4、氣壓的增大而減小,隨著占空比的增大而增大，隨功率比的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；微小孔的出孔徑隨切割速度、重復(fù)頻率、輔助氣壓的增大而減小，隨占空比、功率比的增大而增大。同時發(fā)現(xiàn)隨著切割速度的增大，微小孔邊緣重鑄層（熱影響區(qū)）會減小，但孔邊緣會出現(xiàn)波紋狀，變粗糙，孔圓滑度會變差；隨著重復(fù)頻率的增大，光斑重疊率增大，孔邊緣越來越光滑，孔圓滑度會變好。并將模擬結(jié)果和實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析，驗證了模擬分析的可行性；數(shù)值模擬中熔池深度方向呈現(xiàn)一定

5、錐度與實驗中孔具有一定錐度現(xiàn)象相吻合。
　　最后，在單因素控制變量法實驗的基礎(chǔ)上，對激光打孔各工藝參數(shù)進(jìn)行了正交實驗。實驗結(jié)果表明：影響打孔錐度的因子顯著性順序為：切割速度>占空比>功率比>重復(fù)頻率>輔助氣壓；并得到了最優(yōu)工藝參數(shù)組合為：切割速度12mm/s，占空比8％，重復(fù)頻率1.5KHz，功率比85％，輔助氣壓0.8MPa；在此優(yōu)化參數(shù)下得到的最小打孔錐度為0.05°，且微孔邊緣熱影響區(qū)較小，孔圓滑度較好，可以保證較高的打孔質(zhì)