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激光加工微小孔内表面粗糙度的测量方法:dafa娱乐场网页版

发布时间:2021-01-23    来源:dafa娱乐场网页版68828

在第一章中,微小孔的加工仍然是机械制造中的一个难题,研究人员围绕这个问题做了大量的研究。目前可用于加工微小孔的方法有:机械加工、激光加工、EDM、成像加工、电子束加工、填充加工。关于可以用各种方法加工的微孔直径范围的报道很多,但对通过加工扣除的微孔侧壁粗糙度的研究很少。

随着科学技术的发展和尖端产品精度、集成度和小型化的不断提高,微孔在汽车、电子、光纤通信、流体控制等领域的应用越来越广泛,这些应用显然对微孔加工提出了更高的要求。比如熔体沉积慢的样机中使用的喷嘴是高精度的微孔,不仅拒绝了孔径尺寸的精度,还拒绝了孔壁的光滑度,不利于熔体吸管的精确控制和吸管过程中微孔流体的阻力。本文通过测量可作为低速原型喷嘴的微孔侧壁粗糙度,进一步研究了微孔粗糙度对熔融沉积低速原型喷嘴工作质量的影响。

本研究的结果也可为纺织、喷墨打印机等行业中类似微孔的表面粗糙度的研究提供参考。慢原型技术是一种先进的设备生产技术,经常出现在20世纪80年代末。

使用慢原型技术可以缓慢地评估和改变产品设计,及时调用市场需求,增强企业竞争力。fuseddeppositionmodeling(FDm)作为一种缓慢的原型生产工艺,是指利用热熔喷嘴,按照CAD分层数据控制的路径,一步一步地吸取半流动的物料,然后对其进行冲洗、冷凝,形成整个原型或零件[3]。用于FDm的稀有喷嘴直径约为0.2毫米,属于微孔范围。

目前,这种微小孔可用于电火花加工、高速钻孔和激光加工。激光加工技术近年来发展缓慢,现在已经可以用激光在红蓝宝石上加工出直径0.3mm、深径比为50: 1的微孔[4];也可以用极细的激光束方便地打出直径为0.1 ~ 0.3 mm的小孔[5]。

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考虑到激光微孔加工技术的优势及其应用日益减少的趋势,本文重点研究激光微孔加工表面粗糙度的测量。2测量实验(1)被测微孔的确认被测微孔的孔深为4mm;孔径0.2毫米、0.25毫米、0.3毫米;分别。在实验中,加工了三个每个直径的微孔。

(2)测量方法对于孔深大于1毫米的通孔,可以用放大镜粗略仔细地观察孔内壁的粗糙度。在这项研究中,有必要使用反射显微镜仔细观察孔口的内表面,该显微镜可用作粗糙度试验的对照。

用这种方法似乎不能准确测量孔深为4毫米的微孔内壁的粗糙度。由于被测微孔孔径较小,高效光源无法准确了解孔内情况,因此无法用光干涉原理的方法进行测量。如果采用必要的接触测量方法,虽然分析仪的直径小于微孔的内径,但与之相连的前一部分太大,使分析仪无法理解微孔中必要的测量。

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因此,作者采用微小孔细分的方法,然后用锥度为60的轮廓仪对细分后的空心微小孔内表面进行测量,从而获得准确的数据。切微孔有两种方法:一种是加工后切微孔,另一种是将针带沿两块紧密结合的光板熔合。由于孔径小,薄板加工后切割。此时为了获得更高的切割精度,不宜用于激光切割。

但由于切割光斑直径较小(例如薄板厚度为5mm,切割速度为1.5m/min时,光斑直径为0.2mm[6]),与加工的微孔直径相近,切割后留下的微孔内表面过小,无法进行粗糙度测量;同时,为了保持切削过程中飞溅物对微孔内壁的影响,切削前一般会有蜡等物质流入微孔内,以保持孔内壁的粗糙度,但此时无法评估维修对象对微孔内壁粗糙度测量结果的影响,所以在使用这种切削加工技术时要非常小心,以防测量困难。鉴于上述原因,本实验采用第二种微孔加工方法:加工两块平板,将两块平板紧密闭合后,沿着两块平板的接触面做一个骑行孔,然后将两块平板分开,需要对单个微孔的内表面进行测量和曝光。用该方法测得的微孔内壁粗糙度能准确反映微孔内表面的实际加工情况。

钻孔时,用平口钳夹住两块板的整个长度,以防止激光纸带时板倾斜或应力分布不均匀。激光胶带装置配有变焦系数为57的显微镜变焦装置,可以清晰细致地观察两块板之间的接触面,因此可以更好地保证激光束与板接触面的相对方位,保证开槽孔沿接触面制作。通过调整可以保证平板接触面与加工台之间的垂直度。

(3)实验标本及设备型号为JD50,激光电压为1000V,激光脉宽为300s,激光波长为1.06m;试板材质为45号钢,磨削接触面表面粗糙度为3.2m,激光胶带后面的1#试板如图1右图所示。分别加工两块测试板,每块测试板有三个微孔,孔径分别为0.2毫米、0.25毫米和0.3毫米,测量仪器为英国制造的Talysurf6粗糙度测量仪,测针半径为2米,测针压力为1毫牛顿,从支架左端到右端150毫米范围内直线度为0.5米。用放大450倍的反射显微镜仔细观察孔径情况和微孔的内表面。图1 1 #测试板立体示意图3实验结果与分析3.1测量结果分别测量激光胶带后面两块测试板上每个孔的表面粗糙度,测量结果分别列于表1和表2(表中孔径后括号内的数值为激光胶带的孔数):3.2结果分析(1)一般来说,表面粗糙度的检测方法有:比较法、压印法、光切法、介入法、针拉法,各种方法的适用范围。

印模法:Ra50m ~ 3.2m;光切法(带光学显微镜):Ra50m ~ 3.2m;介入方法(带介入显微镜):ra 0.1m ~ 0.032m;针迹法(带剖面仪):ra 3.2 m ~ 0.025 m [7]。本研究采用针迹法测量,轮廓仪的测量范围为Ra0.01m~20m ~ 20m。根据最终的测量结果(见表1和表2),本次实验中所有测得的Ra数据都落在所选轮廓仪的测量范围内,83%的数据落在RA 3.2 m ~ 0.025 m的范围内,说明本次实验中需要匹配针迹法和所选轮廓仪的范围。(2)根据国家标准GB106101998,可以知道判断待检表面是否满足技术剔除的可靠性,从同一表面获得的表面粗糙度参数平均值的准确性,不同授权长度下的采样长度数和授权刻度数。

大于的验证长度等于采样长度。本文中,批准的长度为0.25毫米,批准的方向是沿微孔的轴线。表面粗糙度参数的平均值可以通过以下公式计算得到:K个授权长度Rj的数量,确定的表面粗糙度参数的数量 从表3可以看出,本次实验测试的粗糙度参数平均值在3.2以内,与该值对应的加工表面特征为微加工痕迹[7],与反射显微镜仔细观察的结果基本一致。

当激光加工的微孔直径小于0.5毫米时,考虑到加工效率不应应用于套料法,本实验中的微孔直径与激光一次形成的孔径的较小值相近。考虑到粗糙度测量中采样数的剔除,本实验中微孔的纵横比仅次于20。

但在实际应用中,由于孔深对流经微孔的流体流动阻力有很大影响,所以微孔的深径比,如慢熔沉积原型中使用的喷嘴,很少不超过本实验的数值。在加工相同直径、较小深度的微小孔时,所需的穿透力较小,可以用来扩大直径较小的光斑,所以加工精度会更高。因此,一般情况下,激光加工直径相近的微孔时,本实验得到的结果可以作为孔侧壁表面粗糙度可以超过的范围。

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(3)激光加工可以局部超过较好的粗糙度精度。从表1可以看出,对1号板的6号孔测量的Ra表明该孔具有良好的粗糙度精度。

从图2所示的1号板4号孔局部倒数粗糙度测量结果可以看出,在1.9mm的规定范围内,Ry峰值为13.6m,粗糙度曲线波动幅度不大,与该孔8.1、10.9、10.8、10.7、8.8的Ry测量结果一致;图2中的粗糙度图用于放大450倍的反射显微镜,仔细观察镭射胶带入口处的两块平板和微孔的细分平面,在电脑显示屏上获得微孔内表面的直观图像(图3是仔细观察2号板7号孔的图像)。结果表明,激光加工微孔时,大多数表面硬度分布均匀,数值相近。个别地方经常出现的局部异常的原因需要进一步研究,找到解决办法和预防方法。图3反射式显微镜的仔细观察结果(4)由于激光加工去除材料的原理是通过光学系统将激光讨论成更大的光斑,从而获得极高的能量密度和极高的温度,材料瞬间快速熔化汽化,在工件表面形成凹坑,同时熔体在气化产生的金属蒸汽压力下以极高的速度喷出。

这种加工机制使得很难确定微孔中最大粗糙度通常出现在哪里。实验结果也证实了这一点。

实验结果还表明,最小粗糙度并不总是出现在激光带的入口处。作者指出,加工过程中的孔口成为熔融气化金属在后续加工过程中排出微小孔的通道,这些被蚀刻的材料似乎会影响孔口的硬度,因此粗糙度值不太可能大于。(5)本实验还测量了Ry。

结果表明,Ry的最大值和最小值往往出现在相应的Ra处。结论(1)细分法测量激光加工微孔侧壁表面粗糙度是必要的,粗糙度应采用轮廓仪测量。

(2)激光加工微孔侧壁的粗糙度值约为3.2,一般可以作为直径相近的激光加工微孔侧壁所能保证的粗糙度范围。(3)利用激光加工微小孔时,孔内大部分内表面硬度分布均匀,部分地方局部异常的原因及其频繁出现的取向有待进一步研究。(4)最大表面粗糙度的方向很难确定,最小表面粗糙度并不总是出现在激光纸带的入口处。

(5)ry的极值往往出现在相应的ra处。。

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