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激光加工石英玻璃小孔的研究

作者：曹茂林 Publish: 2007-9-27 Hits:-

【中文题名】

激光加工石英玻璃小孔的研究

【英文题名】

A Study on Laser Processing Pinhole of Quartz Glass

【学科专业】

机械制造及其自动化

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-9-27

【中关键词】

石英玻璃,激光打孔,激光切孔,,,

【英关键词】

quartz glass,laser drilling,laser cutting pinhole,

【分类导航】

工业技术>金属学与金属工艺>焊接、金属切割及金属粘接>金属切割及设备>激光切割及设备>

【论文摘要】

石英玻璃已有160多年历史,由于其优良的物理性能,在国防、化工、医疗、机械等各个领域方挥着极为重要的作用。但是,石英玻璃是一种硬脆性材料,容易在外力作用下破裂,传统的机械加工方式难以高效的对其进行加工,特别难在石英玻璃上加工小孔。本文从它良好的热性能出发,提出一种新型的加工石英玻璃小孔的方法——激光加工。激光加工是一种热加工,为了了解在加工过程中石英玻璃温度场以及热应力的变化,采用了ANSYS建立了有限元模型,并推导了有限元方程,计算了激光加工过程中的热对流系数,分析了在不同功率下、不同激光作用下温度场的变化,对激光作用形成的小孔进行了仿真。阐述了热加工产生热应力和热变形的原因,将分析温度场的有限元模型的热分析转变为结构分析,对加工过程中产生的热应力和热变形进行了研究。模型的建立和分析,对激光加工小孔的加工参数的选用有一定的指导意义。仿真完毕之后,进行了多组激光参数的加工石英玻璃的试验。采用激光脉冲的方式,研究了石英玻璃被加工成形的小孔形状及锥度和激光功率密度的关系,并用MATLAB绘制了曲线图。采用连续激光切割小孔的方式,研究了激光功率、离焦量、小孔形状和锥度之间的关...

【论文题纲】

摘要	7-8
Abstract	8-9
第1章绪论	9-19
1.1 激光作用的物理过程描述	9-10
1.1.1 激光能量的吸收	9
1.1.2 材料的加热	9-10
1.1.3 材料的熔化与气化	10
1.2 激光加工的国内外发展现状	10-11
1.3 石英玻璃概述	11-14
1.3.1 石英玻璃的历史简介	11-12
1.3.2 石英玻璃的性能	12
1.3.3 石英玻璃的主要品种和用途	12-14
1.4 石英玻璃的传统加工方法	14-15
1.5 石英玻璃的激光加工	15-17
1.5.1 激光加工石英玻璃的国内外现状	15-16
1.5.2 激光打孔、切割模型的研究现状	16-17
1.6 课题的来源、目的、研究方法以及章节安排	17-19
第2章激光加工石英玻璃的温度场模拟	19-34
2.1 激光加工石英玻璃小孔的原理及其模型	19-22
2.1.1 有限元法的基本思想	19-21
2.1.2 建立激光打孔的模型	21-22
2.2 有限元方程推导	22-26
2.3 计算结果及其分析	26-33
2.3.1 石英玻璃物理参数	26-27
2.3.2 有限元模型	27
2.3.3 加载参数	27-29
2.3.4 加载和计算结果分析	29-33
2.4 本章小结	33-34
第3章石英玻璃激光打孔的热应力及热变形理论研究	34-45
3.1 概述	34-35
3.2 模型的建立	35-37
3.3 模型的求解方法及其程序	37-42
3.4 计算结果与分析	42-44
3.5 本章小结	44-45
第4 章试验条件及方法	45-52
4.1 激光加工石英玻璃的可行性	45
4.2 桁架式石英管折叠式CO_2气体激光器	45-47
4.3 激光精密切割机床	47-48
4.4 试验材料	48
4.5 夹具设计	48-49
4.6 视频显微镜XTZ-10ST	49-50
4.7 试验方法	50-51
4.7.1 激光打孔	50
4.7.2 激光切孔	50
4.7.3 小孔尺寸测量	50-51
4.7.4 裂纹观察	51
4.8 本章小结	51-52
第5 章激光加工石英玻璃小孔试验及结果分析	52-68
5.1 激光打孔试验	52-57
5.1.1 激光打孔描述	52-53
5.1.2 试验结果及其分析	53-57
5.2 石英玻璃激光切孔的试验研究	57-65
5.2.1 激光切割的原理	57
5.2.2 激光切割的主要方式	57-58
5.2.3 激光切割的主要工艺参数	58-59
5.2.4 工程材料的激光切割	59-60
5.2.5 试验结果及其分析	60-65
5.3 裂纹观察	65-67
5.4 本章小结	67-68
结论及展望	68-69
参考文献	69-72
致谢	72-73
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录	73

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.72957



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