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随着航空航天、微电子、激光等现代化科学技术的发展,现代制造技术不断更新和完善,对机械加工工艺提出了越来越高的技术要求。现代制造技术的发展趋势包含了高精度加工、高效自动化加工和特种加工等方面,朝着精密加工和超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械制造技术等方向发展。激光电化学复合微细加工技术正是基于特种加工的创新理念而提出的一种新型的复合加工工艺。 激光电化学复合微细加工技术将激光能量与电化学加工相结合,利用激光的热-力学效应和电化学刻蚀反应去除工件材料,实现选择性定域刻蚀加工。在激光冲击与电化学反应复合加工靶材的过程中,加工区域内存在多种物理场的并存,包括温度场、冲击应力场、电磁场以及流场等,加工能量有热能、强激波、电能和化学能等,材料的去除过程比较复杂。因此,需要研究激光辐照靶材的温度场、激光冲击金属靶材的应力应变场和电化学刻蚀靶材的电场等多场耦合作用的加工机理,有效地利用多物理场耦合效应提高加工的微细程度和加工精度。 本文针对激光电化学复合加工中的多能量场耦合特点,利用有限元分析软件ANSYS对复合刻蚀加工靶材的瞬态温度场、冲击应力场和电化学电场进行了有限元数值模拟、分析研究,具体的研究内容如下: 1、建立了脉冲激光电化学复合微细加工机理的物理模型,分析了复合微细加工过程中的激光辐照温度场、冲击应力场、电化学电场等多种物理场的共同作用,进一步揭示了激光电化学复合多场耦合的加工机理,为后续的模拟研究提供了理论依据。 2、针对激光电化学复合微细加工中刻蚀靶材的瞬态温度场和电化学电场的研究,利用有限元分析软件ANSYS进行了有限元数值模拟,分析了温度、电场变化对复合加工区域范围及加工深度的影响,模拟所得数据可为复合加工工艺的优化提供帮助,以控制加工区域范围及加工深度,从而实现选择性激光电化学的定域刻蚀加工;并结合试验的验证,说明了复合微细加工能够获得更高的加工效率和更好的加工表面质量。 3、采用了有限元分析软件ANSYS,对激光电化学复合微细加工中刻蚀靶材的冲击应力场和电化学电场进行了有限元模拟研究,分析、说明了复合加工中冲击应力场与电化学电场相互耦合作用,也证实了力学与电化学的交互作用;并结合试验验证,激光电化学应力刻蚀靶材的加工效率高,能够获得较好的表面质量,体现了激光电化学的定域性刻蚀加工。 通过上述模拟分析和试验研究,表明了激光电化学复合微细加工可以实现激光热-力效应与电化学刻蚀的高度复合,能够获得较好的加工效果。该复合加工方法为各种微结构零件的加工提供了新的技术途径。