钠钙平板玻璃激光诱导热裂非对称切割技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:axun2010
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随着社会数字化进程的加速以及汽车工业快速发展,大量的平板显示器、智能手机、液晶电视和汽车进入了普通百姓的生活,在这些电子产品的加工制作过程中,液晶屏幕(LCD)、手机盖板(COVER LENS)及汽车风挡的加工是重要的一部分。目前对于平板玻璃的切割依然停留在刀轮加工,加工边缘质量较差,成品率极低。而激光诱导热裂切割平板玻璃的边缘质量几乎没有任何缺陷,这对提高产品的成品率有着重大的实用意义。目前研究者关注更多的是激光诱导热裂切割玻璃技术对称切割的切割机理,而实际生产中非对称切割情况更为常见,对其切割轨迹的控制更是技术是否成熟的重要指标。本文针对钠钙平板玻璃非对称切割的轨迹偏移及如何实现闭合曲线切割的问题进行了相应的研究。  根据钠钙平板玻璃对1064nm波长激光体吸收特点,结合Beer-Lambert定律,建立激光辐照吸收圆台形体热源数学模型,根据传热学理论,采用有限元方法求解加工过程中相应的温度场分布,并通过红外热像仪进行测温试验对求解的温度场进行验证。激光诱导热裂切割过程中,温度场与应力应变的关系,通过顺序耦合传热,结合热弹性力学理论,求解加工温度场所对应的应力场分布,探讨激光参数、离焦位置等因素对于不同厚度平板玻璃切割的影响。根据脆性材料断裂理论,研究初始预置裂纹的尺寸对于裂纹扩展状态的影响,为后续的研究提供依据。  通过对材料在多断裂模式复合作用下裂纹尖端应力数学模型的分析,并基于扩展有限元法,将裂纹的影响加入到物理模型中,结合提出的玻璃体吸收热源模型,对激光诱导热裂非对称切割的应力场及裂纹扩展状态进行仿真研究,揭示轨迹偏移的机理,通过对加工过程的温度场及试验研究,分析材料对称度、激光加工参数对轨迹偏移量的影响,给出提高加工质量的合理参数选择的方法。  为实现对激光诱导热裂非对称切割过程中轨迹偏移的修正,提出双束激光和低温气体冷却两种轨迹修正技术,通过有限元仿真得到修正激光与低温气体在轨 迹修正过程中对温度场及应力场分布的影响,通过搭建的双束激光和低温气体冷却系统进行试验,找到相应的最佳轨迹修正参数,并通过扩展有限元法对最优加工参数下的裂纹扩展过程进行仿真分析,仿真与试验结果都证明了两种方法对于轨迹偏移现象都有明显的改善效果。  为实现平板玻璃激光诱导热裂切割闭合曲线,结合试验过程和试验现象,建立激光诱导热裂切割玻璃的闭合曲线模型,研究难以实现闭合曲线切割的机制。通过引入应力释放裂纹切割闭合曲线,并通过声发射在线监测切割闭合曲线的裂纹扩展过程。
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