寧波材料所在復(fù)雜曲面微槽的激光加工方面取得進(jìn)展
微槽道是指槽道寬度為1~1000um的流體通道。流體在微槽道內(nèi)流動(dòng),可獲得與固體壁面間的很高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。用微槽道制成的換熱器結(jié)構(gòu)緊湊,換熱效率高,可應(yīng)用于航空航天、汽車空調(diào)、醫(yī)療器械和化學(xué)生物工程等領(lǐng)域。與常規(guī)尺度的管道或槽道相比,微槽道具有尺寸小的特點(diǎn)。目前傳統(tǒng)機(jī)械刀具加工方式無法或者很難實(shí)現(xiàn)微槽加工,而激光是加工微槽的一個(gè)有效手段,但在復(fù)雜曲面上加工微槽也面臨著一系列的工程和工藝難題。 寧波材料所所屬先進(jìn)制造技術(shù)研究所激光與智能能量場制造團(tuán)隊(duì)對(duì)使用激光在復(fù)雜曲面上加工微槽的工藝進(jìn)行了深入的研究和大量的實(shí)驗(yàn),近期取得新進(jìn)展。 圖1、刻微槽對(duì)表面散熱能力的影響仿真局部分析 首先進(jìn)行了仿真分析,微槽深度為0.3mm,上部寬度取0.14mm,下部寬度取0.06mm,槽間距為0.2mm?涛⒉酆蟮膿Q熱表面積約為刻微槽前的3.6倍?涛⒉酆箐X板溫度從479.4K降至367.1K。不刻微槽和刻微槽情況下,鋁板與空氣之間的平均等效對(duì)流換熱系數(shù)分別為5.37W/㎡·K和3.75W/㎡·K。刻微槽后降為原來的0.7。 根據(jù)仿真要求和所設(shè)計(jì)的參數(shù)展開工藝實(shí)驗(yàn),調(diào)節(jié)激光掃描頻率、圖形填充密度、加工能量、系統(tǒng)移動(dòng)速度等。改進(jìn)加工思路,通過微槽陣列測試加工工藝,通過5組平板實(shí)驗(yàn),最終驗(yàn)證矩陣陣列加工,不但將加工時(shí)間大大縮短為原來的1/10,同時(shí)解決加工不穩(wěn)定現(xiàn)象。 通過工藝探索研究,最終解決傳統(tǒng)機(jī)械刀具加工方式無法實(shí)現(xiàn)的微槽加工,激光去除加工工藝,實(shí)現(xiàn)微槽寬100微米,間距200微米,深度在10-300微米范圍內(nèi)。該加工工藝主要解決任意復(fù)雜曲面微槽加工,可控制微槽加工深度、寬度,精度10微米內(nèi),可加工硬脆性材料。 圖2、五軸聯(lián)動(dòng)激光加工系統(tǒng)加工半球形帽蓋樣品 圖3、半球形帽蓋樣品經(jīng)過激光加工后布滿微槽 |