微水射流导引激光精密打孔过程的流动分析

微水射流导引激光束精密加工是一项世界性的前沿技术,综合了激光加工和水射流切割的优点,具有相当优异的加工性能。本文从工程热物理和流体力学基础出发对此过程中的流动现象进行分析,研究微水射流导引激光束精密打孔的动力学过程,采用有限体积法(Finite Volume Method)建立了描述其间物理过程的数值模型。对打孔过程中熔池内部的流动和传热进行了模拟和分析,得到了不同时刻熔池内的温度和流场分布,计算结果显示:孔刚形成时孔的传播速率要大于停滞区界面的传播速率;随着孔的加深,停滞区界面停止向孔的内部传播。

微水射流导引激光打孔的传热分析

微水射流导引激光加工是一种热影响区小,具有高加工精度的新型技术。本文基于有限体积法建立了微水射流导引激光束对硅片打孔过程的传热模型,将打孔过程分为三个阶段模拟其间的热量传递、相变过程和相边界的移动;探索了微水射流导引双脉冲激光打孔过程,进行了双脉冲不同延迟时间下的传热过程的数值模拟,得到了最佳延迟时间。结果表明:在初始加热阶段,高温区出现在表面以下区域;微水射流有强冷却作用并明显减小了热影响区;双脉冲激光的应用可以有效提高打孔的效率。

水射流导引激光钻孔传热分析及数值模拟

水射流导引激光加工是一种新型的加工技术,结合了激光加工和水射流加工的优点,其中高速微水射流像"液体光纤"一样来导引激光束,具有更加优异的加工性能,更高的加工精度和质量。将钻孔过程分为三个阶段,基于有限体积法建立了水射流导引激光束对硅工件进行钻孔的传热模型,模拟了水射流导引激光钻孔过程中的热量传递,相变过程和动边界的传递过程。结果表明:工件上最高温度出现在壁面以下区域;射流在激光加工中有强冷却作用,明显减小了热影响区。