广东工业大学本科毕业设计答辩PPt
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1、学学 生：潘锦强生：潘锦强指导老师：谢小柱指导老师：谢小柱时时 间：间：2014年年6月月4日日论文的大纲论文的大纲：第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 激光喷嘴气体流场研究激光喷嘴气体流场研究第三章第三章 运算及建模运算及建模第四章第四章 辅助气体流场对激光划切蓝宝石的影响规律辅助气体流场对激光划切蓝宝石的影响规律 绪论绪论 选题的背景选题的背景蓝宝石蓝宝石特性：特性：v化学成分为化学成分为氧化铝氧化铝(Al2O3)，v硬度高（莫氏硬度为硬度高（莫氏硬度为 9，仅次于金刚石），仅次于金刚石）v熔点高（熔点高（2053）、耐磨性好）、耐磨性好v高温下（高温下（1000）化学稳定性好）化学稳定
2、性好v光学穿透带很宽等优良性能。光学穿透带很宽等优良性能。蓝宝石应用蓝宝石应用 1、耐高温高压器件、光学系统、特种窗口、耐磨损器件、红外制导、导弹整流罩、医用材料等民用、军事、科研高科技领域。 2、第三代半导体材料GaN最重要的产业化衬底。 3、智能手机的闪光灯及窗口片上 图图1 激光芯片通信激光芯片通信 图图2 医用手术蓝宝石刀片医用手术蓝宝石刀片 图图3 蓝宝石基氮化镓蓝宝石基氮化镓LED c）LAMMBOS手机保护屏手机保护屏 1.2激光划切技术的特点激光划切技术的特点v 加工速度快；加工速度快；v窄切槽窄切槽（典型为（典型为1030 m），材料利用率），材料利用率较高较高;v非接触加工
3、，适合薄晶圆非接触加工，适合薄晶圆;v高柔性，任意图形划切，对复杂图形进行加高柔性，任意图形划切，对复杂图形进行加工；工；v自动化程度高自动化程度高;v断面光滑，切口平行度好，表面粗糙度小；断面光滑，切口平行度好，表面粗糙度小；v 材料适用性。材料适用性。激光切割激光切割影响因素影响因素激光束本身的特性激光束本身的特性材料特性材料特性气体流场气体流场与加工工艺相关的因素与加工工艺相关的因素 1.3激光切割的影响因素激光切割的影响因素气体流场：气体流场：其中，对气流的基本要求是进入切口的气流量要其中，对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分大，速度要高，以便
4、足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。喷射吹出。因此，喷嘴气流的控制（如喷嘴压力、喷嘴角度因此，喷嘴气流的控制（如喷嘴压力、喷嘴角度等）是十分重要的因素。等）是十分重要的因素。 1.4现有的气体流场的现状现有的气体流场的现状当喷嘴气流出口滞止压力与环境压力之比小于当喷嘴气流出口滞止压力与环境压力之比小于3 4, 自由射流场中会产生自由射流场中会产生普朗特普朗特-迈耶膨胀现象迈耶膨胀现象,也被称为也被称为钻石激波结构钻石激波结构; 当压力比大于当压力比大于 3 4, 流场结构中会出流场结构中会出现现正激波正激波结构结
5、构, 称为称为马赫盘马赫盘。在进行高压气体切割时。在进行高压气体切割时流场中更容易形成马赫盘流场中更容易形成马赫盘,且气流出口马赫数会影响且气流出口马赫数会影响马赫盘的位置马赫盘的位置, 进而显著影响激光切割质量和切割效进而显著影响激光切割质量和切割效率。率。在划切蓝宝石时候，工件上的压力与切割的深度和宽在划切蓝宝石时候，工件上的压力与切割的深度和宽度有很大的影响。如何在增加喷嘴的加工压力时，避度有很大的影响。如何在增加喷嘴的加工压力时，避免或者是减小正激波的产生是现在流场需要解决的问免或者是减小正激波的产生是现在流场需要解决的问题。题。1.5研究的主要内容：研究的主要内容：激光划切蓝宝石的试
6、验中发现切槽周围存在激光划切蓝宝石的试验中发现切槽周围存在熔凝熔凝物沉积物沉积，熔凝物的存在会增加切槽的宽度尺寸，熔凝物的存在会增加切槽的宽度尺寸，因此减少或者消除熔凝物的沉积是需要解决的关因此减少或者消除熔凝物的沉积是需要解决的关键问题。键问题。该论文是采用双喷嘴的流场来减小熔凝物的沉积，该论文是采用双喷嘴的流场来减小熔凝物的沉积，从而减小切槽的宽度。从而减小切槽的宽度。对对同轴吹气同轴吹气，侧轴吹气侧轴吹气，同轴同轴+侧吹辅助气体的侧吹辅助气体的流场流场的分析，通过数据的对比，来分析双喷嘴的的分析，通过数据的对比，来分析双喷嘴的流场是否可以减小熔凝物的沉积，从而流场是否可以减小熔凝物的沉积
7、，从而减小减小切槽切槽的宽度的宽度。最后，通过一系列的实验来验证分析结。最后，通过一系列的实验来验证分析结果是否合理。果是否合理。第二章第二章 激光喷嘴气体流场研究激光喷嘴气体流场研究2.1 计算流体力学计算流体力学CFD基于基于ANSYS FLUENT 强大的流场以及温度场强大的流场以及温度场的分析功能，本文决定使用该仿真软件对激光的分析功能，本文决定使用该仿真软件对激光划切蓝宝石过程中辅助气体进行了进行仿真分划切蓝宝石过程中辅助气体进行了进行仿真分析进而得到最佳的激光划切蓝宝石辅助气体工析进而得到最佳的激光划切蓝宝石辅助气体工艺参数。艺参数。2.不同喷嘴的特性研究不同喷嘴的特性研究:2.1
8、传统型喷嘴传统型喷嘴对于传统型喷嘴来说，起初随喷嘴供气压力的提高，对于传统型喷嘴来说，起初随喷嘴供气压力的提高，切割速度会增加，但随着切割速度会增加，但随着供气压力供气压力的进一步提高，的进一步提高，切割速度就不会继续增加，切割质量反而会下降。切割速度就不会继续增加，切割质量反而会下降。主要原因是在供气压力主要原因是在供气压力Po超过一定值后，喷嘴和超过一定值后，喷嘴和工件之间的流场中将产生工件之间的流场中将产生激波激波。图1.5 正激波气流产生的涡流2.2附壁形喷嘴和非圆形喷嘴附壁形喷嘴和非圆形喷嘴两种喷嘴的形状均很复杂，两种喷嘴的形状均很复杂，加工比较困难加工比较困难，同时耗气量也大。气流
9、特性又不是很好，在同时耗气量也大。气流特性又不是很好，在较大的供气压力下仍会产生激波，气流的紊较大的供气压力下仍会产生激波，气流的紊流度较大，切割压力随喷嘴和工件之间的距流度较大，切割压力随喷嘴和工件之间的距离变化时，波动较大。虽然这两种喷嘴比传离变化时，波动较大。虽然这两种喷嘴比传统会聚型喷嘴的气流特性有所提高，但也不统会聚型喷嘴的气流特性有所提高，但也不是很理想。是很理想。2.3超音速拉瓦尔喷嘴超音速拉瓦尔喷嘴喷嘴产生的流场特性也不好，紊流度较大，对激光切喷嘴产生的流场特性也不好，紊流度较大，对激光切割工艺有不良影响。割工艺有不良影响。2.4不共腔喷嘴不共腔喷嘴非直线切割时，保持喷嘴和激光
10、束的相对位置非常困非直线切割时，保持喷嘴和激光束的相对位置非常困难。所以这种喷嘴在非直线切割中很少用到。难。所以这种喷嘴在非直线切割中很少用到。综上所述，不同喷嘴的特性进行对比，超音速喷嘴综上所述，不同喷嘴的特性进行对比，超音速喷嘴虽然能够有效地减少正激波的产生，但虽然能够有效地减少正激波的产生，但加工制造成加工制造成本过高本过高，因而本文最终选择使用锥形喷嘴进行仿真，因而本文最终选择使用锥形喷嘴进行仿真模拟与实验分析。模拟与实验分析。3.1湍流模型的选择湍流模型的选择1.标准标准k模型模型2.RNG k模型模型3.ReaIizable k模型模型第三章第三章 运算及建模运算及建模3.1.1标
