低壓射流輔助激光刻蝕加工工藝參數的數值仿真預測研究

陳雪輝 ，張相炎 ，宋 偉 ，袁根福

（1.南京理工大學機械工程學院，江蘇南京210094；2.安徽建筑大學機電工程學院，安徽合肥230601；3.江南大學機械工程學院，江蘇無錫214122）

低壓射流輔助激光刻蝕加工工藝參數的數值仿真預測研究

陳雪輝1，2，張相炎1，宋 偉2，袁根福3

（1.南京理工大學機械工程學院，江蘇南京210094；2.安徽建筑大學機電工程學院，安徽合肥230601；3.江南大學機械工程學院，江蘇無錫214122）

低壓射流輔助激光刻蝕加工過程中涉及到的加工參數較多，合理選取參數對加工效果的影響至關重要。針對低壓射流輔助激光刻蝕加工的實際情況，建立了該加工工藝的熱傳導方程及有限元數值仿真模型。以碳化硅陶瓷的復合刻蝕加工為例，通過數值計算與實驗結果的對比驗證了數值仿真方法的可行性。在此基礎上，介紹了采用數值仿真方法進行工藝參數對刻蝕截面形狀影響預測研究的思路。為研究各參數對加工效果的影響或選擇合適的加工工藝參數提供了一種快捷準確的方法。

激光刻蝕加工；低壓射流；工藝參數；數值仿真預測

近年來，低壓射流輔助激光刻蝕加工技術已成為激光加工領域的一個前沿研究課題[1-4]。在加工過程中加入低壓射流，使激光與物質相互作用的熱-流-固的耦合過程變得更復雜。熱傳遞過程的影響因素較多且相互耦合[5]，同時，刻蝕加工前沿的三維形狀復雜，若采用理論分析方法則難以精確建模，導致很難進行精確求解；若利用純粹的試驗方法來研究整個刻蝕加工的工藝過程，又必然花費太多成本，且試驗過程中還存在許多不確定因素[6-8]。……