激光辅助水射流近无损伤微细加工关键技术研究

基本信息
批准号:51375273
项目类别:面上项目
资助金额:75.00
负责人:王军
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:姚鹏,杨志宏,吕哲,王相宇,岳中波,冯少川
关键词:
去除机理激光加工水射流加工耦合效应近无损伤微细加工
结项摘要

In this project, the waterjet and laser machining technologies are integrated to establish a new laser assisted waterjet micromachining technology and prototype system for damage-free micro-fabrication. In this new technology, the coupled effect of laser heating and softening and waterjet expelling is used to remove the work material elemental by element. Waterjet also takes a cooling action. The combined effect will lead to the high efficient and near damage-free machining of micro-structures at low cost and high quality. The laser and waterjet can be independently controlled to arrive at the best possible process parameters. The underlying theory associated with this new micromachining technology will be systematically investigated, to gain a deep understanding of the interaction between the laser beam, waterjet and work material under the coupled effect of laser heating and waterjet expelling and cooling. The models for the coupled effect of laser and waterjet will be established to understand the interaction mechanisms between laser heating, waterjet expelling and cooling, and work material as well as material removal mechanisms, to enable to improve the material ablation process, minimize the thermal effect, and achieve near damage-free micromachining. The mathematical models for micromachining performance and process optimization will be developed to optimize the process parameters for maximum machining efficiency. The research outcome is expected to have a significant impact to machining theory and the micromachining industry, as well as to promote the innovation and progress of micromachining technology.

本项目融合水射流和激光加工技术于一体,创建一种新的激光辅助水射流近无损伤微细加工技术及系统,采用激光加热并软化工件材料、水射流驱除及冷却的耦合效应去除材料,用于微细结构的高效、低成本、高质量、近无损伤微细加工,并对其基础理论进行系统研究。该技术能够对水射流束和激光束分别进行独立控制,实现水射流束和激光束耦合的加工工艺。研究基于激光加热、水射流驱除及冷却和工件材料相互作用的水射流和激光耦合效应,建立新的水射流-激光耦合效应理论模型,揭示激光加热、水射流驱除及冷却和工件材料之间的相互作用机理及材料去除机理,以便加快材料切除过程,降低热影响,达到近无损伤去除材料的效果。并建立近无损伤微细加工时的工艺参数优化模型和材料去除率模型,优化工艺参数,提高加工效率。本项目的研究成果对于提高微细加工技术的加工效率和加工质量,促进微细加工技术的创新和发展具有重要的理论意义与实际应用价值。

项目摘要

本项目融合水射流和激光加工技术于一体,提出了激光辅助水射流近无损伤微细加工理论与技术,研制了国际上第一台立式高精度激光水辅助射流微细加工系统。采用激光加热并软化工件材料、水射流驱除及冷却的耦合效应去除材料,用于微细结构的高效、低成本、高质量、近无损伤微细加工,并对其基础理论进行系统研究。研究了工艺参数对槽深、槽宽和材料去除率影响的显著性,结果表明,射流偏置距离、射流靶距、扫描速度、激光平均功率和射流压力对槽深、槽宽和材料去除率都有非常显著的影响。建立了槽深、槽宽和材料去除率预报回归模型。研究了激光对材料的加热作用,将激光的热作用等效为一个三维体热源,建立了激光热源方程。研究了水射流对材料的冲击作用,建立了圆形倾斜射流产生的壁面切应力模型。研究了水射流对材料的冷却作用,建立了射流冲击区和壁面射流区的平均对流换热系数方程。研究了水射流对激光的干涉作用,建立了由冲击区向壁面射流区转变的临界偏置距离模型。研究了激光在空气-水交界面的折射并计算了折射后的激光照射在材料表面的光斑直径。构建了一套光束质量因子测量装置,并对水中光束的质量因子进行测量。建立了考虑高温热物理参数变化的激光辅助水射流复合微细加工单晶碳化硅晶片的三维温度场模型;基于热传导方程定解问题的解的结构定理,对温度场模型方程组进行坐标变换,获得了激光辅助水射流复合微细加工单晶碳化硅晶片的三维温度场模型的解析解。建立了4H单晶碳化硅的临界分切应力与温度之间的关系模型;构建了激光辅助水射流复合微细加工4H单晶碳化硅的材料去除有限差分模型,该模型对槽深、槽宽和切口截面轮廓的预报均具有较高的精确度。该技术能够对水射流束和激光束分别进行独立控制,实现水射流束和激光束耦合的加工工艺。本项目的研究成果对于提高微细加工技术的加工效率和加工质量,促进微细加工技术的创新和发展具有重要的理论意义与实际应用价值。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

EBPR工艺运行效果的主要影响因素及研究现状

EBPR工艺运行效果的主要影响因素及研究现状

DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2022.03.003
发表时间:2022
2

基于LS-SVM香梨可溶性糖的近红外光谱快速检测

基于LS-SVM香梨可溶性糖的近红外光谱快速检测

DOI:
发表时间:
3

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

DOI:10.7538/hhx.2022.yx.2021092
发表时间:2022
4

基于腔内级联变频的0.63μm波段多波长激光器

基于腔内级联变频的0.63μm波段多波长激光器

DOI:10.3788/CJL201946.0801003
发表时间:2019
5

濒危植物海南龙血树种子休眠机理及其生态学意义

濒危植物海南龙血树种子休眠机理及其生态学意义

DOI:10.11931/guihaia.gxzw201701024
发表时间:2017

王军的其他基金

批准号:31100770
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41372011
批准年份:2013
资助金额:96.00
项目类别:面上项目
批准号:81170900
批准年份:2011
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:41771207
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:21476109
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:81270542
批准年份:2012
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:31070825
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:29776008
批准年份:1997
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:51379054
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:61472328
批准年份:2014
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:51378419
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81271718
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51578533
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:41471036
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:31601383
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40876080
批准年份:2008
资助金额:44.00
项目类别:面上项目
批准号:81771114
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:69901003
批准年份:1999
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51308361
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51908016
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51374248
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41001152
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50176007
批准年份:2001
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:11575232
批准年份:2015
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:11674185
批准年份:2016
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30670765
批准年份:2006
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:51776007
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31272231
批准年份:2012
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:51607132
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300884
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11474174
批准年份:2014
资助金额:95.00
项目类别:面上项目
批准号:41674121
批准年份:2016
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:42002047
批准年份:2020
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71373015
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:41807434
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81202230
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10605027
批准年份:2006
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40102002
批准年份:2001
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20776069
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31101131
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31771481
批准年份:2017
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:30471395
批准年份:2004
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:20907066
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51005101
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61170030
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:10402027
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278383
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:71373084
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:51109054
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70863009
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11502242
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81070042
批准年份:2010
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:10874095
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:60806007
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51704176
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473685
批准年份:2014
资助金额:74.00
项目类别:面上项目
批准号:69803010
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51175352
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41671095
批准年份:2016
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:31370842
批准年份:2013
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:59778008
批准年份:1997
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:31772600
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51306004
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81372558
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:21607144
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70703010
批准年份:2007
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41875184
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:41171152
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61006036
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10471016
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:41907400
批准年份:2019
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51479008
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:50778143
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51378491
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:61661033
批准年份:2016
资助金额:36.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31671860
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:20976084
批准年份:2009
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:61104197
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71271026
批准年份:2012
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:39670147
批准年份:1996
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:31402073
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21136005
批准年份:2011
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
批准号:81272296
批准年份:2012
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:51409281
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11172024
批准年份:2011
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:51306074
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41304091
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11504428
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61373064
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:40572008
批准年份:2005
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:81173268
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31660365
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51301137
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19101023
批准年份:1991
资助金额:0.80
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51205167
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51776090
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11171224
批准年份:2011
资助金额:43.00
项目类别:面上项目
批准号:81372228
批准年份:2013
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11802183
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41001144
批准年份:2010
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91857101
批准年份:2018
资助金额:81.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51175307
批准年份:2011
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81470776
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:11772332
批准年份:2017
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:61471099
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:40872027
批准年份:2008
资助金额:44.00
项目类别:面上项目
批准号:70303002
批准年份:2003
资助金额:15.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70771006
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:61071102
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:30870597
批准年份:2008
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:11301273
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51774332
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:70471001
批准年份:2004
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:41140021
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51778501
批准年份:2017
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:20476046
批准年份:2004
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:21176228
批准年份:2011
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:50808145
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673213
批准年份:2016
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:60902003
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21676195
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:41072010
批准年份:2010
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:18902007
批准年份:1989
资助金额:2.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1261111
批准年份:2012
资助金额:55.00
项目类别:联合基金项目
批准号:20306011
批准年份:2003
资助金额:7.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61176021
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:U1932129
批准年份:2019
资助金额:60.00
项目类别:联合基金项目
批准号:41530101
批准年份:2015
资助金额:293.00
项目类别:重点项目
批准号:11174165
批准年份:2011
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:20207001
批准年份:2002
资助金额:7.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59802012
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21342016
批准年份:2013
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:10971010
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:81702657
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30070595
批准年份:2000
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:40401001
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51774240
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50979021
批准年份:2009
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:10372028
批准年份:2003
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:11226079
批准年份:2012
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:51879065
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

用激光辅助微细加工技术制作单片OEICs

批准号:60277008
批准年份:2002
负责人:叶玉堂
学科分类:F0502
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
2

磁场辅助微细磨料水射流精抛复杂型面陶瓷零件关键技术研究

批准号:51405274
批准年份:2014
负责人:侯荣国
学科分类:E0509
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于振动冲蚀机理的超声振动微细磨料水射流精密加工技术研究

批准号:51075238
批准年份:2010
负责人:朱洪涛
学科分类:E0509
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
4

超声波辅助作用下微细电解加工机理及技术研究

批准号:50905101
批准年份:2009
负责人:李志永
学科分类:E0512
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目