摘要: 近年来全国汽车保有量急增，汽车所引起的环境污染越来越严重，因此国家出台了第六阶段机动车污染物排放标准。为了提高燃油的燃烧效率，降低汽车尾气排放，达到尾气排放标准，汽车领域对发动机关键部件的制造要求越来越严格。喷油嘴作为发动机内部的... 展开 近年来全国汽车保有量急增，汽车所引起的环境污染越来越严重，因此国家出台了第六阶段机动车污染物排放标准。为了提高燃油的燃烧效率，降低汽车尾气排放，达到尾气排放标准，汽车领域对发动机关键部件的制造要求越来越严格。喷油嘴作为发动机内部的关键部件之一，对喷油嘴的喷孔结构提出了更小直径、更高深径比、更高微孔加工质量的要求。传统的机械加工、电火花加工、电解加工等加工方法难以满足高品质微圆孔精细加工的要求，飞秒激光具有超高峰值功率、超短脉冲宽度、热效应小等其他加工方式所无法企及的加工优势，使飞秒激光超精细加工技术成为实现超高精细微圆孔加工有效的解决方法，受到人们的广泛关注。本文分析了飞秒激光与金属材料相互作用机理，基于双温模型理论，系统地探究了多脉冲飞秒激光金属材料去除原理，为飞秒激光微圆孔加工提供理论依据。 目前飞秒激光超精细微圆孔加工技术仍存在一系列问题，本文从光束稳定性问题和大深径比难题两个方面着手，分析并探索研究新方法以提升飞秒激光飞秒激光超精细微圆孔加工能力。具体工作如下: 1、对于光束稳定性问题，分析了光束稳定性影响因素，随着数控机床、测量传感器、光束控制系统等方面的飞速发展，光束自身指向稳定性带来的影响逐渐凸显。本文从光束指向稳定性作为提高加工能力的切入点，分析了光束指向稳定性对加工的影响，研究了提高光束指向稳定性的方法，并采用方位感应器+快速转动镜组成的外部光束指向稳定系统的方法实现光束指向稳定性的提升，并进行微圆孔加工实验，随着光束指向稳定性的提升，批量微圆孔加工时，微圆孔的一致性提高，单个微圆孔的加工质量有一定提升。 2、对于大深径比难题，飞秒激光经聚焦后的焦深区域作为材料加工区域，对于二维振镜加工系统的微圆孔加工深径比仅能达到3∶1，微孔加工深径比受到焦深的限制，因此从焦深的角度进行大深径比微孔加工的研究，本文从长焦深光束和焦点轴向调控两个方向进行探索研究。总结并分析了光束整形方法和实现光束整形的光学元件，提出采用基于菲涅尔透镜波前相位分布函数，利用相位叠加原理实现长焦深光束整形的方法，并实现不同焦深拉伸倍数的长焦深光束（2倍、4倍、10倍），同时利用菲涅尔透镜波前相位分布函数实现对焦点的轴向调控。提出了采用高损伤阈值液晶空间光调制器与二维振镜加工系统相结合的新的加工方式，并搭建光学系统进行加工实验。对于长焦深光束微圆孔加工，焦斑处的边缘旁瓣会对降低微圆孔加工质量，同时因能量分散不利用更大深径比微孔加工，长焦深光束加工实验表明，对于非透明材料加工而言，长焦深光束难以达到预期加工效果。利用液晶空间光调制器的实时调制特性，在加工过程中实现焦点轴向调控，控制焦点以100μm为间隔进行焦点轴向位移，使焦点随着加工深度的增加不断位移，直到完成为微孔加工，采用该方法在保证高加工质量的前提条件下，在厚度为2mm的不锈钢样件上实现了直径约为330μm的微孔加工，该方法开辟了二维振镜系统实现超深微孔加工的新探索，在激光加工领域有较好的应用前景。 收起