本文關(guān)鍵詞：激光切槽流體場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合系統(tǒng)建模與仿真

  更多相關(guān)文章： 連桿裂解 激光切割 裂解槽 溫度場(chǎng) 流體場(chǎng) 匙孔

【摘要】：連桿裂解新技術(shù)憑借其高精度、高效率等優(yōu)勢(shì)在國內(nèi)外市場(chǎng)得到廣泛重視和應(yīng)用。連桿裂解首先要在連桿大頭預(yù)定斷裂位置加工兩條形狀、位置對(duì)稱的裂解槽，再施以垂直于預(yù)定斷裂面的正應(yīng)力載荷，裂解槽附近形成應(yīng)力集中，連桿大頭在低應(yīng)力下發(fā)生脆性斷裂，最后利用三維自然斷裂面作為定位及結(jié)合面，完成高精度裝配。裂解槽作為實(shí)現(xiàn)連桿裂解生產(chǎn)中脆性斷裂剖分的必要條件之一，其尺寸及加工方法都會(huì)對(duì)裂解質(zhì)量產(chǎn)生影響。脈沖激光切割是目前最先進(jìn)的裂解槽加工方法。 激光切割是將激光高能量會(huì)聚在被加工工件表面使其熔化甚至汽化，并由輔助氣體將熔融金屬及金屬蒸汽帶出以形成切口的加工方法。激光切割作用機(jī)制較復(fù)雜，且脈沖激光切割裂解槽屬盲槽加工，加工精度及質(zhì)量易受到材料本身性質(zhì)、激光參數(shù)、加工參數(shù)及輔助氣體參數(shù)等因素的影響。 本文針對(duì)脈沖激光加工單一匙孔過程的作用機(jī)理進(jìn)行分析探討，綜合考慮輔助氣體流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的交互作用，完成數(shù)值模型的建立，實(shí)現(xiàn)匙孔成形過程的模擬。進(jìn)而分析氣體參數(shù)及激光參數(shù)對(duì)匙孔成形尺寸及質(zhì)量的影響，為提高裂解槽乃至裂解質(zhì)量，降低產(chǎn)品缺陷率提供依據(jù)。且脈沖激光也廣泛應(yīng)用于打孔、刻痕等其他精密加工領(lǐng)域，因此對(duì)脈沖激光加工匙孔過程的分析對(duì)相關(guān)精密加工領(lǐng)域都具有指導(dǎo)意義。 本文的主要研究工作及取得的成果如下： （1）針對(duì)單一匙孔成形過程完成了數(shù)值模型的建立，其中利用二次開發(fā)程序進(jìn)行編程，完成了深度自適應(yīng)熱源模型的建立。綜合考慮了輔助氣體流場(chǎng)和溫度場(chǎng)在成形過程中的作用及相互影響，通過模擬再現(xiàn)了在二者共同作用下匙孔的成形過程，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬的有效性； （2）分析了切割過程中輔助氣體流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和作用，結(jié)果表明：輔助氣體從噴嘴噴出后迅速膨脹，大部分氣體從噴嘴兩側(cè)逸出，少部分氣體撞擊到工件表面，其中一部分進(jìn)入匙孔中促進(jìn)匙孔成形。在流動(dòng)過程中，會(huì)在噴嘴兩側(cè)及匙孔周圍形成較強(qiáng)的湍流，影響氣體的流動(dòng)及除渣作用。當(dāng)匙孔內(nèi)流出氣體與來流氣體強(qiáng)烈地相互干涉時(shí)會(huì)形成馬赫盤，馬赫盤的產(chǎn)生阻礙了氣體流入匙孔，減弱了氣體的有效作用并降低了其利用率； （3）利用單因素變量法，研究了不同輔助氣體入口壓力和背壓力下輔助氣體流場(chǎng)的分布特征及其對(duì)匙孔成形尺寸及成形質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：入口壓力在一定范圍內(nèi)的增加會(huì)導(dǎo)致氣體壓力和速度上升，輔助氣體除渣能力增強(qiáng)，所得匙孔尺寸有所增加，但當(dāng)壓力過大時(shí)，由于渦流等因素的影響，氣體速度下降，匙孔尺寸有所減小且掛渣情況略有惡化。在較小范圍內(nèi)提升背壓力可提高輔助氣體利用率，改善匙孔底部成形，但會(huì)減小匙孔直徑，，且當(dāng)背壓力較大時(shí)，氣體速度明顯降低，匙孔形成效果較差； （4）分析了激光加工過程中溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化及熱源模型隨模擬時(shí)間進(jìn)行的更新情況，驗(yàn)證了激光加工能量集中、熱影響區(qū)小的特點(diǎn)； （5）分析了激光功率和焦點(diǎn)半徑對(duì)溫度場(chǎng)、匙孔尺寸及質(zhì)量的影響，并探討了氣體參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響。結(jié)果表明：激光功率的增加可顯著增大匙孔尺寸，但當(dāng)功率過大時(shí)，掛渣情況略有惡化。焦點(diǎn)半徑的減小可使能量輸入更集中，令匙孔深度加深、直徑減小，但匙孔直徑過小影響了輔助氣體在匙孔中的作用，使匙孔深度略有下降。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG485

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧蘭,薛忠明,張彥華;激光深熔溫度場(chǎng)數(shù)值模擬熱源模型分析[J];電焊機(jī);2004年09期

2 楊慎華,寇淑清,谷諍巍,金文明,趙勇;發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工新技術(shù)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年03期

3 寇淑清;楊慎華;趙慶華;張志強(qiáng);;發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工初始裂紋槽幾何參數(shù)研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2007年09期

4 楊慎華;張志強(qiáng);寇淑清;;連桿預(yù)制裂紋槽激光加工工藝參數(shù)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年01期

5 熊智軍;李永強(qiáng);趙熹華;李民;;熱壓條件下激光深熔焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J];焊接學(xué)報(bào);2007年08期

6 譚向虎;王威;單際國;溫鵬;王旭友;林尚揚(yáng);;激光切割過程輔助氣體動(dòng)力學(xué)性能的數(shù)值模擬[J];焊接學(xué)報(bào);2012年05期

7 唐霞輝，朱海紅，段軍，李家;輔助氣體對(duì)CO_2激光焊接等離子體的作用[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版);1995年01期

8 謝小柱,李力鈞,張屹,劉繼常,鄢銼;激光切割金屬厚板新技術(shù)[J];激光技術(shù);2005年03期

9 鄢銼,李力鈞,李娟,謝小柱,張屹;激光切割板材表面質(zhì)量研究綜述[J];激光技術(shù);2005年03期

10 唐霞輝,周毅,何艷艷,朱國富;輔助氣體流量對(duì)光致等離子體控制的影響[J];激光雜志;2002年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王金偉;連桿/箱體主軸承座裂解槽脈沖激光加工數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 汪任憑;激光深熔焊接過程傳輸現(xiàn)象的數(shù)值模擬[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

3 林寶君;連桿裂解半自動(dòng)生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)的控制技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

4 鄭祺峰;發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解槽激光加工技術(shù)及自動(dòng)化設(shè)備研究[D];吉林大學(xué);2010年

5 于歌;發(fā)動(dòng)機(jī)缸體主軸承座裂解加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 鄭黎明;發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備開發(fā)[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號(hào)：1204858