三維激光切割技術(shù)以其高柔性和靈活性在薄板加工領(lǐng)域逐步取代了傳統(tǒng)加工手段,其不僅提高了生產(chǎn)效率,而且滿足高質(zhì)量的切割要求,但是在特殊工況下的三維激光切割工藝優(yōu)化與技術(shù)開發(fā)亟待進(jìn)一步深入研究。本文圍繞轉(zhuǎn)角切割和間隙板兩個(gè)三維激光切割工況開展工藝優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)開展了45鋼三維激光切割過程理論分析�；诩す馀c金屬材料的相互作用機(jī)理,分析了激光與材料表面作用的熔化、氣化、形成小孔和等離子體的變化過程,探討了激光氣化切割、激光熔化切割、反應(yīng)熔化切割、激光劃片與控制斷裂以及冷切割五類切割模型。研究了氧助激光切割45鋼的切割過程:第一階段,高能量密度的激光束照射到45鋼表面,其表面溫度升高達(dá)到鋼板的燃點(diǎn);第二階段,O_2與鋼板發(fā)生氧化放熱反應(yīng),鋼板吸收其放出的大量熱能并熔化;第三階段,隨著激光束與鋼板表面的相對移動,切割開鋼板。進(jìn)一步分析了激光功率、切割速度、焦點(diǎn)位置、光束入射角、輔助氣體等因素對三維激光切割質(zhì)量的影響,提出了根據(jù)激光切割后工件的尺寸精度、工件的表面質(zhì)量以及工件的宏觀形貌來評定切割質(zhì)量的綜合評判思想。(2)開展了激光切割轉(zhuǎn)角的工藝優(yōu)化與切割質(zhì)量分析。分析了三維激光切割轉(zhuǎn)角處因激光束在此密集、能量集聚、散熱面積小產(chǎn)生過燒的現(xiàn)象,提出通過在轉(zhuǎn)角切割處分區(qū)、減少轉(zhuǎn)角處的工藝點(diǎn)以及優(yōu)化工藝參數(shù)的“三步走”方法來避免轉(zhuǎn)角過燒問題的工藝思想。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了工藝優(yōu)化研究,采取N_2和O_2輔助氣體,選取激光功率、切割速度、輔助氣體壓力等三因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),對比分析了切割質(zhì)量。研究表明:在激光功率600W,切割速度25mm/s,輔助氣體O_2壓力0.21Mpa,工藝優(yōu)化后的切割斷面平整,掛渣少,沒有過燒現(xiàn)象的產(chǎn)生;切縫寬度的大小受激光功率和切割速度的影響較大,切割斷面的粗糙度受激光功率、切割速度和輔助氣體類型等因素共同影響;切縫寬度的大小隨輔助氣體O_2壓力的增大呈現(xiàn)不斷增大的趨勢,切縫寬度的大小隨N_2壓力的增大變化不明顯,O_2輔助氣體對切縫附近熱影響區(qū)的影響較N_2輔助氣體大;在脈沖激光功率p=600w,占空比=60%,頻率f=300HZ,切割速度v=20mm/s,焦點(diǎn)位置h=+1.5mm,O_2壓力=0.18MPa條件下,切割斷面的條紋較多,表面粗糙度為21.872μm,在連續(xù)激光功率p=800w,切割速度v=30mm/s,焦點(diǎn)位置h=+1.5mm,O_2壓力=0.24MPa條件下,切割斷面條紋較少、表面平整,掛渣較少,表面粗糙度為19.657μm,選擇不同的激光模式均可避免轉(zhuǎn)角過燒現(xiàn)象,脈沖激光切割轉(zhuǎn)角處選擇較小的激光功率、較慢的切割速度以及占空比60%時(shí)獲得的切割質(zhì)量較優(yōu)。(3)分析了間隙板三維激光切割的模型,并進(jìn)行了工藝優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)研究。以3mm厚的45鋼為研究對象,基于工藝參數(shù)(激光功率、切割速度和焦點(diǎn)位置)和板間間隙大小對激光切割變間隙夾層板切割質(zhì)量的影響,進(jìn)行了工藝優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)研究。研究表明:基于良好切割質(zhì)量的上下層板間隙大小為2mm,當(dāng)板間間隙大于2mm時(shí),對下層板的切割斷面粗糙度、熱影響區(qū)寬度均有顯著影響,對上層板的切割質(zhì)量影響不大;上下層板均可被切透的板間間隙極限距離為6mm,當(dāng)板間間隙大于6mm時(shí),無法切透下層板。
【學(xué)位單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG485
【部分圖文】：

隨著中國裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，受益于宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展、制造業(yè)扶持等因素，我國的激光產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展期。圖 1-2 為 20光設(shè)備市場銷售收入圖，從圖中可以看出，2016 年迎來增長拐點(diǎn)激光設(shè)備市場銷售收入達(dá)到 385 億元，而 2017 年全年預(yù)計(jì)將 2016 年全年同比增加 18.18%[4]。

激光技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，形成了龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，如圖1-1 所示，激光產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要包括光學(xué)材料、光學(xué)元器件，中游主要是各種激光器機(jī)器輔助配套設(shè)備，下游主要是激光技術(shù)應(yīng)用場景領(lǐng)域的分布。從圖 1-1中可以看出，激光技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車、鋼鐵、造船、電子、通信、軌道交通、航空航天等軍民兩用領(lǐng)域，其是國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代高端制造的基礎(chǔ)性技術(shù)之一。從國家發(fā)布的政策來看，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要2006-2020 年》中明確將激光技術(shù)做為發(fā)展前沿技術(shù)；《“中國制造 2025”重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中提出激光技術(shù)在我國制造業(yè)、高端裝備領(lǐng)域?qū)ξ覈圃鞓I(yè)升級以及由制造大國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)具有重大意義；《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016 年-2020 年）》將機(jī)器人作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域的總體部署，而工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與激光技術(shù)的融合，促進(jìn)激光加工工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展；《增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力三年行動規(guī)劃 2018-2020 年》中再次強(qiáng)調(diào)建設(shè)制造強(qiáng)國，加快推進(jìn)制造業(yè)智能化、綠色化、服務(wù)化，增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力，推動我國制造業(yè)加快邁向全球價(jià)值鏈中高端。

圖 1-3 為 2013-2016 年我國低中高功率激光器的銷售數(shù)量，雖然我國的激光設(shè)備市場龐大，銷售收入大，但從圖 1-3 中可以看出，我國銷售的激光器主要集中在低功率的激光器，中功率的國產(chǎn)激光器微微領(lǐng)先進(jìn)口的激光器， 1.5KW 以上的激光器，大部分銷售是被國外廠商壟斷，國產(chǎn)的中高功率的激光器在性能上與國外相比還存在較大的差距。

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱萍;;激光加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J];安徽科技;2013年01期

2 陳根余;劉旭飛;梅麗芳;趙智;黃豐杰;;車身覆蓋件的三維激光切割轉(zhuǎn)角過燒的研究[J];激光雜志;2009年04期

3 楊蘇慶;周驥平;;激光切割板材的關(guān)鍵技術(shù)[J];機(jī)械制造與自動化;2007年06期

4 宋威廉;;激光加工技術(shù)的發(fā)展[J];激光與紅外;2006年S1期

5 張永強(qiáng);吳艷華;陳武柱;張旭東;;激光切割質(zhì)量的在線評價(jià)方法[J];中國激光;2006年11期

6 陳綺麗;黃詩君;張宏超;;激光技術(shù)在材料加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J];機(jī)床與液壓;2006年08期

7 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

8 陳繼民,肖榮詩,左鐵釧,王躍文;激光切割工藝參數(shù)的智能選擇系統(tǒng)[J];中國激光;2004年06期

9 陳章;激光精密加工技術(shù)及其應(yīng)用[J];新技術(shù)新工藝;2002年08期

10 陳樹明;激光切割技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J];鍛壓機(jī)械;2002年02期

本文編號：2810986