國際社會日趨嚴重的能源與環(huán)境危機推動著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷升級,汽車制造趨于智能化、精密化,這對汽車制造工藝提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。光纖激光切割技術(shù)作為一種新型精密加工技術(shù),可以有效的解決傳統(tǒng)切割方法在精密零件加工的困難,不同于傳統(tǒng)汽車制造過程中的下料沖孔,光纖激光切割在后加工中體現(xiàn)出很高的柔性。本文在國內(nèi)外研究基礎(chǔ)上,以激光切割不銹鋼薄板質(zhì)量特性作為主要研究對象,研究了激光切割參數(shù)對切縫寬度和表面粗糙度的影響,建立了激光切割質(zhì)量預(yù)測和工藝優(yōu)化模型。首先,根據(jù)激光切割能量平衡方程和熱應(yīng)力理論,通過ABAQUS有限元軟件建立了激光切割不銹鋼薄板的順序熱力耦合仿真有限元模型,得到了激光切割溫度場。結(jié)合ABAQUS單元刪除子程序得到了溫度引起的應(yīng)力場,從而實現(xiàn)了在輔助氣體作用下吹除材料形成切縫的完整激光切割過程,并且分析了切割參數(shù)對于溫度場和應(yīng)力場的影響。其次,通過激光切割不銹鋼薄板正交試驗試,對不同激光功率、切割速度、氣體壓力和離焦量下的切割質(zhì)量進行研究。使用激光共聚焦顯微鏡對切割后的材料進行了切縫寬度和表面粗糙度的測量�；诓煌す馇懈顓�(shù)下的試驗數(shù)據(jù),得到了激光切割參數(shù)對切割質(zhì)量的相互作用關(guān)系。最... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光切割在汽車制造的應(yīng)用Fig.1.1Applicationoflasercuttinginautomobilemanufacturing

不銹鋼薄板光纖激光切割質(zhì)量特性及其多目標優(yōu)化研究4（c）裂紋切割（d）燒蝕切割（c）Fracturecutting（d）Ablationcutting圖1.2激光切割原理圖Fig.1.2Schematicdiagramoflasercutting1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1激光切割工藝試驗與仿真研究現(xiàn)狀激光切割目的是分離即切斷材料，材料切斷后形成的最明顯的特征就是切口或切縫，無論是切割金屬材料還是非金屬材料，切割后形成的切口特征是切割質(zhì)量的重要評價指標。目前，對于激光切割過程和切割工藝的研究方法主要有試驗和仿真。Araujo等人[12]在2024鋁合金表面二氧化碳激光器切孔試驗中研究了熱影響區(qū)的形成機理，并且分析了熱影響區(qū)域的微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在α-液相存在的情況下，HAZ在548到596攝氏度之間受到加熱作用。對切口分析發(fā)現(xiàn)，切割過程中高氮氣壓力會形成三種類型的粗糙度，為了改善這種切割作用，改用不同波長和不同的功率來切割獲得了更好的切割效果。Carpio等人[13]證明了激光加工過程中由于表面熔化而產(chǎn)生的表面粗糙度顯著提高了激光處理后工件的疲勞性能。王彥飛等人[14]在激光切割鋁合金薄板時發(fā)現(xiàn)，從切割截面噴射出的顆粒呈球形，具有較高的蒸發(fā)-熔融比，顆粒的平均直徑因切割質(zhì)量的提高而變校謝小柱等人[15]通過厚板的激光切割工藝試驗，發(fā)現(xiàn)了切割深度與切割速度、激光功率、焦點位置之間的規(guī)律。陳樂[6]通過試驗和仿真相結(jié)合的方法闡述了中厚板氧助激光切割流嘗溫度場仿真及切面條紋形成機理的關(guān)聯(lián)，分析了切割形成條紋過程中的燃燒機理和影響條紋形成的重要因素。陳聰?shù)热薣16]開展光纖激光切割鋁合金試驗同研究了激光切割參數(shù)對切面粗糙度和掛渣長度的影響規(guī)律。從上述研究可以看出，試驗方法主要針對激光切割過程中切口形成機理和基礎(chǔ)特性的

不銹鋼薄板光纖激光切割質(zhì)量特性及其多目標優(yōu)化研究10錐形熱源在板材下表面的半徑，h表示工件厚度。圖2.1高斯體熱源分布Fig.2.1DistributionofGaussianbodyheatsource2.1.2激光切割溫度場理論分析當激光束聚焦在工件上時，材料吸收激光能量并傳導到內(nèi)部，并通過表面的熱對流損失一部分。材料吸收激光能量的效率取決于材料的熱性質(zhì)和光學性質(zhì)以及激光束的波長、偏振和工件的溫度。在激光切割分析中作了以下假設(shè)：（1）材料是各向同性和不透明的，忽略相變潛熱；（2）激光束的空間分布是TEM00高斯基模；（3）由于熔化了的材料立即被輔助氣體的壓力從被切割材料吹出，因此，忽略熔化材料的蒸發(fā)效應(yīng)。基于以上假設(shè)，將激光切割過程的傳熱過程模擬為三維瞬態(tài)分析�？臻g和時間溫度分布T(x,y,z,t)滿足以下熱傳導微分方程，基于熱傳導的模型控制方程滿足傅里葉定律[42]，描述為：222222TTTTQcxyzt（2.4）式中為材料的導熱系數(shù)，T為切割溫度場分布，Q為激光切割熱源，c為材料的比熱容，為材料密度。2.1.3邊界條件在切割分析中，由于激光從切割邊緣的反射被切割面吸收，所以激光的反射被忽略了。因此，受激光束輻照的反射損失只發(fā)生在材料的自由表面。此外，在工件的自由表面（輻

【參考文獻】：
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本文編號：3595848