不銹鋼薄板光纖激光切割工藝研究.pdf

1、光纖激光切割有其獨特的優(yōu)勢:切割質(zhì)量好、切割效率高、切割速度快、非接觸式切割、范圍廣、清潔安全無污染，在市場中短短幾年內(nèi)得到廣泛認(rèn)可。國內(nèi)小品牌層層疊出，國內(nèi)目前激光切割技術(shù)缺乏創(chuàng)新，由于工藝參數(shù)復(fù)雜，在大多數(shù)工廠中技術(shù)人員都是依據(jù)經(jīng)驗調(diào)整參數(shù)，工作效率低下，而且眾多企業(yè)沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量得不到嚴(yán)格的把控，良莠不齊。
　　本文在研究國內(nèi)外激光切割工藝現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，建立了ANSYS有限元模型，對激光切割不銹鋼薄板時溫度場分布、應(yīng)

2、力場分布及它們的變化規(guī)律做了仿真研究。并且做了現(xiàn)場切割實驗，通過測得的切割指標(biāo)數(shù)據(jù)與仿真分析做了對照，驗證了仿真分析的可靠性，總結(jié)了切割規(guī)律，得到切割不銹鋼薄板的最優(yōu)參數(shù)。具體內(nèi)容如下:
　　首先，根據(jù)能量傳遞建立激光切割數(shù)學(xué)模型，通過ANSYS仿真軟件建立了激光切割不銹鋼過程的有限元模型，利用APDL編程語言得到溫度場分布及變化規(guī)律。通過間接法求出應(yīng)力場分布及變化規(guī)律并添加了生死單元技術(shù)，實現(xiàn)了隨著切割頭移動金屬融化并被吹除的過

3、程仿真。發(fā)現(xiàn)在切割頭前進(jìn)方向溫度和應(yīng)力都存在集中現(xiàn)象，激光傳遞在板材內(nèi)部呈斗形照射，且光纖激光切割存在光束集中現(xiàn)象。
　　其次，在有限元模型溫度場分析的基礎(chǔ)上，通過APDL編程語言改變參數(shù)，分別分析了切割速度、切割功率及板厚變化下對溫度場的影響規(guī)律，并結(jié)合機(jī)理分析了其對切割指標(biāo)的影響。研究得出切割速度過快、功率過小、板材過厚時都會使材料接收的溫度達(dá)不到其熔點，底層不能得到完全融化從而導(dǎo)致工件切不透，另外速度過慢時，切縫內(nèi)壁不斷得到

4、照射，使得熔融的金屬在來不及被輔助氣體吹走的情況下，會導(dǎo)致掛渣形成，功率過大會使切割區(qū)溫度急劇增高，融化半徑變大導(dǎo)致切縫變寬及融滴形成，板材過薄時切縫變寬，切縫不規(guī)則。
　　最后，利用光纖激光切割機(jī)對1mm、2mm、3mm厚度的304不銹鋼進(jìn)行切割，測量掛渣量高度、粗糙度，并利用超景深顯微鏡測量條紋間距和切縫寬度。實驗結(jié)果驗證了仿真分析的可靠性。并通過響應(yīng)曲面法得到焦點和功率是影響掛渣量的主要因素;功率和板厚是影響切縫寬度的主要因