三维激光切割钣金件的夹具设计方法研究

摘要

近年来，随着全球经济的逐渐复苏和我国国民经济的飞速发展，产业结构的调整使得许多传统产业需要改造，许多钣金加工领域也有待进一步开发。三维激光切割技术由于具有独特的加工优点，使其在钣金件的加工中得到了越来越广泛地应用。尤其是在新产品的开发和小批量生产中，三维激光切割不仅能减少大量模具的使用，同时，还能极大地缩短新产品的开发周期。
　　在钣金件的三维激光切割加工过程中，待切割零件的准确与快速定位是提高其切割质量、切割精度和切割效率的重要保证。夹具是工件定位的最终执行者，而定位问题又是夹具研究的重要内容。因此，有必要对激光切割钣金件的夹具设计问题进行全面而深入的研究，以使激光切割技术更好地服务于社会生产。
　　本文首先介绍了国内外有关激光切割技术和夹具设计的发展概况，在ANSYS软件的基础上，通过建立适合三维激光切割工艺的温度场分析模型，对钣金件在激光切割过程中的温度分布做了相关分析。然后，通过将工件上的温度载荷转化为体载荷，再施加上工件的自身重力，在“N—2—1”定位原理的基础上对工件进行了支撑位置的优化分析，从而得出工件最优的支撑形式和支撑位置。最后，针对某一具体汽车钣金件做了激光切割夹具的详细设计，并在三维建模软件中设计出了夹具的具体支撑结构，从而验证了文中所提夹具设计方法的可行性和实用性，为激光切割钣金件提出了一种更为切合实际的夹具设计方法。
　　本文所作的相关研究，将有助于缩短钣金件三维激光切割夹具的设计周期，提高工件的定位精度，降低夹具的设计成本。

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1 绪 论

1.1 论文研究的背景及意义

1.2激光切割技术的国内外现状

1.3 国内外夹具设计的发展概况

1.4 本论文主要研究内容及论文结构安排

2 激光切割技术概述

2.1 连续激光切割材料的机理和分类

2.2影响三维激光切割质量的主要因素

2.3 激光切割的工艺分析

2.4 本章小结

3 三维激光切割钣金件的温度场分析

3.1切割热源对激光切割钣金件的影响

3.2激光切割钣金件过程的温度场数学模型

3.3 ANSYS中与研究相关的技术介绍

3.4 ANSYS模拟激光切割的传热学分析原理

3.5 热分析有限元法

3.6 ANSYS模拟激光切割钣金件的温度场分析

3.7 本章小结

4 三维激光切割钣金件的夹具支撑位置优化设计

4.1 “N—2—1”定位原理

4.2 薄板弯曲变形的有限元理论基础

4.3 ANSYS中的优化设计

4.4 ANSYS模拟激光切割钣金件的支撑位置和支撑数目的优化分析

4.5 本章小结

5 激光切割汽车钣金件的夹具设计实例

5.1 汽车钣金件夹具设计概述

5.2激光切割钣金件的夹具支撑结构设计

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附 录