熔化物图像处理法铝合金薄板高质量激光切割

摘要

铝合金比强度高，导热性好，在航空航天、交通运输、通讯电子等领域获得了广泛应用，一直是材料领域研究的热点。铝合金薄板精密类零件对加工质量有着高要求。采用激光切割该类零件能克服传统加工中存在的缺点。目前对于激光切割其工艺优化和数学建模方面均已取得了一定成果，提高了对激光加工机理的认识。激光加工过程中熔化物的状态和最终成形，以及熔化物的去除形式与机理，直接影响着加工质量评价指标。如何建立熔化物去除机理与形式的模型，并建立其与切割质量之间的关系，对激光精密切割工艺有着重要的应用价值和理论意义。
　　基于图像处理的方法研究了激光切割去除熔化物。通过IPP软件对去除熔化物颗粒显微图像处理，得到了去除熔化物颗粒的形貌和特征参数及其分布。依据判定度量标准将颗粒分为圆形颗粒、类圆形颗粒和蝌蚪形颗粒三种形状颗粒。并得到了如下试验规律:随气熔比值的增大去除熔化物圆形颗粒百分比增大，在高气熔比0.6519下高达69％，且熔化物颗粒平均尺寸在减小，高气熔比0.6519下，圆形颗粒平均直径为88.96μm;而随辅助气压的增大，去除熔化物中蝌蚪形颗粒所占百分比急剧增大，在辅助气压0.6MPa下达到了60％。
　　依据试验和理论研究，建立了熔化物的动力学模型，并根据开尔文-亥姆霍兹不稳定理论建立了熔化物去除模型。去除模型分析了辅助气体剪切力、熔化物粘性力和蒸汽反冲压力对熔化物动态特性的影响。通过韦伯数建立了惯性力和表面张力对熔化物去除的模型。模型得到了去除熔化物颗粒平均尺寸并利用熔化物二次破碎理论解释了难收集空气悬浮物颗粒。该模型很好的解释了试验中去除熔化物形状及特征参数出现的规律，并预测了气熔比和辅助气压对切割质量的影响趋势。
　　基于气熔比控制和辅助气压控制的试验方法，详细研究了气熔比值和辅助气压值对铝合金薄板的切割质量影响规律，包括挂渣高度、切口宽度等。研究发现，气熔比值的增大和辅助气压的增大，更有利于熔化物去除而得到高质量切口，表现为挂渣少且高度小，切口宽度均匀等。试验结果验证了模型的预测。本文最终在高气熔比0.6519和高辅助气压0.6MPa下得到了无挂渣、切面平整、粗糙度较低(Ra4.195)的高质量切口，并试制了高质量铝合金缝阵天线薄板零件。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 课题背景

1．2 激光切割技术概述

1．2．1 激光切割方法

1．2．2 气熔比法激光切割

1．3 激光切割质量

1．4 激光切割熔化物研究现状

1．4．1 熔化物数值模拟现状

1．4．2 熔化物挂渣研究现状

1．4．3 去除熔化物研究现状

1．5 课题的提出及论文主要工作

1．5．1 课题研究的提出

1．5．2 论文主要工作

2 激光切割基本原理与去除熔化物采样

2．1 试验条件

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验条件

2．1．3 试验检测设备

2．2 试验方法

2．3 切割气熔比值

2．4 去除熔化物采样

2．4．1 不同气熔比下去除熔化物

2．4．2 不同辅助气压下去除熔化物

2．4．3 去除熔化物估测

2．5 本章小结

3 基于图像处理技术的去除熔化物研究

3．1 微小颗粒测试研究概述

3．1．1 颗粒测试方法

3．1．2 基于图像技术测试去除熔化物颗粒

3．2 基于IPP图像技术研究去除熔化物步骤

3．2．1 图像技术测试过程

3．2．2 颗粒形貌判断标准及特征分布

3．3 气熔比对去除熔化物影响

3．4 辅助气压对去除熔化物影响

3．5 本章小结

4 熔化物去除机理分析

4．1 熔化物动力学模型

4．2 熔化物去除模型

4．3 模型结果分析

4．3．1 试验结果解释

4．3．2 切割质量预测

4．4 本章小结

5 试验验证及激光高质量切割

5．1 试验切割

5．2 不同气熔比下切割质量

5．2．1 切口宽度

5．2．2 挂渣高度

5．3 不同气压下切割质量

5．3．1 切口宽度

5．3．2 挂渣高度

5．4 高质量激光切割

5．4．1 切面形貌与粗糙度

5．4．2 缝阵天线薄板切割

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢