大功率激光切割不锈钢板关键工艺参数研究

摘要

大功率激光切割技术是融合了激光光学、电子、机械、工艺和材料等学科的复合型先进制造技术。激光切割过程复杂,影响因素多,包括激光器输出功率、切割速度、离焦量及切割材料性能等。若工艺参数选取不当,切割质量就会受很大影响,如切割面粗糙,断面出现缺口或背面附着沾渣等。在实际生产中,工艺参数的制定往往通过试切法,这大大增加了生产成本,降低了生产效率,阻碍了该项技术的发展和在实际生产中的应用。　　课题以大功率激光切割不锈钢板为对象,对影响切割质量的主要工艺参数进行较系统的理论和实验研究,主要包括以下几个方面:　　(1)建立激光切割不锈钢板模型,提出相关必要假设,对不锈钢板物理特性,尤其是随温度变化呈非线性规律的热物理参数,进行分析研究,以得到其在相关函数式中的正确表达。　　(2)分析离焦量对切割质量的影响特性,总结因离焦量选取不当而产生的加工缺陷,通过单因素控制法,实验研究得到离焦量的确定方法。　　(3)深入分析切割过程,由能量守恒定律,建立热平衡方程,推导出切割速度与其它工艺参数之间关系,得到其函数表达式,在MATLAB中,输入相关参数,即可得到切割速度数值。　　(4)分别在德国TRUMPF L3030及日本NTC TLV-510激光切割机上,对切割速度函数表达式进行实验验证,实验结果表明,切割速度函数表达式具有正确性与普适性。　　(5)分析了辅助气体压力对切割质量的影响,并实验研究了辅助气体压力与板厚的函数关系,指导实际生产。　　研究成果表明,影响激光切割质量的关键因素包括:激光器输出功率、切割速度、离焦量及辅助气体压力等,并获得了较全面、系统的工艺参数制定方案,对实际加工起指导作用,避免了盲目试切带来电子元器件的损坏及生产成本的增加。课题的相关研究成果已在重庆365金属切割有限公司应用,取得了良好的切割效果,为公司节约了成本,提高效益,具有一定学术和经济价值。

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第一章 绪论

1.1 激光的特性及应用

1.2 大功率激光切割设备国内外研究现状

1.3 课题的提出和研究意义

1.4 课题主要研究内容

第二章 大功率激光切割的理论基础

2.1 激光切割原理分析

2.2 激光切割过程

2.3 温度场数学模型

2.4 光束模式及参数影响

2.5 相关工艺参数对切割质量的影响

2.6激光切割的工艺分析

2.7 材料特性对切割质量的影响

2.8 小结

第三章 离焦量对不锈钢板切割质量影响特性及确定方法研究

3.1 离焦量相关理论

3.2离焦量对不锈钢板切割质量影响特性研究

3.3 离焦量确定方法

3.4 离焦量确定方法在实际加工中的应用

3.5 小结

第四章 切割速度对不锈钢板切割质量影响特性及其确定方法

4.1 切割速度对切割质量的影响特性分析

4.2 切割速度理论计算方法

4.3 切割速度理论计算结果及讨论

4.4 切割速度工艺实验

4.5 切割速度确定方法的应用

4.6 小结

第五章 辅助气体压力对不锈钢板切割质量影响特性及确定方法研究

5.1 辅助气体压力对切割质量的影响特性分析

5.2 辅助气体压力确定方法

5.3 小结

第六章 结论

致谢

参考文献