激光精密切割圆弧与直线粗糙度差异分析与消除

发布时间：2017-05-25 16:15

  本文关键词：激光精密切割圆弧与直线粗糙度差异分析与消除，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光切割技术以其成本低、效率高、精度高等优点,广泛应用于仪表、电子等精密行业完成模板的加工。为了提高激光切割壁缝粗糙度,国内外学者对加工工艺参数展开了研究,并提出了多种优化方法和理论,但其研究仅以典型的直线切缝为研究对象,最终均以获得最小粗糙度为目的,未考虑激光切割圆弧模型的建立以及对加工工件整体粗糙度的优化。基于这种情况,本文对激光精密切割圆弧与直线壁缝粗糙度差异性与消除方法展开了研究。本文研究主要内容如下:(1)建立了激光切割圆弧壁缝粗糙度的数学模型。采用Nd:YAG激光对0.5 mm厚的1060纯铝板进行圆弧精密切割。切割后经酒精擦拭去除表面挂渣等杂物,通过显微镜观察试件圆弧切割壁缝微观形貌,通过几何关系推理建立了圆弧粗糙度简化的数学模型,得到了内、外圆弧壁面粗糙度公式。(2)讨论了切割尺寸对激光切割圆弧粗糙度的影响规律。内、外圆弧粗糙度公式与直线粗糙度公式进行比较,发现除了共同受到切割速度、激光脉冲频率和脉宽影响外,内、外圆弧粗糙度还受到切割圆弧尺寸的影响。在相同切割参数下,通过理论计算和实际切割实验,重点分析了切割半径对内、外圆弧和直线壁面粗糙度差异影响规律,结果表明:随切割半径增大,外圆弧壁面粗糙度增大,内圆弧壁面粗糙度减小;当切割半径≤7 mm时,内、外圆弧粗糙度差异明显;切割半径≥7 mm时,两者粗糙度差异忽略不计。(3)应用响应曲面法进行优化,消除了粗糙度差异性。利用实验辅助设计软件Design-Expert设计了切割实验,构建了二次回归方程并对其进行方差分析,结果表明模型拟合程度较高,拟合效果较好,失拟性不显著,整体来说用导出的二次回归方程推测总体预测值是有效的。最后,利用响应曲面法(RSM)分别对内、外圆弧与直线粗糙度进行最小值优化,获得的理论最小值中最大值作为目标值进行二次优化,从而得到圆弧和直线最小无差异粗糙度对应的工艺参数。实际切割实验测量得到的粗糙度值近似一致,直线和圆弧粗糙度差异消除,此方法证明可行有效。综上所述,在激光精密切割直线粗糙度模型基础上,分别建立了内、外圆弧粗糙度模型,通过理论计算和实际实验证明了切割内、外圆弧与直线壁缝粗糙度差异性。利用响应曲面法中最小值优化和目标值优化得到了相同粗糙度对应的不同工艺参数,最终通过实验验证了此方法使粗糙度差异得以消除,本研究为激光工艺参数数据库建立和变参数激光切割机床的研制提供了一定的借鉴。
【关键词】：激光技术 激光切割 RSM 圆弧粗糙度
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG485
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-13
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势13-20
• 1.2.1 激光切割技术国外研究现状14-16
• 1.2.2 激光切割技术国内研究现状16-19
• 1.2.3 激光切割技术发展趋势19-20
• 1.3 课题的提出及研究意义20
• 1.4 论文研究的主要内容20-21
• 1.5 本章总结21-23
• 第二章 激光原理与激光切割23-39
• 2.1 激光原理与特点23-29
• 2.1.1 激光产生原理23-25
• 2.1.2 激光器结构组成25-28
• 2.1.3 激光特点28-29
• 2.2 激光切割29-31
• 2.2.1 激光切割原理29
• 2.2.2 激光切割特点29-30
• 2.2.3 激光切割主要工艺30-31
• 2.2.4 常用工程材料的激光切割31
• 2.3 激光切割机31-37
• 2.3.1 激光切割系统31-33
• 2.3.2 Nd. YAG激光切割机33-35
• 2.3.3 激光切割机控制35-37
• 2.4 本章总结37-39
• 第三章 激光切割圆弧粗糙度模型建立39-47
• 3.1 激光切割质量评价指标39-41
• 3.2 激光切割圆弧粗糙度分析41
• 3.3 激光切割圆弧粗糙度公式41-44
• 3.3.1 粗糙度测量方法与仪器41-42
• 3.3.2 激光切割圆弧粗糙度公式建立42-44
• 3.4 激光切割圆弧和直线粗糙度差异分析44-46
• 3.4.1 影响激光切割圆弧粗糙度因素分析44-45
• 3.4.2 圆弧与直线粗糙度差异分析45-46
• 3.5 本章总结46-47
• 第四章 试验设计与模型分析47-63
• 4.1 实验设计简介47-51
• 4.1.1 响应曲面法简介47-48
• 4.1.2 响应曲面法一般步骤48-49
• 4.1.3 Box-Behnken试验设计简介49-50
• 4.1.4 响应曲面法优化50-51
• 4.2 激光切割响应曲面法试验设计51-54
• 4.2.1 Design-Expert简介51
• 4.2.2 Deign-Expert软件辅助试验设计51-54
• 4.3 方差分析与模型拟合性判断54-61
• 4.3.1 方差分析的概念54-55
• 4.3.2 方差分析的基本原理55-57
• 4.3.3 实验数据方差分析57-59
• 4.3.4 构建二次回归方程预测模型59-61
• 4.4 本章总结61-63
• 第五章 响应曲面法优化与粗糙度差异消除63-71
• 5.1 响应曲面法第一次优化63-67
• 5.1.1 响应曲面分析63-67
• 5.1.2 响应曲面法最小值优化67
• 5.2 响应曲面法第二次优化67-69
• 5.2.1 响应曲面法目标值优化67-68
• 5.2.2 优化后工艺参数试验验证68
• 5.2.3 优化结果总结68-69
• 5.3 本章总结69-71
• 第六章 结论与展望71-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录79

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