锆基块体非晶合金（产品）光纤激光切割研究

发布时间：2017-08-18 04:08

  本文关键词：锆基块体非晶合金（产品）光纤激光切割研究

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【摘要】：块体非晶合金具有硬度高,熔点低,脆性大,较高强度、高耐腐蚀性等特性,成为诸多行业的关注热点,特别以手表、手环和手机等为代表的电子消费品,都在研究采用非晶合金,以提高产品的性能与寿命。目前,块体非晶合金产品(以下简称非晶产品)的制备以模具压铸技术为主,非晶产品加工的第一道工序是将水口与产品切割分离。由于非晶合金较高的硬度与脆性,使得传统的机加工无法适应块体非晶合金的切割生产要求。激光切割技术具有非接触、高效率、无刀具磨损、无污染等特点,为块体非晶合金切割加工的首选加工方式。激光切割是一个复杂的过程,激光切割工艺参数的选择,包括脉冲频率、切割速度、激光功率以及辅助气体压力等,直接影响着激光切割的质量。在企业的实际生产中,工艺参数常通过试切法选定,大大增加生产成本,降低生产效率。而关于激光切割块体非晶合金的研究,目前甚少见诸相关报导。对块体非晶合金激光切割特性进行研究,从而指导非晶产品的激光切割作业,有直接的现实意义。本项目在一定程度上弥补了激光切割块体非晶合金的理论与实践空白。本文以锆基块体非晶合金产品为对象,采用光纤激光切割设备进行激光切割实验,对影响激光切割质量的主要工艺参数进行系统的理论和实验研究,内容如下：1、光纤激光切割工艺实验。分析工艺参数：脉冲频率、切割速度、激光功率、占空比、气体压力以及离材间距对激光切割质量的影响规律,指导生产作业；2、搭建块体非晶合金激光切割质量的回归模型。通过实验数据分别建立切缝宽度、表面粗糙度、挂渣长度的数学模型,根据数学模型对激光切割质量进行预测；3、根据非晶合金切割断面无挂渣切割要求,提出超音速喷嘴实现无挂渣切割的理论方案。实验与生产作业发现,传统的圆锥型喷嘴无法实现非晶产品的无挂渣切割。在空气动力学基本原理的基础上,通过数学计算搭建圆锥型喷嘴与超音速喷嘴的几何模型,利用CFD仿真的分析了两种喷嘴的射流流场特性,验证设计的合理性。课题的相关研究成果已在东莞A液态金属有限公司应用,取得良好的切割效果,产生一定经济价值。
【关键词】：块体非晶合金 光纤激光切割 工艺参数 回归分析 超音速喷嘴
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8;TG485
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题背景与来源11-14
• 1.2 激光切割技术国内外现状14-18
• 1.2.1 国外发展现状15-16
• 1.2.2 国内发展现状16-18
• 1.3 课题的研究内容及研究意义18-20
• 第二章 实验材料、方法和装置20-30
• 2.1 实验材料与设备20-24
• 2.1.1 激光切割特点与非晶合金的切割机理分析20-22
• 2.1.2 开展材料实验的激光切割设备22-24
• 2.2 实验测量仪器24-25
• 2.3 实验方法与方案25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 激光切割实验结果及分析30-45
• 3.1 激光功率对切割质量的影响30-32
• 3.2 切割速度对切割质量的影响32-34
• 3.3 脉冲频率对切割质量的影响34-37
• 3.4 占空比对切割质量的影响37-39
• 3.5 气体压力对切割质量的影响39-41
• 3.6 离材间距对切割质量的影响41-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第四章 实验结果的回归分析45-53
• 4.1 回归模型的搭建与检验45
• 4.2 切缝宽度实验结果回归分析45-48
• 4.3 切割断面粗糙度实验结果回归分析48-50
• 4.4 切割端面挂渣长度实验结果回归分析50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 超音速喷嘴设计与仿真53-74
• 5.1 激光切割喷嘴对切割质量的影响53-54
• 5.2 超音速喷嘴的设计计算54-59
• 5.3 超音速喷嘴气体流场的CFD仿真与分析59-73
• 5.3.1 CFD概述59-60
• 5.3.2 网格划分、边界条件设定与控制方程求解60-64
• 5.3.3 结果与分析64-73
• 5.4 本章小结73-74
• 总结与展望74-77
• 参考文献77-82
• 攻读学位期间发表论文82-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：692581