大功率激光切割不锈钢板关键工艺参数研究-机械制造及其自动化专业论文.docx

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。 关键词：大功率激光切割 工艺参数 切割速度 离焦量 辅助气体压力 工艺实验 I II ABSTRACT High power laser cutting is an advanced manufactory technology, which is complex of optics, electronic, mechanical, process, and material science. The cutting process is complex, influenced by many factors, including laser power, cutting speed, the position of focal and the characteristic of material. The quality of cutting would be greatly influenced if the technological parameters were incorrect selected, such as: the roughness of cutting surface, gaps or the slag attached to the back of the steel plate. The process parameters are developed often by trial cut in practice, thus resulting in the increase of production cost and loss in efficiency, which prevents the development of technology and the application in practical production. Taking high power laser cutting of stainless steel plate as an example, the process parameters are contained in this paper, which influence the cutting quality, and system analyzed by theory and experiments. The main contents of this paper are summarized as follow: Based on the model of laser cutting stainless steel plate, some necessary assumptions are proposed, and certain physical pr