中厚板氧化助熔激光打孔過程數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、激光打孔工藝具有打孔速度快、效率高、深徑比大、變形小、成本低和適用性廣等特點(diǎn),作為激光切割技術(shù)的前道工序被廣泛應(yīng)用于電力電子、航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的板材加工上。隨著激光切割能力不斷增強(qiáng),激光打孔和切割板材的厚度越來越大,其工藝也越來越復(fù)雜。
　　激光打孔包含了劇烈的熱流耦合作用,且隨著孔深的增加,孔內(nèi)部的金屬材料液化過程、熔融層的形態(tài)及孔形附近的溫度場(chǎng)分布都難以被直接觀測(cè),研究難度大。為研究中厚板氧助激光打孔過程中孔的形成過程

2、,本文建立了激光打孔過程的數(shù)值仿真模型,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體內(nèi)容如下:
　　首先,分析了激光打孔的板材有效影響區(qū)域,將其分為固體板材區(qū)、熔融金屬區(qū)、和充滿輔助氣體的孔。以10mm厚的低碳鋼板為研究對(duì)象,考慮了激光發(fā)散角、輔助氣體對(duì)熔融金屬的壓力作用與氧化反應(yīng)的作用,建立了完整的激光打孔有限元模型,對(duì)激光打孔過程中的孔形變化及溫度場(chǎng)分布進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　分析了激光打孔過程中金屬板材在激光照射的作用下受熱熔化、液體金屬與氧氣

3、發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、熔融金屬蒸發(fā)及在輔助氣體作用下的去除過程。包括整個(gè)打孔過程中孔徑、孔深及溫度場(chǎng)分布隨時(shí)間的變化過程,以及單個(gè)脈沖作用下孔形底部板材熔化、液體金屬被去除的過程。分析了激光功率、激光聚焦光斑直徑以及離焦量變化對(duì)激光打孔過程中孔形及打孔速度的影響規(guī)律。
　　進(jìn)行激光打孔過程實(shí)驗(yàn),描述打孔過程中不同時(shí)刻的孔形,驗(yàn)證了隨孔深增加,由于孔內(nèi)的金屬蒸汽阻擋作用增強(qiáng)、發(fā)散角加大而導(dǎo)致打孔速度下降的理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果。