本文關(guān)鍵詞：激光切槽流體場與溫度場耦合系統(tǒng)建模與仿真

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【摘要】：連桿裂解新技術(shù)憑借其高精度、高效率等優(yōu)勢在國內(nèi)外市場得到廣泛重視和應(yīng)用。連桿裂解首先要在連桿大頭預(yù)定斷裂位置加工兩條形狀、位置對稱的裂解槽，再施以垂直于預(yù)定斷裂面的正應(yīng)力載荷，裂解槽附近形成應(yīng)力集中，連桿大頭在低應(yīng)力下發(fā)生脆性斷裂，最后利用三維自然斷裂面作為定位及結(jié)合面，完成高精度裝配。裂解槽作為實現(xiàn)連桿裂解生產(chǎn)中脆性斷裂剖分的必要條件之一，其尺寸及加工方法都會對裂解質(zhì)量產(chǎn)生影響。脈沖激光切割是目前最先進的裂解槽加工方法。 激光切割是將激光高能量會聚在被加工工件表面使其熔化甚至汽化，并由輔助氣體將熔融金屬及金屬蒸汽帶出以形成切口的加工方法。激光切割作用機制較復(fù)雜，且脈沖激光切割裂解槽屬盲槽加工，加工精度及質(zhì)量易受到材料本身性質(zhì)、激光參數(shù)、加工參數(shù)及輔助氣體參數(shù)等因素的影響。 本文針對脈沖激光加工單一匙孔過程的作用機理進行分析探討，綜合考慮輔助氣體流場與溫度場的交互作用，完成數(shù)值模型的建立，實現(xiàn)匙孔成形過程的模擬。進而分析氣體參數(shù)及激光參數(shù)對匙孔成形尺寸及質(zhì)量的影響，為提高裂解槽乃至裂解質(zhì)量，降低產(chǎn)品缺陷率提供依據(jù)。且脈沖激光也廣泛應(yīng)用于打孔、刻痕等其他精密加工領(lǐng)域，因此對脈沖激光加工匙孔過程的分析對相關(guān)精密加工領(lǐng)域都具有指導(dǎo)意義。 本文的主要研究工作及取得的成果如下： （1）針對單一匙孔成形過程完成了數(shù)值模型的建立，其中利用二次開發(fā)程序進行編程，完成了深度自適應(yīng)熱源模型的建立。綜合考慮了輔助氣體流場和溫度場在成形過程中的作用及相互影響，通過模擬再現(xiàn)了在二者共同作用下匙孔的成形過程，并通過實驗驗證了模擬的有效性； （2）分析了切割過程中輔助氣體流場的結(jié)構(gòu)特點和作用，結(jié)果表明：輔助氣體從噴嘴噴出后迅速膨脹，大部分氣體從噴嘴兩側(cè)逸出，少部分氣體撞擊到工件表面，其中一部分進入匙孔中促進匙孔成形。在流動過程中，會在噴嘴兩側(cè)及匙孔周圍形成較強的湍流，影響氣體的流動及除渣作用。當(dāng)匙孔內(nèi)流出氣體與來流氣體強烈地相互干涉時會形成馬赫盤，馬赫盤的產(chǎn)生阻礙了氣體流入匙孔，減弱了氣體的有效作用并降低了其利用率； （3）利用單因素變量法，研究了不同輔助氣體入口壓力和背壓力下輔助氣體流場的分布特征及其對匙孔成形尺寸及成形質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：入口壓力在一定范圍內(nèi)的增加會導(dǎo)致氣體壓力和速度上升，輔助氣體除渣能力增強，所得匙孔尺寸有所增加，但當(dāng)壓力過大時，由于渦流等因素的影響，氣體速度下降，匙孔尺寸有所減小且掛渣情況略有惡化。在較小范圍內(nèi)提升背壓力可提高輔助氣體利用率，改善匙孔底部成形，但會減小匙孔直徑，，且當(dāng)背壓力較大時，氣體速度明顯降低，匙孔形成效果較差； （4）分析了激光加工過程中溫度場的動態(tài)變化及熱源模型隨模擬時間進行的更新情況，驗證了激光加工能量集中、熱影響區(qū)小的特點； （5）分析了激光功率和焦點半徑對溫度場、匙孔尺寸及質(zhì)量的影響，并探討了氣體參數(shù)對溫度場的影響。結(jié)果表明：激光功率的增加可顯著增大匙孔尺寸，但當(dāng)功率過大時，掛渣情況略有惡化。焦點半徑的減小可使能量輸入更集中，令匙孔深度加深、直徑減小，但匙孔直徑過小影響了輔助氣體在匙孔中的作用，使匙孔深度略有下降。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG485

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧蘭,薛忠明,張彥華;激光深熔溫度場數(shù)值模擬熱源模型分析[J];電焊機;2004年09期

2 楊慎華,寇淑清,谷諍巍,金文明,趙勇;發(fā)動機連桿裂解加工新技術(shù)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2000年03期

3 寇淑清;楊慎華;趙慶華;張志強;;發(fā)動機連桿裂解加工初始裂紋槽幾何參數(shù)研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2007年09期

4 楊慎華;張志強;寇淑清;;連桿預(yù)制裂紋槽激光加工工藝參數(shù)[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年01期

5 熊智軍;李永強;趙熹華;李民;;熱壓條件下激光深熔焊接溫度場的數(shù)值模擬[J];焊接學(xué)報;2007年08期

6 譚向虎;王威;單際國;溫鵬;王旭友;林尚揚;;激光切割過程輔助氣體動力學(xué)性能的數(shù)值模擬[J];焊接學(xué)報;2012年05期

7 唐霞輝，朱海紅，段軍，李家;輔助氣體對CO_2激光焊接等離子體的作用[J];華中理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版);1995年01期

8 謝小柱,李力鈞,張屹,劉繼常,鄢銼;激光切割金屬厚板新技術(shù)[J];激光技術(shù);2005年03期

9 鄢銼,李力鈞,李娟,謝小柱,張屹;激光切割板材表面質(zhì)量研究綜述[J];激光技術(shù);2005年03期

10 唐霞輝,周毅,何艷艷,朱國富;輔助氣體流量對光致等離子體控制的影響[J];激光雜志;2002年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王金偉;連桿/箱體主軸承座裂解槽脈沖激光加工數(shù)值模擬及試驗研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 汪任憑;激光深熔焊接過程傳輸現(xiàn)象的數(shù)值模擬[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

3 林寶君;連桿裂解半自動生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)的控制技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

4 鄭祺峰;發(fā)動機連桿裂解槽激光加工技術(shù)及自動化設(shè)備研究[D];吉林大學(xué);2010年

5 于歌;發(fā)動機缸體主軸承座裂解加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 鄭黎明;發(fā)動機連桿裂解加工關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備開發(fā)[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號：1204858