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等离子切割机动力学分析和切割质量控制综合研究

等离子切割机动力学分析和切割质量控制综合研究

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等离子切割机具有切割质量好、切割速度快、热影响区小、污染小等优点,在板材加工上得到了广泛应用。为了减少等离子切割机机械结构出现的冲击,在等离子切割时,切速会随转角位置和大小变化而进行主动调整,一般为降速通过拐点。转角处切割速度降低会导致尖角处热量集中、尖角“烧蚀”和应力集中现象,降低切割质量。因而,需要将机床动力学分析和切割质量控制综合研究,

首先,以热力学理论和机床动力学模型为基础,研究速度波动下等离子切割机切割板材的转角轨迹建模方法。通过ANSYS有限元软件建立三维有限元仿真模型,采用APDL编程语言和生死单元方法,实现激光高斯体热源沿切割轨迹移动以及金属受热熔化除去过程仿真。发现转角处速度下降加剧了尖角热量集中、热应力集中,易导致尖角“烧蚀”。 其次,在三维有限元模型基础上,分别分析了转角、切速和激光功率等参数对模型热应力场的影响规律。研究得出:转角角度减小,经过转角速度的下降程度大,散热面积小,尖角处热量集中,尖角“烧蚀”更为明显,热应力和残余应力小;切割速度减小,单位时间内吸收的热量增多,尖角处热量更集中,尖角“烧蚀”明显,热应力和残余应力小;激光功率减小,单位时间内吸收的热量减少,尖角区域热量集中得到缓解,“烧蚀”现象得到缓解,热应力和残余应力则加大。

测定了不同应变量和中间热处理温度下的显微硬度、抗拉强度和电导率,并研究了Cu-15%Cr原位复合材料的显微组织。等等离子切割机切割复合材料铸态组织没有明显差别;通过改变应变量以及调整中间热处理,可以获得不同的显微硬度、强度和电导率的组合;中间热处理温度在480℃以下,可以获得抗拉强度1000MPa、电导率71%IACS的Cu-15%Cr形变原位复合材料,等离子切割机综合性能与真空熔铸制备的形变原位复合材料相当。

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