Автоматизация технологического процесса лазерной резки металлов на основе объемного распределения температурного поля

• Автор: Кисаев, Руслан Азатович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Набережные Челны
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Введение

Глава 1. Исследование зависимостей параметров лазерной резки от внешних факторов

1.1. Особенности применения лазерных технологических

комплексов.
1.2. Патентноинформационный обзор по системам автоматического управления параметрами лазерных технологических комплексов

1.3. Экспериментальные металлографические исследования по

лазерной резке образцов металлов

1.3.1. Результаты металлографических исследования образцов из сталей.

1.3.2. Технологический процесс лазерной резки.

1.4. Обработка результатов исследований.

1.4.1. Статистическая обработка экспериментальных данных

1.4.2. Аппроксимация экспериментальных зависимостей показателей качества технологического процесса резки от параметров лазерного технологического комплекса
1.4.3. Расчет коэффициентов аппроксимирующего уравнения.
1.4.4. Погрешность аппроксимации
1.5. Требования к металлам, подвергаемых лазерной резке.
1.6. Исследование качества реза металлов.3
1.6.1. Результаты экспериментальных исследований
1.7. Выводы.
Глава 2. Оптимизация параметров технологического процесса резки
металлов.
2.1 Исходные данные задачи и ее поэтапное решение.
2.2. Описание алгоритма.
2.3. Постановка и решение задачи
2.4. Выводы.
Глава 3. Математическая модель теплового потока, наведенного
лазерным излучением.
3.1. Особенности моделирования теплофизических процессов при резке металла лазерным излучением
3.2. Моделирование теплового поля на основе численной модели.
3.3. Исследование теплового поля, формируемого лазерным излучением.
3.4. Моделирование и оптимизация процесса лазерной резки
3.4.1. Задание параметров процесса лазерной резки при помощи термокииегических кривих
3.4.2. Критерий оценки качества технологического процесса при выборе технологических параметров.
3.4.3. Понятие распределенного и подвижного.у правления
3.4.4. Определение распределенного воздействия теплового источника.
3.4.5 Определение параметров перемещающегося лазерного
источника нагрева
3.4.6. Расчет температурного поля зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом.
3.5. Описание структуры системы автоматического управления. Глава 4. Реализация управления параметрами технологического
процесса.
4.1. Расчет технологических параметров резки металлов.
4.2. Энергетические затраты при газолазерной резке металлов
4.3. Разработка и исследование системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом.
4.4. Результаты.
4.5. Выводы к четвертой главе
Основные результаты работы
Список использованной литературы


Это высокая скорость, экономия материала и производительность процесса, идеальная поверхность реза, незначительная зона термического воздействия, изготовление изделий любой сложности в единичных экземплярах, высокая повторяемость сложных изделий в любых количествах, отсутствие деформации материала [6]. Используя возможности лазерной резки, можно раскроить по сложному контуру практически любой листовой материал при- отсутствии механического воздействия на обрабатываемый материал. Одной из задач, встающих при проектировании ТП, является минимизация времени обработки заготовки с целью снижения себестоимости изделия. Основным направлением решения задачи по первому способу является оптимизация скорости резания по траектории [7]. При рассмотрении оптимизация времени холостых ходов можно решить подзадачу сокращения общей длины холостых ходов. ТП при решении общей задачи сокращения времени резки листовых заготовок приобретает первостепенную значимость [8]. Данный подход позволяет построить систему автоматического управления (СЛУ) лазерным технологическим комплексом (ЛТК) со стабилизацией заданного значения точности позиционирования лазерного излучения (ЛИ) относительно заданной траектории реза [9] и плотности мощности ЛИ при оптимальном расходе кислорода. Использование ЛИ с достижением заданных показателей качества обработки для различных ТП требует многогранности подходов к разработке систем управления и оптимизации режимов ЛТК. Для лазерной резки требуется минимизировать энергопотребление и обеспечить минимальную шероховатость и ширину реза []. Показатели качества резки металлов зависят от параметров ЛТК, к которым относятся плотность мощности излучения, скорость перемещения ЛИ, физико-химических свойств металла и атмосферы, окружающей зону воздействия. Решение задачи заключается в оптимальном выборе не только звеньев ЛТК, направленном на выполнение требуемых показателей качества ТП, но и оптимизации параметров комплекса, где в качестве критерия оптимальности выступает его экономическая эффективность. Под экономической эффективностью здесь понимается минимизация энергозатрат при заданном объеме выпускаемых заготовок. Одним из методов повышения эффективности является моделирование процесса лазерной резки металлов и стабилизации рабочих режимов на основе теоретического анализа и экспериментальных исследований. Газолазерная резка (ГЛР) листовых металлов по сравнению с газовой и плазменной имеет ряд преимуществ. Известно, что высокое качество ГЛР достигается, прежде всего, за счет сравнительно малого тепловложения и, как следствие, малой деформации заготовки и вырезаемой детали. Для обеспечения минимальных значений ширины реза, зоны термического влияния и шероховатости обработку следует проводить на максимальной скорости (для заготовок заданной толщины) при установленных мощности излучения и давлении вспомогательного газа. Использование потока кислорода, направляемого в зону обработки, позволяет значительно повысить качество кромок, снизить зону термического влияния увеличить эффективность ТП [1]. Общей тенденцией развития производства является увеличение номенклатуры обрабатываемых деталей и сокращение цикла замены выпускаемых изделий новыми. В этих условиях наиболее целесообразным является применение автоматизированных ЛТК со стабилизацией заданных показателей качества ТП. Автоматизация ТП серийного производства • требует создания специализированных ЛТК с возможностью оптимизации энергетических и временных характеристик. Внедрение ЛТК в мелкосерийное производство^ требует многопрофильности выполняемых ими технологических операции. Все это приводит к необходимости оптимизации выбора звеньев ЛТК, удовлетворяющих требованиям заданного ТП с заданными показателями качества. Внедрены лазерные технологии на многих ведущих автомобильных заводах, примером их применения может служить фирма «Дженерал Моторе» США. В нашей стране лазерная резка применяется на некоторых предприятиях автомобилестроения. В мировом автомобилестроении ежегодно реализуется большое количество ЛТК.