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铝合金薄板激光切割工艺研究

张晖  
【摘要】:激光切割同其他热切割方法相比,有切缝窄、热影响区小、效率高、切割范围广、柔性好和能节省材料等优点。近年来,激光切割在工程应用中日益广泛,铝合金也越来越多地应用于我国先进技术领域如航空方面,但是由于铝合金的激光吸收率低等原因,目前铝合金激光切割应用较少,并且在激光方面的研究中,与铝合金相关的激光切割工艺研究较少,所以如何选择合适的工艺参数来提高铝合金的激光切割质量是一个重要课题。在理论分析方面,介绍了激光的产生和特性以及激光切割的机理、分类及激光切割过程的能量转换,并对激光切割工艺及切割路径的选择等问题进行了分析,归纳了激光切割质量的评价指标和其主要的影响因素,确定了影响铝合金激光切割质量因素为激光功率,切割速度和气体压力以及衡量激光切割质量的主要指标为切割面粗糙度、挂渣长度和切割缝宽度。在试验分析方面,首先运用数据处理软件MATLAB对激光切割进行了能量分析以及分析计算了切缝宽度的数学模型,得到了特定激光功率和铝合金板材厚度下的最大切割速度mv;其次,建立了影响因素(激光功率,切割速度和气体压力)对激光切割质量的单因素试验方案,分析了影响因素对切割质量各指标的影响规律;再次,通过建立正交综合试验并且结合矩阵分析法确定了综合质量最优的因素组合;最后,基于正交试验建立一次回归正交设计方案,获得了影响因素与试验指标的一次回归方程,通过检验验证得出了回归方程在置信度95%情况下高度显著。在激光切割模型分析方面,建立了基于正交试验的人工神经网络模型,即BP(Back-Propagation)神经网络,得到了影响因素与激光切割各指标之间的高度非线性方程。运用遗传算法对非线性方程极值寻优的特性,在BP神经网络模型上结合遗传算法,求取了非线性方程的极值,得到了切割质量最佳的工艺参数方案,该结果与正交试验分析下的最优方案吻合。


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