随着工业不断发展,汽车零部件再制造技术顺应节能减排、环保经济的趋势,贯彻绿色可持续发展的理念。激光清洗技术作为表面修复的再制造技术之一,具有非接触、高效可控、绿色环保等特点,被广泛应用于污染层的去除,能够有效清洗发动机内黑色胶着状积碳。本文以激光清洗6061铝合金表面碳黑层的质量特性作为主要研究对象,利用响应面法建立了工艺参数与表面质量的映射关系,研究激光清洗参数对表面粗糙度和碳元素去除率的影响及规律,通过响应面法与遗传算法的结合建立了多目标优化模型。首先,基于激光清洗基体表面污染物的原理,通过Comsol有限元软件建立激光清洗6061铝合金表面碳黑层的双层三维热应力模型,依据热传导和结构力学理论得到了铝合金表面的温度场及应力场,分析在激光清洗过程中激光作用材料表面的特性以及清洗参数对温度场和应力场的影响。其次,确定实验设备并设计激光清洗铝合金表面碳黑层的响应面试验,以表面粗糙度和碳元素去除率表征清洗后铝合金表面质量,并通过激光共聚焦显微镜和光谱仪测量得到的数据,得到了响应面试验下的表面质量与清洗参数激光功率、扫描线宽、扫描速度和脉冲宽度的二阶多项式的数学模型,分析了方差分析结果下表面粗糙度和碳元素去除率的显著性影响因素。根据方差数据分析了单因素和交互因素对表面质量的作用影响,工艺参数对表面粗糙度最显著的单因素为调制参数脉冲宽度,显著交互项因素排序为:激光功率与脉冲宽度AD>激光功率与扫描速度AC。工艺参数对碳元素去除率单因素显著项的影响顺序为:脉冲宽度>扫描线宽>激光功率>扫描速度,显著交互项因素有:激光功率扫描速度AC,扫描线宽扫描速度BC,激光功率脉冲宽度AD。最后,通过响应面法得到激光清洗参数与表面质量的数学模型,对模型准确性进行验证。在此前提下,建立模型下表面质量多目标优化的目标函数,基于响应面-NSGAⅡ相结合方法得到Pareto最优解集,为不同清洗工程需求提供了参数选择,相比Design Expert8.0.6软件的优化结果表现更好,最后通过试验验证了最佳工艺下表面质量,绝对误差控制在2%以内,所以优化模型适合激光清洗工艺的多目标优化。