连续激光切割C70S6裂解槽数值模拟

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在汽车零部件制造中,连杆一类的剖分类零件制造工艺非常复杂,针对此类零件结合面的精确加工和吻合等技术难题,裂解加工技术应运而生。与传统的分体加工技术相比,连杆裂解加工技术具有工艺流程简单、节省精加工设备、制造精度高、装配质量好、承载能力强等优点,对于降低制造成本、提高发动机性能有重要意义,已成为剖分类零件制造技术的发展方向。连杆裂解加工有三道核心工序:预制裂解槽、定向裂解、装配螺栓。预制裂解槽是其首要工序,目的是制造缺口效应,施加拉应力载荷后在缺口处形成很高的应力集中,使零件沿着预定断裂面发生断裂,并显著降低裂解载荷。目前,裂解槽的加工方法主要有机械拉削和激光切割。由于激光切割技术具有切缝窄、加工速度快、无刀具磨损、操作简单、可显著减少裂解力及大头孔裂解变形等优点,因此激光加工裂解槽方法正在替代传统的机械拉削工艺。激光加工裂解槽是一个包含激光束、工件、周围环境在内的复杂过程。本文对连续激光加工连杆材料C7OS6裂解槽进行数值分析,主要研究工作如下:1.根据连续激光加工裂解槽的实际情况,建立了激光切割三维瞬态温度场有限元模型。构建3D高斯热源模型,并通过切割HT250裂解槽实验进行热源校核,利用SYSWELD软件函数加载功能实现了高斯热源的移动。并对区域网格划分、材料热物性参数、切槽模拟工艺参数、边界条件、相变潜热等关键技术问题进行了分析,完成了数值模拟的前处理过程。2.对连续激光切割裂解槽温度场进行数值模拟,获得不同激光加工参数下温度场分布,总结出激光加工参数对裂解槽槽深与槽宽的影响规律:裂解槽槽深与槽宽与输出功率正相关,与切割速度负相关;裂解槽槽深与光斑半径负相关,槽宽与光斑半径正相关。3.对激光切割过程进行相变模拟,获得激光加工后裂解槽热影响区的组织成分,并据此计算了硬度分布。进一步分析了裂解槽热影响区组织成分和硬度对断裂方式(脆性或韧性)、裂解力大小及后续加工的难易程度的影响。4.对激光加工裂解槽三维瞬态应力场尤其是残余应力进行数值模拟,结果表明激光加工过程中最大拉应力出现在裂解槽根部,冷却后应力无法完全释放,存在残余拉应力,有利于连杆断裂。不同激光加工参数下应力场分布结果表明:最大残余应力与激光输出功率正相关,与切割速度负相关。
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