噴嘴參數(shù)對(duì)激光切割機(jī)切割工藝的影響
發(fā)布者:捷泰克 發(fā)布時(shí)間:2021-6-3 16:41:08
激光切割機(jī)加工是利用能量密度高度集中的激光束相對(duì)于工件之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)完成切割任務(wù)的。在切割過(guò)程中,常常利用外加的輔助氣體,來(lái)改善加工條件。采用輔助氧氣能夠促使金屬表面氧化,提高切割效率;通過(guò)增加吹氧壓力還可以使切縫減小,并防止熔化材料再黏結(jié)。切割易燃材料時(shí),可采用惰性氣體,能有效防止材料燃燒。在一定壓力范圍內(nèi),增加輔助氣體的壓力,可增大切割厚度,提高切割效率。外加輔助氣體在噴嘴外的速度與壓力對(duì)切割過(guò)程有一定的影響,它的運(yùn)動(dòng)情況是影響激光切割質(zhì)量的重要因素,使用何種噴嘴參數(shù)有利于切割加工是需要研究的問(wèn)題。對(duì)氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng);同時(shí)又有足夠的動(dòng)量將熔融材料噴射吹出。
下面就以一種噴嘴的參數(shù)變化,利用fluent模擬來(lái)觀察其對(duì)激光切割機(jī)加工的影響為方便研究,采用一種簡(jiǎn)易噴嘴,主要包括兩部分,即前端的收縮段和后部的穩(wěn)定段,其主要參數(shù)有收縮的錐角α以及穩(wěn)定段的長(zhǎng)度l為了研究噴嘴各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣體流場(chǎng)的影響,本文在相同的初始條件下,即進(jìn)口總壓為0.6MPa的情況下,通過(guò)改變某一結(jié)構(gòu)參數(shù)即收縮角和穩(wěn)定段長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行模通過(guò)對(duì)以上的模擬結(jié)果進(jìn)行分析,可以得出以下幾點(diǎn):
?。?)在改變收縮角大小,出口處的直徑不變的情況下,隨著錐角的減小,速度略有增加,,可以看出最高點(diǎn)的速度達(dá)到480m/s,而出口處的壓力則略有下降,但整體曲線的變化趨勢(shì)基本相同;
?。?)在改變穩(wěn)定段長(zhǎng)度的情況下,穩(wěn)定段長(zhǎng)度由3mm改為5mm,整體的噴嘴的長(zhǎng)度由15mm變?yōu)?8mm,這時(shí)壓力與速度的整體曲線走勢(shì)也無(wú)明顯差別,速度最高點(diǎn)處略有下降,為465m/s,但噴嘴出口壓力降低,約為0.15MPa。通過(guò)對(duì)以上的結(jié)果進(jìn)行的分析,可以看出,在總壓一定、出口處直徑一定的情況,隨著收縮角與穩(wěn)定段長(zhǎng)度的變化,沿軸線方向上的壓力與速度的變化趨勢(shì)都大致相同,但收縮角的增大會(huì)導(dǎo)致氣流速度的降低,錐角越大,噴嘴內(nèi)部氣體膨脹越不充分,而且出口的稍高壓力和低速度對(duì)后來(lái)流體都具有一定阻礙作用,而這也將影響切割質(zhì)量,所以不建議采用大的錐角。而穩(wěn)定段長(zhǎng)度的改變對(duì)速度的影響則沒(méi)有那么明顯,但會(huì)使得出口處的壓力減小,并且較長(zhǎng)的穩(wěn)定段會(huì)引起沿程阻力損失等能量消耗,所以穩(wěn)定段長(zhǎng)度的增加雖有利于均勻氣流的獲得,但對(duì)切割過(guò)程不利,同樣,不建議使用長(zhǎng)的穩(wěn)定段。
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下面就以一種噴嘴的參數(shù)變化,利用fluent模擬來(lái)觀察其對(duì)激光切割機(jī)加工的影響為方便研究,采用一種簡(jiǎn)易噴嘴,主要包括兩部分,即前端的收縮段和后部的穩(wěn)定段,其主要參數(shù)有收縮的錐角α以及穩(wěn)定段的長(zhǎng)度l為了研究噴嘴各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣體流場(chǎng)的影響,本文在相同的初始條件下,即進(jìn)口總壓為0.6MPa的情況下,通過(guò)改變某一結(jié)構(gòu)參數(shù)即收縮角和穩(wěn)定段長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行模通過(guò)對(duì)以上的模擬結(jié)果進(jìn)行分析,可以得出以下幾點(diǎn):
?。?)在總壓為0.6MPa時(shí),第1種情況下錐形噴嘴的氣體出口壓力為0.2MPa,由于在出口處的壓力高于環(huán)境壓力,所以氣體繼續(xù)膨脹,在距出口約2mm處,壓力迅速衰減至0.09MPa,即最低點(diǎn),最后壓力趨于穩(wěn)定至環(huán)境壓力;
?。?)在同樣情況下,氣體繼續(xù)膨脹以后,氣流速度增加,增至470m/s,然后減弱。最后在外流場(chǎng)中趨于減弱的情況,但由于出口速度較大,而且減慢的趨勢(shì)緩慢,所以在一段路徑后仍保持一定的高速,這一現(xiàn)象也有利于氣體以較高的速度進(jìn)入窄切縫中,帶走加工時(shí)的切屑,保證加工的順利進(jìn)行;
?。?)在改變收縮角大小,出口處的直徑不變的情況下,隨著錐角的減小,速度略有增加,,可以看出最高點(diǎn)的速度達(dá)到480m/s,而出口處的壓力則略有下降,但整體曲線的變化趨勢(shì)基本相同;
?。?)在改變穩(wěn)定段長(zhǎng)度的情況下,穩(wěn)定段長(zhǎng)度由3mm改為5mm,整體的噴嘴的長(zhǎng)度由15mm變?yōu)?8mm,這時(shí)壓力與速度的整體曲線走勢(shì)也無(wú)明顯差別,速度最高點(diǎn)處略有下降,為465m/s,但噴嘴出口壓力降低,約為0.15MPa。通過(guò)對(duì)以上的結(jié)果進(jìn)行的分析,可以看出,在總壓一定、出口處直徑一定的情況,隨著收縮角與穩(wěn)定段長(zhǎng)度的變化,沿軸線方向上的壓力與速度的變化趨勢(shì)都大致相同,但收縮角的增大會(huì)導(dǎo)致氣流速度的降低,錐角越大,噴嘴內(nèi)部氣體膨脹越不充分,而且出口的稍高壓力和低速度對(duì)后來(lái)流體都具有一定阻礙作用,而這也將影響切割質(zhì)量,所以不建議采用大的錐角。而穩(wěn)定段長(zhǎng)度的改變對(duì)速度的影響則沒(méi)有那么明顯,但會(huì)使得出口處的壓力減小,并且較長(zhǎng)的穩(wěn)定段會(huì)引起沿程阻力損失等能量消耗,所以穩(wěn)定段長(zhǎng)度的增加雖有利于均勻氣流的獲得,但對(duì)切割過(guò)程不利,同樣,不建議使用長(zhǎng)的穩(wěn)定段。
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