[發明專利]激光切割機理實驗模擬裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 202010098297.5
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111203649A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 孫鳳;張一;李強;徐方超;金俊杰;張明;佟鈴;張曉友
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/70;G09B25/02
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：該裝置包括底板(1)，線性模組(2)，滑臺組件(3)，模擬切縫件(4)、定位刻度板(5)和高速攝像機(6)；底板(1)上固定連接有第一型材(7)和第二型材(8)，第一型材(7)上連接有滑臺組件(3)，滑臺組件(3)上設置有激光裝置連接件(9)和噴嘴(10)，噴嘴(10)的中軸線與激光裝置連接件(9)的中軸線重疊或平行，噴嘴(10)上設置有進氣口(11)；第二型材(8)上連接有線性模組(2)，線性模組(2)上方固定連接有模擬切縫件(4)；定位刻度板(5)和高速攝像機(6)分別設置在模擬切縫件(4)的兩側。

2.根據權利要求1所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：模擬切縫件(4)的固定端(4-1)固定在線性模組(2)上，模擬切縫件(4)的開口端(4-2)為縫隙結構。

3.根據權利要求2所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：模擬切縫件(4)的開口端(4-2)縫隙的寬度L₁為1-3mm。

4.根據權利要求2所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：模擬切縫件(4)為透明材料。

5.根據權利要求1所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：定位刻度板(5)上均勻設置有多條橫線和縱線，橫線和縱線垂直設置。

6.根據權利要求5所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：定位刻度板(5)上的任意相鄰橫線和縱線的距離相等。

7.根據權利要求1所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：滑臺組件(3)包括第一滑臺(3-1)、第二滑臺(3-2)和第三滑臺(3-3)，第一滑臺(3-1)和第二滑臺(3-2)上下固定連接，第一滑臺(3-1)與第二滑臺(3-2)的滑動方向相互垂直，第一滑臺(3-1)上方連接有第一連接件(3-4)，第一連接件(3-4)上設置有激光裝置連接件(9)，第二滑臺(3-2)下方設置第二連接件(3-5)，第二連接件(3-5)上設置有噴嘴(10)，第三滑臺(3-3)設置在第一型材(7)上，第三滑臺(3-3)上設置有第三連接件(3-6)，第三連接件(3-6)與第二連接件(3-5)垂直連接。

8.根據權利要求1所述的激光切割機理實驗模擬裝置，其特征在于：線性模組(2)的支架(2-1)固定在第二型材(8)上，支架(2-1)的左端固定伺服電機(2-2)，伺服電機(2-2)與滾珠絲桿(2-4)的一端通過膜片聯軸器(2-3)連接，滾珠絲桿(2-4)的另一端與支架(2-1)的右端軸承連接，支架(2-1)上方設置有直線導軌(2-6)，滾珠絲桿(2-4)上設置的滾珠絲杠支撐座(2-5)能在直線導軌(2-6)上移動，滾珠絲杠支撐座(2-5)上連接模擬切縫件(4)。

9.一種如權利要求1所述的激光切割機理實驗模擬裝置的測量方法，其特征在于：將被切割物置于模擬切縫件(4)內，激光經由激光光源發出，經過噴嘴(10)最后聚焦在模擬切縫件(4)中的被切割物上，線性模組(2)逐漸推進激光下的被切割物，輔助氣體將熔融的被切割物從模擬切縫件(4)下表面吹出，高速攝像機(6)記錄飛濺過程，通過背景的刻度板與高速攝像機(6)讀取的間隔時間和熔融物的下落距離計算被熔融物從模擬切縫件(4)下表面飛出速度，即熔融物在切縫下表面出口處的速度V_m′。

10.根據權利要求9所述的激光切割機理實驗模擬裝置的測量方法，，其特征在于：通過本裝置的測量方法測得的熔融物在切縫下表面出口處的速度V_m′能驗證計算熔融物在切縫下表面出口處的速度V_m的數學模型的可靠性，數學模型為，

式中，

ζ為切割前沿位置坐標，m；e為離軸量，m；V₂為模擬切縫件上表面入口處氣體速度，m/s；V_g為輔助氣體速度，m/s；V_c為切割速度，m/s；α為切割前沿前傾角，度；μ_g為氣體粘度，N/(sec·m²)，K₁為速度梯度，s^-1；K_m為熱擴散率，m²/s；L為材料板厚度，m；ρ_g為氣體密度，kg/m³；ρ_m為液態材料密度，kg/m³；ρ_s為固態材料密度，kg/m³；C_pm為液態材料比熱容，kJ/(kg·K)；C_ps為固態材料比熱容，kJ/(kg·K)；T_g為汽化溫度，℃；T_s為熔點，℃；T₀為室溫，℃。