基于多棱鏡掃描分光調(diào)制原理的CO2多頭激光毛化技術(shù)研究.pdf

1、冷軋金屬薄板在汽車、家電、建筑、裝飾等行業(yè)需求日益增加,同時對于薄板的沖壓成型性能和外觀涂鍍性能要求也越來越高。通過對軋制金屬薄板的軋輥表面進行毛化,經(jīng)過軋制過程將輥面的微形貌組織復(fù)印到薄板表面,從而實現(xiàn)對軋制金屬薄板表面質(zhì)量的控制。研究表明,相較噴丸毛化技術(shù)和電火花毛化技術(shù),對輥面加工的激光毛化技術(shù)具有加工精確、清潔、均勻性好等優(yōu)點,且激光毛化輥工作壽命長,軋制的金屬薄鋼板兼顧深沖成型和涂鍍性能,可用于高檔汽車和家電外用漆面板。但是,

2、現(xiàn)有單頭激光毛化技術(shù)的加工效率難以滿足大型冷軋企業(yè)的生產(chǎn)需求,為了縮短加工時間,往往采用低毛化點密度加工輥面,影響了其軋制薄板的表面質(zhì)量,從而限制了激光毛化技術(shù)的推廣和應(yīng)用。針對單頭激光毛化存在的效率瓶頸問題,本論文提出了基于多棱鏡掃描分光脈沖調(diào)制原理的多頭CO2激光毛化技術(shù)方案。全文的主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)首先介紹了多棱鏡掃描分光脈沖調(diào)制的原理,將一束連續(xù)高功率激光經(jīng)過旋轉(zhuǎn)多棱鏡掃描分光后產(chǎn)生多路高功率高重復(fù)頻率脈沖激光

3、束,其單路脈沖輸出頻率可達30kHz,多路激光脈沖同時加工,加工效果一致,成倍提高毛化效率。
　　(2)采用“內(nèi)嵌基模高斯光束”的方法推導(dǎo)了掃描高斯光束在近軸條件下經(jīng)過多棱鏡掃描分光脈沖調(diào)制光學(xué)系統(tǒng)后在輸出平面上的光強分布,并根據(jù)分布特征分析了實際掃描高斯光束的聚焦特性,聚焦光斑近似為圓形。由于掃描高斯光束聚焦光斑在聚焦鏡幾何焦面外隨掃描角運動,因而討論了聚焦光斑中心運動與輥面加工區(qū)域旋轉(zhuǎn)同步的條件,實現(xiàn)聚焦點跟蹤技術(shù),從而可以在

4、輥面獲得圓形毛化點,改善了單頭斬光盤CO2激光橢圓毛化點所導(dǎo)致的軋制鋼板表面各向異性的問題。
　　(3)根據(jù)毛化加工在效率、表面粗糙度、微形貌參數(shù)等方面的要求對多頭CO2激光毛化加工系統(tǒng)進行了設(shè)計,分析了多棱鏡和聚焦鏡等主要光學(xué)器件的設(shè)計參數(shù)以及加工飛行光路對聚焦效果的影響,并采用幾何光學(xué)掃描模型簡化聚焦點跟蹤技術(shù)參數(shù)范圍的分析。
　　(4)通過工藝實驗研究了多頭CO2激光毛化的加工參數(shù)范圍以及功率和脈寬等毛化工藝參數(shù)對于輥