硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法及相关设备与流程

本发明涉及激光切割冷轧无取向硅钢领域，尤其涉及一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法及相关设备。

背景技术：

1、冷轧无取向硅钢因其具有优良的磁性能，是制作各种电机铁芯的原材料，使用厂家为了获得一定尺寸和形状的铁芯，通常需要对整卷硅钢片进行冲剪与叠装。随着信息化与工业化的深度融合，被誉为“未来制造柔性系统”的激光切割技术，因其切割条件的超灵活性、加工效率高、工件与刀具之间无机械接触、切割面光滑、加工柔性好、快速安装易与数控技术结合、热影响区可控等优点。

2、目前，国内外专家学者及相关研究机构针对激光切割电工钢板的可行性及其对磁性能的影响开展了不同程度的应用研究，结果表明：由于激光束和材料间复杂的相互作用，激光切割参数和热影响区之间没有发现简单的线性相关性。由于激光切割对切割组织有性能和性能的影响机制非常复杂，且依赖于工艺，加上激光切割的热影响区较小，使用显微硬度等测量方法来研究激光切割引起的热影响区存在局限性。与机械切割相比，激光切割试样的热影响区相关研究还很少，甚至很难定义激光切割试样的热影响区。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法及相关设备，主要目的在于解决在采用激光切割无取向硅钢材料时，材料切割面上受激光热源影响的尺寸大小难以评估的问题。

2、为解决上述至少一种技术问题，第一方面，本发明提供了一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法，该方法包括：

3、确定预设数量的试验工件，其中，每个试验工件的密度与厚度不同，上述试验工件为无取向硅钢；

4、获取每个试验工件的模拟参数，其中，上述基础参数包括：激光器的光源模型、激光切割的传热过程模型、切割试验工件时的应力变化模型、待切割试验工件模型，试验工件的切缝模型和试验工件的物性参数；

5、通过有限元方法对上述每个试验工件的模拟参数进行模拟运算以确定无取向硅钢在激光切割下的热影响区宽度的预测公式。

6、可选的，上述试验工件厚度为0.20mm-0.65mm，密度为7.60g/cm3-7.85g/cm3，w(si+al)含量小于4.5％。

7、可选的，上述方法还包括：

8、基于高斯体热源公式模拟上述激光器的光源模型，其中，上述激光器为光纤激光器；

9、基于三维瞬态模拟上述激光切割的传热过程模型，其中，上述传热过程模型的控制方程满足傅里叶定律。

10、可选的，上述方法还包括：

11、基于热弹塑性模拟上述切割试验工件时的应力变化模型；

12、基于有限元网格模拟上述待切割试验工件模型；

13、基于生死单元技术模拟上述激光切割试验工件的切缝模型；

14、基于thermo-calc计算和/或试验获得激光切割有限元模拟所需的试验工件的物性参数，其中，上述物性参数包括随温度变化的导热系数、比热容和热膨胀系数。

15、可选的，上述方法还包括：

16、确定上述目标工件的辐照表面的对流边界和辐射边界条件：

17、

18、确定上述目标工件的背面的对流边界和辐射边界条件：

19、

20、其中，fh是由辅助气体引起的强对流换热系数，上述目标工件的背面与上述目标工件的辐照表面为相对背离的面，f为自然对流换热系数，ts为表面温度，tenv环境温度，ε为材料反射率，σ为玻尔兹曼常量。

21、可选的，上述基于有限元分析对上述每个试验工件的模拟参数进行模拟运算以确定无取向硅钢在激光切割下的热影响区宽度的预测公式，包括：

22、whaz＝at2+btv+cρw+dtw+et+fρ+gw+hv+c

23、其中，whaz为热影响区宽度，单位为μm；t为试验工件理论厚度，单位为mm；ρ为试验工件理论密度，单位为g/cm3；w为激光功率，单位为w；v为激光切割速度，单位为m/min；a、b、c、d、e、f、g、h为系数，c为常数项。

24、可选的，上述方法还包括：

25、测量上述试验工件的实际厚度和实际密度；

26、基于上述试验工件的实际厚度和理论厚度的对比结果，及实际密度和理论密度的对比结果，优化上述无取向硅钢在激光切割下的热影响区宽度的预测公式。

27、第二方面，本发明实施例还提供了一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测装置，包括：

28、第一确定单元，用于确定预设数量的试验工件，其中，每个试验工件的密度与厚度不同，上述试验工件为无取向硅钢；

29、获取单元，用于获取每个试验工件的模拟参数，其中，上述基础参数包括：激光器的光源模型、激光切割的传热过程模型、切割试验工件时的应力变化模型、待切割试验工件模型，试验工件的切缝模型和试验工件的物性参数；

30、第二确定单元，用于通过有限元方法对上述每个试验工件的模拟参数进行模拟运算以确定无取向硅钢在激光切割下的热影响区宽度的预测公式。

31、为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序被处理器执行时实现上述的硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法的步骤。

32、为了实现上述目的，根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括至少一个处理器、以及与上述处理器连接的至少一个存储器；其中，上述处理器用于调用上述存储器中的程序指令，执行上述的硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法的步骤。

33、在上述方案中，针对冷轧无取向硅钢材料，对激光切割带来的热影响区宽度进行有效评估及预测，通过预测不同工艺参数下激光切割冷轧无取向硅钢片时热影响区宽度的大小，从而指导激光切割参数的寻优，以表征激光切割过程中无取向电工钢材料热影响区的变化特征来解释其对磁性性能的影响，由此可根据热影响区宽度实时调整激光切割工艺参数，有效降低热影响区宽度，使得无取向硅钢片电磁性能结果受切割影响最小。

34、相应地，本发明实施例提供的硅钢激光切割的热影响区宽度预测装置、设备和计算机可读存储介质，也同样具有上述技术效果。

35、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试验工件厚度为0.20mm-0.65mm，密度为7.60g/cm3-7.85g/cm3，w(si+al)含量小于4.5％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于有限元分析对所述每个试验工件的模拟参数进行模拟运算以确定无取向硅钢在激光切割下的热影响区宽度的预测公式，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

8.一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至权利要求7中任一项所述的硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法的步骤。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个处理器、以及与所述处理器连接的至少一个存储器；其中，所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，执行如权利要求1至权利要求7中任一项所述的硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种硅钢激光切割的热影响区宽度预测方法及相关设备，涉及激光切割冷轧无取向硅钢领域，主要为解决在采用激光切割无取向硅钢材料时，材料切割面上受激光热源影响的尺寸大小难以评估的问题。该方法包括：确定预设数量的试验工件，其中，每个试验工件的密度与厚度不同，所述试验工件为无取向硅钢；获取每个试验工件的模拟参数，其中，所述基础参数包括：激光器的光源模型、激光切割的传热过程模型、切割试验工件时的应力变化模型、待切割试验工件模型，试验工件的切缝模型和试验工件的物性参数；通过有限元方法对所述每个试验工件的模拟参数进行模拟运算以确定无取向硅钢在激光切割下的热影响区宽度的预测公式。本发明用于硅钢激光切割的热影响区宽度预测过程。技术研发人员：向前,黄双,向思宇,徐利军受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13