Оптимизация параметров лазерной обработки алмазов

Abstract

С применением генетического алгоритма MOGA программы ANSYS Workbench проведена оптимизация параметров лазерной резки алмазов. Конечно-элементный расчет температур и термоупругих напряжений выполнялся с использованием языка программирования APDL. С применением гранецентрированного варианта центрального композиционного плана эксперимента построена регрессионная модель лазерной резки алмазов. В качестве варьируемых факторов использовались скорость резки, радиус лазерного пучка и плотность мощности лазерного излучения. В качестве откликов использовались максимальные температуры и термоупругие напряжения в зоне лазерной обработки. Оценка влияния параметров обработки на максимальные температуры и напряжения, формируемые лазерным излучением, показала, что основным фактором является плотность мощности лазерного излучения. Оптимизация лазерной резки алмазов выполнялась для двух вариантов постановки задачи: по критерию минимума термоупругих напряжений и по критериям минимума термоупругих напряжений и максимума скорости обработки. Выполнено сравнение параметров, полученных в результате оптимизации, и параметров, полученных в результате конечноэлементного моделирования. Максимальная относительная погрешность результатов, полученных при использовании алгоритма MOGA, не превысила 9% при определении температур и 15% при определении термоупругих напряжений. В результате моделирования определены параметры обработки, использование которых обеспечит повышение производительности и надёжности лазерной резки алмазов. = Using the genetic algorithm MOGA of the ANSYS Workbench program, the parameters of laser cutting of diamonds were optimized. The finite element calculation of temperatures and thermoelastic stresses was performed using the APDL programming language. Using a face-centered version of the central compositional plan of the experiment, a regression model of laser cutting of diamonds was constructed. Cutting speed, laser beam radius, and laser power density were used as variable factors. The maximum temperatures and thermoelastic stresses in the laser treatment zone were used as responses. An assessment of the influence of processing parameters on the maximum temperatures and voltages generated by laser radiation showed that the main factor is the power density of laser radiation. Optimization of laser cutting of diamonds was carried out for two options for setting the problem: according to the criterion of minimum thermoelastic stresses and according to the criteria of minimum thermoelastic stresses and maximum processing speed. The parameters obtained as a result of optimization and the parameters obtained as a result of finite element modeling are compared. The maximum relative error of the results obtained using the MOGA algorithm did not exceed 9% when determining temperatures and 15% when determining thermoelastic stresses. As a result of the simulation, the processing parameters were determined, the use of which will increase the productivity and reliability of laser cutting of diamonds.