脈沖激光加熱輔助微細切削ZrO2陶瓷.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、為滿足微機械零件材料多樣化、結構三維化、功能復雜化、批量柔性化的發(fā)展趨勢,微細切削技術由于具有加工精度高、加工成本低、加工效率高、三維加工能力強、適用工件材料范圍廣等優(yōu)點,在近幾年得到了飛速發(fā)展,漸漸成為了微細加工的重要手段。然而,對于一些難加工材料,比如高溫合金、陶瓷、復合材料等,在微細切削時,不僅加工效率低,表面質量差,還存在很嚴重的刀具磨損。激光加熱輔助切削技術是加工難加工材料的一種有效的復合加工技術,通過激光提高局部材料的溫度,

2、改變材料的加工性能,達到減小刀具磨損、增加加工質量及提高加工效率的目的。本文主要是將激光加熱輔助切削技術與微細切削技術相結合,開展脈沖激光加熱輔助微細切削ZrO2陶瓷技術基礎研究,完成的主要工作和取得的成果如下:
  (1)基于傳熱控制方程和相應的熱傳導理論,建立了激光加熱輔助微細切削準穩(wěn)態(tài)傳熱模型;采用有限差分法對激光加熱輔助切削的準穩(wěn)態(tài)傳熱模型方程進行求解,建立了準穩(wěn)態(tài)傳熱模型的有限差分方程;并求解了準穩(wěn)態(tài)傳熱模型的有限差分方

3、程,開發(fā)設計了激光加熱溫度場仿真軟件。
  (2)采用開發(fā)好的激光加熱溫度場仿真軟件,對脈沖激光加熱ZrO2陶瓷的表面溫度場、橫截面溫度場、縱截面溫度場進行了仿真分析,并研究了激光單脈沖能量、激光光斑直徑、激光掃描速度對激光加熱后ZrO2陶瓷的表面溫度場和內部溫度場的影響;采用紅外測溫法測量了脈沖激光加熱ZrO2陶瓷的表面溫度,分別測量了不同激光單脈沖能量、不同掃描速度下的表面最高溫度,比較分析了仿真值與實際值之間的關系。結果表明

4、:測量溫度值與仿真值基本變化趨勢吻合,但實際測量的溫度值略低于仿真溫度值。
  (3)基于兩軸聯(lián)動超精密微細車削實驗加工平臺與脈沖激光加熱系統(tǒng),搭建了脈沖激光加熱輔助微細車削試驗系統(tǒng);根據加工條件、加工要求確定選用CBN刀具作為切削刀具;根據仿真結果以及測溫結果,確定了脈沖激光加熱輔助微細車削試驗的工藝參數(shù)選用范圍。
  (4)進行了脈沖激光加熱輔助微細車削ZrO2陶瓷試驗研究,對比分析了常規(guī)微細車削與脈沖激光加熱輔助微細車

5、削ZrO2陶瓷時的切削力、刀具磨損、工件表面粗糙度、加工表面質量。并研究了激光單脈沖能量、切削速度、切削深度以及進給量對切削力以及加工表面粗糙度的影響規(guī)律。根據脈沖激光加熱輔助微細車削ZrO2陶瓷仿真和試驗結果得出:脈沖激光加熱輔助微細車削ZrO2陶瓷的最優(yōu)參數(shù)為激光光斑直徑為0.75mm,激光單脈沖能量為0.06~0.08mJ,切削速度為0.063~0.126m/s,切削深度為0.005~0.01mm,每轉進給量為0.01~0.02m

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