脈沖激光加熱輔助車削氧化鋁陶瓷溫度場仿真和試驗(yàn)研究.pdf

1、由于具有密度小、熱膨脹系數(shù)小、良好的耐磨性、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性等特點(diǎn)，工程陶瓷材料如氧化鋁、氮化硅和氧化鋯等在機(jī)械、汽車、化工、航天航空、醫(yī)藥及其它工業(yè)領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。然而陶瓷材料硬度大、易脆，傳統(tǒng)的加工方法很難對陶瓷材料進(jìn)行加工。激光輔助加工技術(shù)是一種復(fù)合加工技術(shù)，即在刀具去除材料之前，用激光束聚焦對工件進(jìn)行局部加熱，陶瓷材料的加工性能得到顯著改善，減少刀具磨損、提高表面質(zhì)量和加工效率，故激光輔助加工技術(shù)在加工陶瓷和硬、脆

2、材料方面具有廣闊的前景。
　　 本文針對熱壓96氧化鋁陶瓷，進(jìn)行了脈沖激光加熱輔助車削研究。首先，根據(jù)熱傳導(dǎo)理論建立有限元數(shù)值模型，運(yùn)用有限元軟件ANSYS對氧化鋁進(jìn)行溫度場模擬并研究不同的工藝參數(shù)（包括脈沖激光功率、工件旋轉(zhuǎn)速度和脈沖激光頻率）對溫度場分布的影響;其次，搭建了激光加熱輔助車削試驗(yàn)平臺并進(jìn)行激光輔助切削氧化鋁試驗(yàn);最后，測量了圓柱體氧化鋁陶瓷的表面粗糙度并檢查已加工表面的表面缺陷情況。論文的研究成果與結(jié)論如下:<

3、br>　　 (1)通過對溫度場進(jìn)行模擬仿真，發(fā)現(xiàn)工件溫度隨時(shí)間遞增曲線呈鋸齒型，工件表面溫度基本呈橢圓形分布，最高溫度相對激光光束中心位置延后。內(nèi)部溫度基本呈拋物線分布，深度方向熱影響尺寸小。通過溫度場仿真得到了各參數(shù)對工件橫截面與縱截面溫度場分布的影響規(guī)律，當(dāng)取500℃作為材料軟化溫度時(shí)，工件具有一定深度的軟化層;
　　 (2)基于田口正交試驗(yàn)，研究了脈沖激光功率、工件轉(zhuǎn)速、脈沖頻率和進(jìn)給量四因素對表面粗糙度的影響，正交試驗(yàn)

4、表明表面粗糙度小的最優(yōu)參數(shù)組合為激光功率為50W，工件轉(zhuǎn)速為510r/min，脈沖頻率為50KHz，進(jìn)給量為0.01mm/r，四因素對表面粗糙度的影響程度依次為19.42％、25.21％、13.39％和41.98％。
　　 (3)測量了加工表面的表面粗糙度并檢查表面缺陷情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光功率增大、工件轉(zhuǎn)速增加、脈沖頻率增加和進(jìn)給量減小時(shí)，表面粗糙度值減小，沒有表面裂紋的出現(xiàn)，只有少量的表面損傷與凹坑缺陷，獲得了較好的表面質(zhì)量。