Si3N4陶瓷的激光加熱輔助銑削技術(shù)研究.pdf

1、工程陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、低密度等優(yōu)良特性，尤其是熱壓燒結(jié)氮化硅，是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、航天等工業(yè)領(lǐng)域。但由于工程陶瓷材料脆性高，斷裂韌性低，常規(guī)加工方法難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的加工，且生產(chǎn)成本高。激光加熱輔助切削技術(shù)是一種新型復(fù)合加工方法，對(duì)拓展工程陶瓷的加工方法，提高加工質(zhì)量、降低成本具有深遠(yuǎn)的意義。
　　本文通過對(duì)激光加熱熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷的溫度場(chǎng)進(jìn)行有限元仿真研究，研究了激光加熱參數(shù)

2、對(duì)工件溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，得出了工件切削區(qū)域滿足軟化條件時(shí)的加熱參數(shù)；搭建激光加熱輔助銑削加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷的銑削加工，通過選擇合適的試驗(yàn)參數(shù)，獲得了較好的加工質(zhì)量。本文主要完成的工作和取得的成果有：
　　依據(jù)傳熱學(xué)相關(guān)理論，建立激光加熱氮化硅材料的三維瞬態(tài)非線性溫度場(chǎng)有限元模型，模型考慮了材料熱物理參數(shù)與邊界條件隨溫度的的非線性變化，通過測(cè)溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了溫度場(chǎng)模型的正確性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)修正，最終溫度場(chǎng)

3、模型與測(cè)溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最大誤差為10％，激光移動(dòng)加熱階段的誤差小于5%。
　　利用溫度場(chǎng)模型仿真分析了激光功率、預(yù)熱時(shí)間、激光光斑移動(dòng)速度對(duì)工件溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，研究了工件尺寸對(duì)溫度場(chǎng)的影響，計(jì)算了不同加熱參數(shù)所能夠達(dá)到的軟化深度與軟化程度，為銑削試驗(yàn)參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。
　　搭建了激光加熱輔助銑削試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了激光加熱輔助銑削熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷，并研究了激光功率、激光光斑移動(dòng)速度，切削速度對(duì)銑削加工的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：