脈沖激光加熱輔助微細(xì)切削ZrO2陶瓷.pdf

1、為滿足微機(jī)械零件材料多樣化、結(jié)構(gòu)三維化、功能復(fù)雜化、批量柔性化的發(fā)展趨勢(shì)，微細(xì)切削技術(shù)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(qiáng)、適用工件材料范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年得到了飛速發(fā)展，漸漸成為了微細(xì)加工的重要手段。然而，對(duì)于一些難加工材料，比如高溫合金、陶瓷、復(fù)合材料等，在微細(xì)切削時(shí)，不僅加工效率低，表面質(zhì)量差，還存在很嚴(yán)重的刀具磨損。激光加熱輔助切削技術(shù)是加工難加工材料的一種有效的復(fù)合加工技術(shù)，通過(guò)激光提高局部材料的溫度，

2、改變材料的加工性能，達(dá)到減小刀具磨損、增加加工質(zhì)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(shù)與微細(xì)切削技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)展脈沖激光加熱輔助微細(xì)切削ZrO2陶瓷技術(shù)基礎(chǔ)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(yīng)的熱傳導(dǎo)理論，建立了激光加熱輔助微細(xì)切削準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱模型；采用有限差分法對(duì)激光加熱輔助切削的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱模型方程進(jìn)行求解，建立了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱模型的有限差分方程；并求解了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱模型的有限差分方

3、程，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了激光加熱溫度場(chǎng)仿真軟件。
　　(2)采用開(kāi)發(fā)好的激光加熱溫度場(chǎng)仿真軟件，對(duì)脈沖激光加熱ZrO2陶瓷的表面溫度場(chǎng)、橫截面溫度場(chǎng)、縱截面溫度場(chǎng)進(jìn)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(duì)激光加熱后ZrO2陶瓷的表面溫度場(chǎng)和內(nèi)部溫度場(chǎng)的影響；采用紅外測(cè)溫法測(cè)量了脈沖激光加熱ZrO2陶瓷的表面溫度，分別測(cè)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(shí)際值之間的關(guān)系。結(jié)果表明

4、：測(cè)量溫度值與仿真值基本變化趨勢(shì)吻合，但實(shí)際測(cè)量的溫度值略低于仿真溫度值。
　　(3)基于兩軸聯(lián)動(dòng)超精密微細(xì)車削實(shí)驗(yàn)加工平臺(tái)與脈沖激光加熱系統(tǒng)，搭建了脈沖激光加熱輔助微細(xì)車削試驗(yàn)系統(tǒng)；根據(jù)加工條件、加工要求確定選用CBN刀具作為切削刀具；根據(jù)仿真結(jié)果以及測(cè)溫結(jié)果，確定了脈沖激光加熱輔助微細(xì)車削試驗(yàn)的工藝參數(shù)選用范圍。
　　(4)進(jìn)行了脈沖激光加熱輔助微細(xì)車削ZrO2陶瓷試驗(yàn)研究，對(duì)比分析了常規(guī)微細(xì)車削與脈沖激光加熱輔助微細(xì)車

5、削ZrO2陶瓷時(shí)的切削力、刀具磨損、工件表面粗糙度、加工表面質(zhì)量。并研究了激光單脈沖能量、切削速度、切削深度以及進(jìn)給量對(duì)切削力以及加工表面粗糙度的影響規(guī)律。根據(jù)脈沖激光加熱輔助微細(xì)車削ZrO2陶瓷仿真和試驗(yàn)結(jié)果得出：脈沖激光加熱輔助微細(xì)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(zhuǎn)進(jìn)給量為0.01~0.02m