激光加熱輔助切削氮化硅陶瓷技術(shù)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、工程陶瓷材料具有耐高溫、硬度高、熱膨脹系數(shù)小、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕的特性，能夠在惡劣的工作環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能，并且具有很高的機械強度。然而，良好的材料性能導(dǎo)致加工難度高，加工效率低。激光加熱輔助切削是加工難加工材料的一種有效的復(fù)合加工技術(shù)，通過激光提高局部材料的溫度，改變材料的加工性能，達到減小刀具磨損、增加加工質(zhì)量及提高加工效率的目的。本文采用激光加熱輔助切削技術(shù)對氮化硅陶瓷進行的理論與試驗研究，對拓寬加工思路、提高加工質(zhì)量、降低零件

2、成本有深遠意義。論文開展的研究主要包括：
　　研究氮化硅陶瓷對激光的吸收及內(nèi)部熱傳導(dǎo)過程，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。研究了激光加熱輔助切削過程中氮化硅陶瓷對激光的吸收及熱量傳導(dǎo)過程，通過多因素正交仿真結(jié)果分析了參數(shù)對激光加熱溫度理論值的影響特性，建立了加熱溫度的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。采用試驗測量與數(shù)值計算相結(jié)合的方法得到了氮化硅陶瓷工件對YAG連續(xù)激光的吸收率。結(jié)合傳熱學(xué)理論，建立了激光加熱輔助車削與激光加熱輔助銑削氮化硅陶瓷的溫度場與應(yīng)力場有限元

3、模型，并通過紅外測溫儀驗證了溫度場模型的準確性。
　　對工藝參數(shù)選擇方法進行研究，為加工試驗提供理論支持。通過建立的激光加熱輔助切削溫度場與應(yīng)力場有限元模型，仿真了切削過程中的溫度場與應(yīng)力場分布，分析了工藝參數(shù)對切削區(qū)及激光光斑中心溫度與激光入射引起熱應(yīng)力的影響規(guī)律，提出了激光加熱輔助車削及激光加熱輔助銑削氮化硅陶瓷工藝參數(shù)的選擇方法。
　　對熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷進行激光加熱輔助車削與銑削試驗，為技術(shù)的應(yīng)用提供試驗基礎(chǔ)。建立了

4、激光加熱輔助車削及激光加熱輔助銑削試驗系統(tǒng)，其中激光加熱輔助銑削系統(tǒng)采用“PC+運動控制卡”形式，將銑床與激光器結(jié)合，開發(fā)了激光加熱輔助銑削數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了加工過程中運動與激光控制、軌跡及溫度監(jiān)測的功能。采用初選工藝參數(shù)進行了激光加熱輔助車削與激光加熱輔助銑削熱壓燒結(jié)氮化硅陶瓷試驗研究，分析了工藝參數(shù)對切削力、刀具磨損、切屑形貌、加工后表面形貌及表面粗糙度等加工結(jié)果的影響規(guī)律，通過對加工產(chǎn)生的切屑及工件表面的微觀組織分析，揭示了激光加熱

5、輔助切削氮化硅陶瓷的機理。此外，研究了工藝參數(shù)對激光加熱輔助銑削中邊緣碎裂寬度的影響規(guī)律，采用擴展有限元方法建立了邊緣碎裂模型，模擬了邊緣碎裂的形成過程，探討了加工過程中產(chǎn)生邊緣碎裂的機理，提出了降低邊緣碎裂的方法。
　　應(yīng)用激光加熱輔助銑削技術(shù)加工復(fù)雜形狀零件，為技術(shù)的應(yīng)用開拓新的方向?；诩す饧訜彷o助銑削溫度場分布與加工的特點，探討了激光加熱輔助銑削連續(xù)軌跡的可行性，提出了實現(xiàn)激光加熱輔助銑削連續(xù)軌跡的方案，建立了激光加熱輔助