硬质合金激光超声辅助切削过程的参数影响特性研究

摘要

钨钴类硬质合金作为一种典型的难加工材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。它们最突出的特性就是材料的脆性高，断裂韧性低，材料的弹性极限和强度非常接近。当材料所承受的载荷超过弹性极限时就发生断裂破坏，在已加工表面产生裂纹和凹坑，严重影响其表面质量和性能。本文结合课题组对硬脆材料的超声加工已有的研究，将超精密切削方法与特种加工理论相结合，提出了采用激光加热与二维超声振动复合的超精密车削方法，实现对钨钴类硬质合金的超精密加工。
　　本文分析了超声振动切削的运动特性，建立了切削力的理论模型，根据传热学理论建立了激光加热温度场的理论模型，采用有限元模拟和实验验证相结合的方法，分析了激光加热参数对温度场的影响规律，建立了激光加热温度场的经验模型。根据自行研制的二维超声振动装置在激光加热条件下进行正交切削实验和单因素实验，分析了激光参数和切削三要素对切削三向力和已加工表面粗糙度的影响特性，建立了切削力和粗糙度值的经验模型。
　　通过实验研究，确定了激光辅助加热的一系列参数，研究分析了切削用量三要素和激光功率对切削力的影响规律和影响程度，用回归分析法建立激光加热和二维超声振动辅助切削条件下的切削力经验公式，通过检验分析，具有较高的可靠性和准确性，为切削用量的合理选择以及切削力的优化控制提供了一定的理论依据；通过同一正交实验和单因素实验，研究分析了切削用量三要素和激光功率对已加工表面粗糙度的影响特性，基于响应面法建立激光加热和二维超声振动辅助切削条件下的粗糙度预测模型，根据响应面图分析了工艺参数之间的交互影响特性，为表面质量优化控制奠定了基础。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题产生的背景和研究的目的及意义

1.3 国内外研究发展现状

1.4 本文研究内容

2 激光超声复合切削理论研究

2.1 二维超声振动运动特性

2.2 超声椭圆振动切削力的理论研究

2.3 激光加热温度场理论

2.4 碳化钨激光加热切削机理

2.5 本章小结

3 激光辅助加热温度场参数影响特性的有限元仿真

3.1 引言

3.2 有限元软件ABAQUS简介

3.3 激光加热硬质合金温度场有限元模型的建立

3.4 温度场有限元模型的实验验证与仿真分析

3.5 激光功率对软化深度的影响

3.6 本章小结

4 硬质合金激光超声辅助切削力的参数影响特性研究

4.1 引言

4.2 切削实验平台的搭建

4.3 实验方案设计

4.4 实验结果分析

4.5 经验公式的建立与检验

4.6 本章小结

5 硬质合金激光超声辅助切削表面粗糙度参数影响特性研究

5.1 表面粗糙度的实验研究

5.2 切削参数和激光功率对粗糙度的影响分析

5.3 基于响应面法的粗糙度回归模型的建立

5.4 切削工艺参数交互性影响分析

5.5 粗糙度单因素实验

5.6 不同加工方式的对比实验

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 本论文主要研究内容

6.2 主要创新点

6.3 主要结论

6.4 展望

参考文献

作者简历

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