激光加热辅助车削45％SiCp/Al的温度场仿真与切削试验研究

摘要

高体积分数（≥45％）SiCp/Al复合材料具有优异的综合性能，在航空、航天、汽车、电子等领域有着广泛的应用。然而，高体积分数SiCp/Al复合材料塑性差，常规切削方式加工，效率低、刀具磨损严重。而激光加热辅助车削是改善难加工材料切削加工性的一种有效方法，通过对材料进行局部加热，在不改变材料整体特性的前提下，改善材料的切削加工性能，继而达到提高车削加工效率，增加刀具使用寿命的目的。本文将利用激光加热辅助切削技术，针对45%SiCp/Al复合材料开展车削过程切削区域温度场仿真与切削试验研究，具体研究内容包括如下几个方面：
　　依据传热学理论建立了切削区域温度场的数学模型，采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件，考虑工件和卡具之间的热传导作用，建立了温度场有限元模型，通过测温试验验证了有限元模型，得到了该材料的辐射率和对波长为1048nm的激光的吸收率；仿真分析了激光参数对切削区域温度场的影响，以此作为切削试验激光参数的选择的理论依据。
　　建立激光加热辅助车削试验系统，依据切削区域温度场仿真分析结果和半精加工切削用量的选择标准，阐明了激光参数的选择方法；通过激光加热辅助车削试验对比常规车削分析了背吃刀量、进给量、切削速度、激光加热温度对切削力的影响规律；结合对切削力的分析结果，阐明了刀具磨损过程以及刀具快速磨损的原因，并分析了激光加热前后不同切削速度下刀具的使用寿命。
　　研究了45%SiCp/Al复合材料在切削过程中，加工参数对工件表面粗糙度的影响规律。首先，对比分析了常规车削和激光加热辅助车削切屑的变形规律，包括切屑形态和切屑变形系数；其次，依据复合材料本身的特性探究了切削加工表面的形成过程，分析了工件已加工表面宏观上产生“熨平”现象，微观上产生凹坑的原因；最后，对比常规车削分析了表面粗糙度提高的原因，以及背吃刀量、进给量、切削速度、激光加热温度对加工表面粗糙度的影响规律。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的研究内容

第2章 激光作用下切削区域温度场的仿真研究

2.1 引言

2.2 激光加热温度场模型

2.3 有限元模型验证与仿真参数确定

2.4 激光参数对切削区域温度场影响的仿真分析

2.5 本章小结

第3章 加工参数对切削力和刀具磨损影响规律研究

3.1 引言

3.2 激光加热辅助车削试验系统搭建

3.3 激光加热辅助车削工艺参数的选择

3.4 加工参数对切削力影响规律研究

3.5 刀具磨损研究

3.6 本章小结

第4章 切削过程分析和表面粗糙度的试验研究

4.1 引言

4.2 切削过程分析

4.3 激光加热前后表面粗糙度对比

4.4 加工参数对表面粗糙度影响规律

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢