镍基铸造高温合金K24激光加热辅助铣削技术研究

摘要

铸造高温合金K24具有较好的高温强度、抗氧化、抗热腐蚀、抗疲劳和断裂韧性等综合性能,工作温度可达到800°C以上,已成为燃气涡轮发动机高温端部零件不可替代的关键材料。然而,铸造高温合金K24的切削加工性较差,刀具磨损严重,加工效率低。激光加热辅助铣削是改善难加工材料切削加工性的一种行之有效方法,通过对材料进行局部预热,改善材料的切削加工性能,继而达到减小刀具磨损和提高加工效率的目的。本文针对镍基铸造高温合金K24的激光加热辅助铣削技术开展铣削过程仿真与试验研究。论文主要研究工作包括:
　　研究了K24材料对激光的吸收及生热机理,采用仿真与试验相结合的方法得到了K24材料对YAG激光(波长1064nm)的吸收率,通过理论分析确定了激光加热辅助铣削加工K24材料的适宜温度。
　　建立了激光加热辅助铣削K24的传热有限元模型,仿真分析了激光加热辅助铣削加工K24的温度场分布,并通过热电偶测温试验验证了仿真计算的准确性,研究了工艺参数对切削区域温度场分布的影响规律,为后续试验研究提供理论依据,并在此基础上给出了激光加热辅助铣削加工K24工艺参数的选择方法。
　　搭建了激光加热辅助铣削K24的试验系统,系统组成包括数控铣削机床、激光加热系统及数据采集与分析系统。利用该试验系统对K24进行了激光加热辅助铣削试验研究。确定了K24材料激光加热辅助铣削加工工艺参数的选用原则,研究了工艺参数对铣削力的影响及规律,通过切屑微观组织形貌、表面粗糙度、硬度及变质层的分析,揭示了激光加热辅助铣削加工K24的加工机理。
　　仿真分析了激光加热辅助铣削加工K24薄壁件过程中的切削变形情况,建立了激光加热辅助铣削加工的铣削力和切削区激光预热温度经验公式;研究了工艺参数对K24薄壁件铣削变形的影响及规律,合理选择工艺参数可保证变形量控制在10μm左右,从仿真分析上证明了激光加热辅助铣削K24薄壁件的可行性;研究了激光加热辅助铣削过程中夹具布局对薄壁件变形的影响,进而确定了激光加热辅助铣削夹具的合理布局。

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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 加热辅助切削技术研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 镍基铸造高温合金K24激光加热辅助铣削温度场研究

2.1 引言

2.2 影响激光加热辅助切削的主要因素

2.3 激光加热辅助铣削传热有限元模型

2.4 激光加热辅助铣削加工K24温度测量

2.5 激光加热辅助铣削K24温度场计算结果试验验证

2.6 激光加热辅助铣削K24温度场仿真

2.7 小结

第3章 镍基铸造高温合金K24激光加热辅助铣削试验研究

3.1 引言

3.2 激光加热辅助铣削试验系统搭建

3.3镍基铸造高温合金K24激光加热辅助铣削工艺参数

3.4 激光加热辅助铣削K24试验结果及分析

3.5 小结

第4章 镍基铸造高温合金K24薄壁件加工变形仿真

4.1 引言

4.2 铣削力经验公式及薄壁件变形分析

4.3 LAML加工K24薄壁件变形研究温度场仿真

4.4 LAML加工K24薄壁件变形仿真研究

4.5 小结

结论

参考文献

声明

致谢