氧化锆陶瓷的激光辅热切削加工工艺研究

论文摘要

工程陶瓷具有低密度、高硬度、耐腐蚀、耐高温、自润滑等优异特点。因其固有的优秀特性,现已被广泛的应用于航天航空、汽车、石油化工、机械加工等越来越多的行业。然而,工程陶瓷本身具有的高硬度、低断裂韧性特点却给零件的加工带来了困难。激光辅热切削加工恰好能够解决这一难题,它的加工原理是先通过激光的照射使陶瓷软化,然后使用耐高温刀具切除软化部分。激光辅热切削加工兼具激光加工的绿色高效和车削加工的工艺空间大、效率高等多重优势。本文选取氧化锆陶瓷作为研究对象,对氧化锆陶瓷的激光辅热加工工艺进行了试验研究。本文主要完成以下研究工作:第一,建立了激光辅热切削加工工件的温度场数学模型,为氧化锆陶瓷的激光辅热切削加工过程中的温度场仿真提供理论依据,最后给出了两种求解温度场模型的方法。第二,使用Workbench对激光辅热切削加工的工件温度场进行了仿真分析,通过单因素仿真试验探究了各因素对工件温度场的影响规律。其中,激光功率的增大对工件表面的最大温度影响最为显著;随着激光光斑半径的增大,工件沿轴向的表面温度传热宽度变大;转速的提高对工件沿径向的传热深度影响逐渐变小。第三,搭建了用于激光辅热切削加工的试验平台,介绍了各部分组成,选取了激光辅热切削加工工艺参数范围,并完成了四因素三水平的正交试验。最后,对正交试验的结果进行了分析。对工件表面粗糙度正交试验结果进行方差和极差分析,结果为:对表面粗糙度影响非常显著因素是激光功率和背吃刀量;对表面粗糙度影响程度从大到小依次为激光功率、背吃刀量、进给速度、主轴转速。对刀具磨损正交试验结果进行了方差和极差分析,结果为:对刀具磨损影响非常显著的因素只有激光功率;对刀具磨损度影响程度从大到小依次为是激光功率、进给速度、是背吃刀量、主轴转速。理论排屑量最大可达实际排屑量的2.6倍,最小为1.1倍。经激光辅热切削加工获得的切屑为狭长的片状并带有一定的卷曲,切屑长度在200~300um之间,未经激光进行辅热加工产生的切屑则呈现为不规则片状,长度在50um以内。对激光辅热切削加工的工件表面做SEM观察发现:表面呈现平滑状态,有大量的熔融涂抹区域,可推断材料去除机制主要为塑性去除。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘广新

导师: 赵玉刚

关键词: 氧化锆陶瓷,激光辅热切削加工,温度场模拟,正交试验,微观形貌,塑性去除

来源: 山东理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学

单位: 山东理工大学

分类号: TN249;TQ174.758.11

DOI: 10.27276/d.cnki.gsdgc.2019.000022

总页数: 80

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标签：氧化锆陶瓷论文;  激光辅热切削加工论文;  温度场模拟论文;  正交试验论文;  微观形貌论文;  塑性去除论文;