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《哈尔滨工业大学》 2011年
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Si_3N_4陶瓷的激光加热辅助铣削技术研究

龚金龙  
【摘要】:工程陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、低密度等优良特性,尤其是热压烧结氮化硅,是世界上最坚硬的物质之一,广泛应用于机械、化工、航天等工业领域。但由于工程陶瓷材料脆性高,断裂韧性低,常规加工方法难以实现高质量的加工,且生产成本高。激光加热辅助切削技术是一种新型复合加工方法,对拓展工程陶瓷的加工方法,提高加工质量、降低成本具有深远的意义。 本文通过对激光加热热压烧结氮化硅陶瓷的温度场进行有限元仿真研究,研究了激光加热参数对工件温度场的影响规律,得出了工件切削区域满足软化条件时的加热参数;搭建激光加热辅助铣削加工系统,实现了热压烧结氮化硅陶瓷的铣削加工,通过选择合适的试验参数,获得了较好的加工质量。本文主要完成的工作和取得的成果有: 依据传热学相关理论,建立激光加热氮化硅材料的三维瞬态非线性温度场有限元模型,模型考虑了材料热物理参数与边界条件随温度的的非线性变化,通过测温实验验证了温度场模型的正确性,根据实验数据对模型进行了参数修正,最终温度场模型与测温实验数据的最大误差为10%,激光移动加热阶段的误差小于5%。 利用温度场模型仿真分析了激光功率、预热时间、激光光斑移动速度对工件温度场的影响规律,研究了工件尺寸对温度场的影响,计算了不同加热参数所能够达到的软化深度与软化程度,为铣削试验参数的选择提供了依据。 搭建了激光加热辅助铣削试验系统,实现了激光加热辅助铣削热压烧结氮化硅陶瓷,并研究了激光功率、激光光斑移动速度,切削速度对铣削加工的影响。试验结果表明:激光加热辅助铣削能够降低切削力,提高加工效率,但刀具磨损仍比较严重,刀具磨损形式主要为后刀面剥落磨损,通过选择合适的激光参数,工件表面粗糙度能够达到Ra0.17-0.27μm,表面无热损伤与微裂纹,能够产生连续状切削,切屑具有塑性材料铣削的一些特征。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ174.6

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