光纤激光辅助加热切削Al2O3陶瓷工艺试验研究

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工程陶瓷具有硬度高、强度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐热性好等优良的机械物理性能,在空间技术、军事技术、原子能、及化工设备等工业领域中具有广阔的应用前景。由于工程陶瓷的硬脆特性,采用传统加工方法会产生切削力大、刀具磨损严重等难题,而激光辅助加热切削技术是解决工程陶瓷材料难加工问题的有效方法之一。本文针对氧化铝工程陶瓷开展了激光辅助加热切削工艺试验研究,完成的主要工作和取得的成果有:首先,建立了激光辅助加热切削温度场数学模型,采用有限元分析法对切削过程中的工件材料温度场和刀具温度场进行仿真求解,从理论上分析了工艺参数对工件和刀具温度场的影响。其次,搭建了激光辅助加热切削Al2O3试验装置,采用正交试验法,设计出包括激光功率、工件转速、进给速率、背吃刀量和激光光斑直径的五因素四水平正交试验表,然后进行了激光辅助加热切削Al2O3陶瓷的试验。最后,对试验后刀具磨损情况和工件表面粗糙度进行了检测分析。结果表明刀具磨损形态主要是后刀面磨损,采用极差分析法分析不同工艺参数对刀具后刀面磨损情况的影响大小,得出对刀具后刀面磨损影响最大的因素是光斑直径,然后依次是工件转速、激光功率、背吃刀量和进给速率。同时,通过分析不同工艺参数组合下刀具后刀面磨损情况,得到刀具磨损量最小的工艺参数组合:激光功率为300W,光斑直径为1mm,进给速率为9.9mm/min,背吃刀量为0.1mm,工件转速为250~400r/min。同样采用极差分析法分析加工后工件外圆表面粗糙度情况,分析了不同工艺参数对表面粗糙度的影响大小,得出对加工表面粗糙度影响最大的因素是工件转速,然后依次是背吃刀量、进给速率、光斑直径和激光功率。分析不同工艺参数组合下表面粗糙度情况,得到表面粗糙度最小的工艺参数组合为:激光功率为200W,光斑直径为1.25mm,进给速率为9.9mm/min,工件转速为255r/min,背吃刀量为0.1mm。
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