鈦合金材料因其具有強(qiáng)度大、硬度高、耐熱性好等優(yōu)良特征,而被廣泛應(yīng)用在航空航天、化工研究及其它重要產(chǎn)業(yè)部門。然而用傳統(tǒng)方法加工鈦合金時(shí),常常會(huì)出現(xiàn)較高的切削溫度和較大的切削力,最終導(dǎo)致刀具的磨損加劇,加工表面質(zhì)量較差。并且鈦合金切削過程中粘刀現(xiàn)象明顯,同樣會(huì)加快刀具磨損,這將會(huì)大大縮短刀具使用壽命,影響加工表面質(zhì)量。為改善加工鈦合金時(shí)的切削狀況,本文將利用激光輔助加熱的方法對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金開展正交微切削試驗(yàn)研究。首先,本文以激光輔助加熱微切削理論為基礎(chǔ),自行設(shè)計(jì)并搭建了激光輔助正交微切削裝置。在設(shè)計(jì)階段利用CATIA軟件建立了切削裝置的三維模型并通過有限元仿真方法對(duì)切削裝置的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析、模態(tài)分析,經(jīng)過仿真分析結(jié)果得知所設(shè)計(jì)的激光輔助正交微切削系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、安全穩(wěn)定,符合設(shè)計(jì)要求。然后利用搭建的激光輔助正交微切削裝置進(jìn)行Ti-6Al-4V鈦合金微切削實(shí)驗(yàn)研究,主要探究激光參數(shù)、切削參數(shù)等對(duì)熱影響區(qū)、加工表面質(zhì)量、刀具磨損等的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:激光功率、工件移動(dòng)速度是熱影響區(qū)的主要影響因素;與常規(guī)切削相比,激光輔助正交微切削能夠降低表面粗糙度值,改善加工質(zhì)量并減輕刀具在切削過程中的磨損。文中通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)研究了不同參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量、表面殘余應(yīng)力、表面顯微硬度的影響規(guī)律,并運(yùn)用極差法探究了各參數(shù)對(duì)表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力的影響程度,結(jié)果顯示,各因素對(duì)表面粗糙度值Ra的影響程度從大到小依次是:切削速度、激光功率、切削深度;對(duì)表面殘余應(yīng)力的影響程度從大到小依次是:切削深度、激光功率、切削速度。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG502
【部分圖文】：

圖 1.1 激光輔助微切削平臺(tái)mar[29]研究團(tuán)隊(duì)也自行設(shè)計(jì)了一套激光輔助微切該團(tuán)隊(duì)里的研究人員利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明激光輔助加熱技術(shù)可有效地提高削過程中的刀具磨損也明顯得到改善。

Kumar[29]研究團(tuán)隊(duì)也自行設(shè)計(jì)了一套激光輔助微切削實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（如圖1.2 所示），并且該團(tuán)隊(duì)里的研究人員利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的激光輔助微銑削A2 工具鋼的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明激光輔助加熱技術(shù)可有效地提高銑削精度、提升表面質(zhì)量，并且微切削過程中的刀具磨損也明顯得到改善。圖 1.2 激光輔助微切削實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1-激光定向用旋轉(zhuǎn)臺(tái), 2-X、Y、Z 三向滑臺(tái), 3-主軸, 4-光纖, 5-準(zhǔn)直器美國普渡大學(xué)，由 Yung C.Shin[30,31]帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)主要致力于激光輔助加工陶瓷等硬脆材料的實(shí)驗(yàn)研究，并獲得了豐碩的研究成果。首先他們通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了激光輔助切削能夠改善 SiC、莫來石等陶瓷材料的加工質(zhì)量；然后以材料去除率、加工表面質(zhì)量、亞表面裂紋等為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行了大量的加工參數(shù)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)；針對(duì)不同材料分別研究了材料去除機(jī)理及刀具磨損機(jī)理，最后還建立了三維 LAM 加工模型，主要用于研究加工過程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化情況，比較全面詳細(xì)地研究了激光輔助加熱切削的內(nèi)在機(jī)制。美國研究學(xué)者 Lei[32]等人以 SiC 和 Si3N4 為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了大量切削實(shí)驗(yàn)，切削裝置如下圖 1.3 所示。他們從微觀角度解釋了激光輔助切削過程中材料分離的本質(zhì)

圖 1.3 激光輔助切削實(shí)驗(yàn)圖lton[33]研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)不同金屬及合金材料如 Anel718 等開展了大量激光輔助加熱微切削試驗(yàn)研及使用壽命，結(jié)果表明，常規(guī)切削時(shí)刀具使用削時(shí)刀具平均壽命為 24.3 分鐘，刀具使用壽命延34]研究團(tuán)隊(duì)對(duì)激光輔助加熱微銑削 Ti-6Al-4V 的光照射區(qū)域的溫度場分布，由結(jié)果可知當(dāng)溫度在力可以減少 20% 25%。an[35]等對(duì) Si3N4激光輔助切削過程進(jìn)行了多尺度、表面微裂紋、殘余應(yīng)力等，最終通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等采用離散單元和有限元法，有效地模擬了切削材料切除機(jī)理。2011 年 Germain[37]等也對(duì)加熱針對(duì)切削力的大小、切屑的產(chǎn)生及切屑形貌、表究分析。ndekar[38]等以 Ti6Al4V 為實(shí)驗(yàn)材料開展了激光輔

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2834207