發(fā)布時間：2018-03-13 03:16

  本文選題：激光切向整形　切入點(diǎn)：激光徑向修銳　出處：《湖南大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：探索超硬磨料砂輪,尤其是粗粒度青銅結(jié)合劑金剛石砂輪的精密、高效、綠色、適用性廣、低成本的修整方法,仍是當(dāng)今磨削加工領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向之一。作為一種非接觸式的加工技術(shù),激光修整法完全避免了機(jī)械作用力的存在、修整工具的損耗、與機(jī)械作用力和工具損耗有關(guān)的誤差,而且適用于各種結(jié)合劑、磨粒粒徑、形狀、尺寸的超硬磨料砂輪的精密修整。盡管激光修整法具有機(jī)械法、電加工法等常用修整法不可比擬的優(yōu)勢,但其目前存在質(zhì)量較差、精度不足、效率偏低、地形地貌較惡劣等問題與挑戰(zhàn),這在一定程度上阻礙了激光修整法走向工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。鑒于此,本文以改善修整質(zhì)量、提高修整精度、提高修整效率、優(yōu)化地形地貌為目標(biāo),設(shè)計并搭建了脈沖光纖激光修整試驗(yàn)平臺,采用理論分析、數(shù)值計算、試驗(yàn)探索相結(jié)合的方法,系統(tǒng)開展了脈沖光纖激光修整粗粒度青銅結(jié)合劑金剛石砂輪研究。具體包括以下研究工作:(1)研究了改善整形質(zhì)量、提高整形效率、提高整形精度的方法,總結(jié)了決定激光整形效果的工藝參數(shù),開展了脈沖光纖激光切向整形粗粒度青銅結(jié)合劑金剛石砂輪試驗(yàn),對比分析了經(jīng)激光和金剛石滾輪整形后的砂輪表面輪廓精度。結(jié)果表明:整形質(zhì)量與脈沖寬度、保護(hù)措施有關(guān);脈沖寬度越短,整形質(zhì)量越高;在本試驗(yàn)條件下,整形后磨粒的石墨化轉(zhuǎn)變不可避免,可通過采用輔助側(cè)吹氬氣方式降低磨粒石墨化程度,改善整形質(zhì)量。整形效率與焦斑功率密度、激光切削深度有關(guān);焦斑功率密度越高,整形效率越高;當(dāng)且僅當(dāng)激光切削深度與砂輪初始輪廓誤差相等,即采用基于單層大切深、間斷式進(jìn)給的激光切向整形法時,才可獲得最高的整形效率。整形精度與焦斑功率密度、激光切削軌跡重疊率有關(guān);焦斑功率密度越高,整形精度越高;選擇較高的激光切削軌跡重疊率,有利于提高整形精度。在優(yōu)化工藝參數(shù)條件下,對初始圓跳動誤差、平行度誤差分別為83.1,324.6μm的砂輪進(jìn)行激光整形后,磨粒發(fā)生輕度石墨化轉(zhuǎn)變,砂輪表面圓跳動誤差、平行度誤差分別下降為6.8,3.8μm,比經(jīng)金剛石滾輪整形后的砂輪表面輪廓精度稍低。(2)開展了單脈沖激光燒蝕青銅結(jié)合劑輪試驗(yàn),觀測了燒蝕凹坑微觀形貌與幾何形狀;采集了燒蝕過程中產(chǎn)生的等離子體光譜信號,計算了等離子體特征物理參數(shù);建立了基于Phase-Field方法的單脈沖激光燒蝕青銅材料的固-液-氣三相耦合瞬態(tài)模型,對單脈沖激光燒蝕青銅結(jié)合劑熱力學(xué)過程進(jìn)行了數(shù)值計算,并將計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明:等離子體電子溫度、電子數(shù)密度、逆軔致吸收系數(shù)均在空間上呈現(xiàn)先增后減的變化規(guī)律,其最大值分別為3490 K,1.58×1016 cm-3,7.01×10-5 cm-1;等離子體因逆軔致吸收而造成的激光能量散失是幾乎可以忽略不計的。結(jié)合劑通過熔化和氣化方式去除,凹坑中心截面形狀呈上寬下窄的碗狀,凹坑邊緣有凸起的濺射重凝物,凹坑外圍熱影響區(qū)隨激光平均功率的增加而增大。凹坑孔徑、孔深隨激光平均功率的增大分別在33.2 60.2μm和0.9 3.4μm范圍內(nèi)呈減速增長、線性增長趨勢。燒蝕過程達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)氣化階段所需的時間隨激光平均功率的增大而縮短,燒蝕區(qū)域最高溫度和蒸氣最大速度隨激光平均功率的增大分別在2771 2952 K和80 186 m?s-1范圍內(nèi)呈減速增長趨勢。凹坑幾何形狀模擬值與試驗(yàn)值的最大偏差僅約為5%,該模型能合理模擬單脈沖激光燒蝕過程中凹坑固/液和氣/液界面的動態(tài)演變過程。(3)研究了改善結(jié)合劑平整度、提高修銳質(zhì)量和效率、控制磨粒出刃高度的方法,總結(jié)了決定激光修銳效果的工藝參數(shù),開展了脈沖光纖激光燒蝕青銅結(jié)合劑輪和徑向修銳青銅結(jié)合劑金剛石砂輪試驗(yàn),對比分析了經(jīng)激光和碳化硅砂輪修銳后的砂輪表面地形地貌。結(jié)果表明:結(jié)合劑平整度與激光束能量分布、激光光斑重疊率、激光掃描軌跡重疊率有關(guān);與高斯激光束相比,采用平頂激光束修銳后可獲得更高的結(jié)合劑平整度;增大激光光斑重疊率和激光掃描軌跡重疊率,有利于提高結(jié)合劑平整度。修銳質(zhì)量與脈沖寬度、激光功率密度有關(guān),修銳效率與激光功率密度有關(guān);脈沖寬度越短,修銳質(zhì)量越高;增大激光功率密度,有利于提高修銳效率,而修銳質(zhì)量呈先提高后下降的趨勢;磨粒出刃高度與激光循環(huán)掃描次數(shù)有關(guān),在一定范圍內(nèi)磨粒出刃高度隨激光循環(huán)掃描次數(shù)的增加而增大。與碳化硅砂輪修銳法相比,激光修銳后的砂輪表面磨粒脫落更少,磨粒等高性更好,磨粒出刃高度更合適,磨粒間容屑空間更充足,砂輪具備更優(yōu)良的表面地形地貌。(4)分別采用經(jīng)激光和碳化硅砂輪修整好的青銅結(jié)合劑金剛石砂輪對YG8硬質(zhì)合金工件進(jìn)行平面磨削試驗(yàn),分析磨削后工件表面質(zhì)量,對激光修整后的砂輪在不同磨削階段的磨損形式、磨損量、磨削比進(jìn)行研究。結(jié)果表明:工件表面粗糙度基本上隨砂輪線速度的增大而減小,隨磨削深度的增大而增加,其最小值達(dá)到0.425μm;與碳化硅砂輪修整法相比,采用經(jīng)激光修整好的砂輪磨削后的工件表面微觀形貌更好,表面粗糙度更低;在初期磨損階段,砂輪磨損主要形式為磨粒磨耗磨損和磨粒脫落磨損,砂輪磨削比約為205.4,磨削后工件表面粗糙度為0.314μm;在正常磨損階段,砂輪磨損形式以磨粒磨耗磨損為主,并伴有少量磨粒脫落磨損和結(jié)合劑磨耗磨損,砂輪磨削比約為405.1,磨削后工件表面粗糙度為0.337μm;在急劇磨損階段,砂輪磨損主要形式為磨粒脫落磨損、磨粒磨耗磨損、結(jié)合劑磨耗磨損,砂輪磨削比約為96.0,磨削后工件表面粗糙度為0.454μm。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG743

【參考文獻(xiàn)】

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2 陳根余;陳沖;卜純;賈天陽;余春榮;;激光修整青銅金剛石砂輪石墨變質(zhì)層的研究[J];中國激光;2012年03期

3 陳根余;余春榮;李時春;孫康健;卜純;;脈沖激光修整青銅金剛石砂輪溫度場的模擬與試驗(yàn)[J];中國激光;2011年07期

4 袁巨龍;王志偉;文東輝;呂冰海;戴勇;;超精密加工現(xiàn)狀綜述[J];機(jī)械工程學(xué)報;2007年01期

5 王艷,胡德金,鄧琦林,孫康鍇;金剛石砂輪的激光修整技術(shù)[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2004年07期

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本文編號：1604557