本文選題：激光加工 + 陶瓷刀具　； 參考：《廣東工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：陶瓷刀具的快速磨損是制約淬硬鋼等難加工材料高速切削加工的關(guān)鍵問題,高性能的表面微織構(gòu)具有良好的減磨性能,該技術(shù)應(yīng)用于陶瓷刀具表面將會極大的提高陶瓷刀具的切削性能。因此,本文針對激光參數(shù)對陶瓷刀具表面微織構(gòu)制備的影響規(guī)律,以及表面微織構(gòu)不同參數(shù)對陶瓷刀具切削性能的影響規(guī)律這兩大核心問題開展了研究,具體工作如下：(1)采用ANSYS對355nm紫外激光加工陶瓷刀具過程進行仿真研究,分析了不同激光能量密度與掃描速度下,355nm紫外激光對陶瓷刀具材料去除的影響規(guī)律,與實驗研究的結(jié)果作對比,同時為實驗研究提供合適的參數(shù)選擇范圍。(2)采用單因素實驗研究方法分析了不同激光參數(shù)對微織構(gòu)制備的影響規(guī)律,結(jié)果表明：355nm紫外激光加工陶瓷刀具表面微織構(gòu)的過程中,隨著激光能量密度的增加,微織構(gòu)的寬度逐漸增加,最終趨于25μm,微織構(gòu)的深度也線性增大；激光掃描速度影響到材料在單位時間內(nèi)接受到激光脈沖的個數(shù),隨著激光掃描速度的增加,微織構(gòu)的寬度基本不變,微織構(gòu)的深度逐漸減��；隨著激光掃描次數(shù)的增加,微織構(gòu)的寬度有所波動,整體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,微織構(gòu)的深度線性增大；激光重復(fù)頻率不僅影響光斑的重合度,還會改變單脈沖能量的大小,當(dāng)頻率在10kHz～30kHz之間時,隨著頻率的增加,微織構(gòu)的寬度逐漸減小,微織構(gòu)的深度逐漸增大；當(dāng)頻率在30kHz～ 40kHz之間時,隨著頻率的增加微織構(gòu)的寬度和深度都急速減��；當(dāng)頻率在40kHz～ 50kHz之間時,隨著頻率的增加微織構(gòu)的寬度和深度逐漸增加。最終選取了合理制備陶瓷刀具表面微織構(gòu)的激光加工工藝參數(shù)。(3)采用ABAQUS有限元仿真軟件對陶瓷刀具切削淬火鋼的過程進行仿真研究,分析了微織構(gòu)的置入對刀具切削溫度和刀具應(yīng)力分布的影響規(guī)律。根據(jù)仿真結(jié)果,選取不同的微織構(gòu)形貌參數(shù)進行切削實驗,并為刀具磨損機理的研究奠定理論基礎(chǔ)。(4)采用單因素實驗研究方法分析了不同激光參數(shù)對微織構(gòu)制備的影響規(guī)律,結(jié)果表明：不同形貌微織構(gòu)陶瓷刀具切削淬火鋼后,橫向微織構(gòu)陶瓷刀具前刀面的磨損區(qū)域最小、磨損中心到切削刃的距離最遠、磨損深度最小,并且橫向微織構(gòu)陶瓷刀具后刀面的磨損量最��；隨著微織構(gòu)深度的增加,刀具前刀面磨損區(qū)域逐漸增大、磨損中心到切削刃的距離越來越近、磨損深度逐漸增加,刀具后刀面的磨損量逐漸增大：隨著微織構(gòu)間距的增加,刀具前刀面磨損區(qū)域逐漸增大、磨損中心到切削刃的距離先增加后減小、磨損深度逐漸增加,刀具后刀面的磨損量逐漸增大；隨著微織構(gòu)寬度的增加,刀具前刀面磨損區(qū)域逐漸增大、磨損中心到切削刃的距離越來越近、磨損深度逐漸增加,刀具后刀面的磨損量逐漸增大。(5)采用SEM精細化的觀察分析了刀具前、后刀面的磨損狀況,研究了表面微織構(gòu)陶瓷刀具的磨損機理。結(jié)果表明：微織構(gòu)深度過大時,切削過程中刀具強度降低進而導(dǎo)致刀具破損；微織構(gòu)間距過大時,切削過程中有效作用的微織構(gòu)數(shù)量減少將會導(dǎo)致刀具磨損增加；微織構(gòu)寬度過大時,切削過程中二次切削將會導(dǎo)致刀具磨損增加；橫向微織構(gòu)可以有效減少刀具與切屑的摩擦作用,減少刀具磨損。
[Abstract]:In this paper , the influence of different laser parameters on the cutting performance of ceramic cutting tools is studied by means of ANSYS . The influence of different laser energy density and scanning speed on the cutting performance of ceramic cutting tools is studied .
the laser scanning speed affects the number of laser pulses received by the material in a unit time , and the width of the micro - texture is basically unchanged as the laser scanning speed increases , and the depth of the micro - texture is gradually reduced ;
As the number of laser scanning increases , the width of the microtexture fluctuates , the overall presentation gradually decreases , and the depth of the micro - texture increases linearly ;
The repetition frequency of laser affects not only the coincidence degree of the spot , but also the size of the single pulse energy . When the frequency is between 10 kHz and 30 kHz , the width of the micro - texture gradually decreases as the frequency increases , and the depth of the micro - texture gradually increases ;
When the frequency is between 30 kHz and 40 kHz , the width and depth of the micro - texture decreases rapidly as the frequency increases ;
The effects of different laser parameters on the cutting temperature and the stress distribution of cutting tools were studied by means of finite element simulation software . The experimental results show that the wear area of the front rake face of the transverse micro - textured ceramic cutter is the least , the wear depth is the minimum , and the wear of the cutter face of the transverse micro - texture ceramic cutter is the minimum .
With the increase of the micro - texture depth , the wear area of the rake face of the cutter gradually increases , the distance between the wear center and the cutting edge is gradually increased , the wear depth is gradually increased , the wear area of the rake face of the cutter gradually increases as the micro - texture distance increases , the distance between the wear center and the cutting edge is increased , the wear depth is gradually increased , and the wear amount of the cutter face of the tool is gradually increased ;
With the increase of the width of the micro - texture , the wear area of the rake face of the cutter gradually increases , the wear depth increases gradually , and the wear depth of the tool flank is gradually increased .
When the micro - texture space is too large , the reduction of the number of micro - textures which are effective in the cutting process can increase the wear of the tool ;
when the micro - texture width is too large , the secondary cutting in the cutting process can increase the wear of the tool ;
The transverse micro - texture can effectively reduce the friction between the cutter and the chip and reduce the wear of the cutter .

【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG71

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