本文關(guān)鍵詞：激光加熱輔助銑削高溫合金溫度控制及工藝參數(shù)優(yōu)化研究

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【摘要】：鎳基高溫合金GH4698在500°C~800°C范圍內(nèi)具有較好的高溫強(qiáng)度、斷裂韌性、抗氧化、抗熱腐蝕等綜合性能,該合金廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤、壓氣機(jī)盤、導(dǎo)流片等重要零件。然而,鎳基高溫合金GH4698的導(dǎo)熱系數(shù)小、摩擦系數(shù)大,加工時(shí)刀具磨損嚴(yán)重,切削力大,加工效率低。激光加熱輔助切削(LAM)技術(shù)是解決難加工材料的一種有效方法,LAM技術(shù)是在工件材料被切除前,利用高能量的激光加熱工件,使工件局部溫度升高。材料的切削性能在高溫下發(fā)生變化,可以減小刀具磨損,獲得高質(zhì)量的加工表面和增加材料去除率。本文采用LAM技術(shù)對(duì)鎳基高溫合金的銑削過程進(jìn)行仿真與試驗(yàn)研究。論文的主要研究工作包括以下四個(gè)方面:根據(jù)傳熱學(xué)的相關(guān)理論,研究激光加熱工件后材料的熱傳導(dǎo)和熱輻射等問題,然后建立溫度場數(shù)學(xué)預(yù)測模型,準(zhǔn)確地計(jì)算和預(yù)測工件的溫度場分布。根據(jù)激光加熱區(qū)域溫度場數(shù)學(xué)模型建立激光加熱輔助銑削GH4698的有限元模型,然后對(duì)溫度場進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn),并用紅外測溫儀測量實(shí)際銑削過程中工件溫度,將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證仿真模型的正確性。然后根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)溫度與切削區(qū)域溫度之間的差值來計(jì)算不同加工參數(shù)下的切削區(qū)域的溫度場的分布。通過激光加熱輔助銑削實(shí)驗(yàn),研究微觀組織形貌、表面粗糙度、刀具磨損和切削力的變化規(guī)律,得到工藝參數(shù)對(duì)加工性能和刀具磨損的影響規(guī)律。建立以銑削參數(shù)和激光參數(shù)為優(yōu)化變量、以最小加工成本和最大效率為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。利用遺傳算法優(yōu)化模型,得到加工成本最小和功率最大時(shí)的銑削參數(shù)和激光參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：高溫合金 激光加熱輔助銑削 溫度場 有限元仿真 多目標(biāo)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG54
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-12
• 1.1.1 高溫合金簡介10
• 1.1.2 GH4698高溫合金10-11
• 1.1.3 高溫合金的加工11-12
• 1.2 激光加熱輔助銑削技術(shù)研究12-17
• 1.2.1 輔助加熱的發(fā)展概況12-13
• 1.2.2 激光加熱輔助切削的研究與發(fā)展13-14
• 1.2.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 切削區(qū)域溫度場有限元模型19-26
• 2.1 激光加熱輔助銑削溫度場的有限元模型19-20
• 2.1.1 模型的假設(shè)19
• 2.1.2 數(shù)學(xué)模型的建立19-20
• 2.2 模型的邊界條件20-21
• 2.3 切削熱對(duì)溫度場的影響分析21-24
• 2.4 利用有限元的方法計(jì)算溫度24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 激光加熱輔助銑削溫度場仿真與控制26-36
• 3.1 吸收率的標(biāo)定26-28
• 3.2 溫度場仿真預(yù)測及實(shí)驗(yàn)28-30
• 3.3 預(yù)熱時(shí)間對(duì)溫度場的影響30-32
• 3.4 高溫合金的適宜切削溫度32-33
• 3.5 切削區(qū)域的溫度的控制33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-36
• 第4章 激光加熱輔助銑削實(shí)驗(yàn)研究36-54
• 4.1 激光加熱輔助銑削GH4698實(shí)驗(yàn)36-38
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)36
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)刀具36-38
• 4.1.3 激光器38
• 4.2 切削參數(shù)對(duì)銑削力的影響規(guī)律38-43
• 4.2.1 銑削力單因素實(shí)驗(yàn)38-40
• 4.2.2 銑削力正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)40-42
• 4.2.3 回歸方程的顯著性檢驗(yàn)42-43
• 4.3 銑削加工表面粗糙度43-45
• 4.3.1 表面粗糙度形成機(jī)理43-44
• 4.3.2 激光加熱輔助銑削的表面粗糙度44-45
• 4.4 銑削前后能譜分析和表面質(zhì)量對(duì)比45-47
• 4.5 切屑形態(tài)對(duì)比47-49
• 4.6 刀具磨損49-52
• 4.6.1 刀具的能譜分析49-50
• 4.6.2 PVD與CVD刀具磨損對(duì)比50-52
• 4.7 本章小結(jié)52-54
• 第5章 激光加熱輔助銑削工藝參數(shù)優(yōu)化54-60
• 5.1 最低加工成本目標(biāo)函數(shù)54-55
• 5.2 最大生產(chǎn)效率目標(biāo)函數(shù)55
• 5.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)變量55
• 5.4 多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)55-56
• 5.5 邊界約束條件56
• 5.6 遺傳算法優(yōu)化函數(shù)的特點(diǎn)56-58
• 5.6.1 遺傳算法的優(yōu)化流程57-58
• 5.7 工藝參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果58-60
• 5.8 本章小結(jié)60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65-66
• 致謝66

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本文編號(hào)：865001