超硬合金激光热辅助磨削机理及工艺研究

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随着科学技术的不断进步,对于许多行业来说材料的性能越来越起到决定性的作用。超硬合金材料具有高强度、高耐磨性、高抗热性以及在极端条件下保持化学性能的稳定等优良特征,在航空航天、化工领域、机械电子元器件、国防等现代工业部门和新技术领域的应用越来越广泛。激光加热辅助技术是通过对材料表层照射高能量激光束从而使材料表层吸收能量进而使表层材料小范围升温,通过热传导作用传递到工件内部,使工件在很短的时间达到一定范围内的温度升高,使材料的强度有所降低,材料的塑性有所提高,并使材料的硬度有所下降,提高了材料的加工性能。本论文的主要研究内容如下:(1)对超硬合金的激光热辅助磨削机理进行研究。研究单颗磨粒磨削去除过程,对激光热辅助对超硬合金材料温度、硬度以及韧性影响进行了理论研究。探讨激光热辅助对于单颗磨粒磨削力的影响。(2)分析激光对材料的热作用,建立超硬合金YG6X在激光扫描作用下温度分布的数学热模型并进行理论计算。对超硬合金工件表面激光辐照作用下温度分布进行温度场仿真研究。研究不同激光扫描速度、激光功率和光斑半径对工件材料温度分布的影响。通过测温实验研究对仿真结果的正确性进行验证。(3)通过已有激光热辅助磨削加工设备进行激光热辅助磨削超硬合金激光功率和激光扫描速度单因素实验,找寻合适的加工参数。对激光热辅助磨削超硬合金YG6X进行正交和对比实验设计以及表面粗糙度结果分析。对比两种工艺实验后的结果,研究激光热辅助加工工艺参数对表面粗糙度的影响分析,找寻最优加工参数组合。建立激光热辅助作用下的表面粗糙度预测模型,为今后此领域的加工提供参考。(4)对单颗磨粒划擦去除过程进行仿真分析,得到激光热辅助加工和常规磨削后的表面残余应力,进而对加工后表面硬化进行分析。对不同激光功率下激光热辅助磨削后表面硬度的测量实验,验证激光热辅助对加工后表面硬化影响的正确性。通过加载不同激光功率进行激光热辅助磨削加工,对加工后砂轮磨损进行实验研究分析。
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