激光加热辅助车削45％SiCp_Al的温度场仿真与切削试验研究

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1、硕士学位论文激光加热辅助车削45%SiCp/Al的温度场仿真与切削试验研究（应用型）THERMALFIELDSIMULATIONANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONFORLASERHOT-ASSISTEDCUTTINGOF45%SiCp/Al盛东营哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG665学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文激光加热辅助车削45%SiCp/Al的温度场仿真与切削试验研究（应用型）硕士研究生：盛东营导师：张宏志研究员申请学位：工程硕士学科：机械工程所在

2、单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG665U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERMALFIELDSIMULATIONANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONFORLASERHOT-ASSISTEDCUTTINGOF45%SiCp/Al（Applied）Candidate：ShengDongyingSupervisor：Prof.ZhangHongzhiAcademicDe

3、greeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高体积分数（≥45%）SiCp/Al复合材料具有优异的综合性能，在航空、航天、汽车、电子等领域有着广泛的应用。然而，高体积

4、分数SiCp/Al复合材料塑性差，常规切削方式加工，效率低、刀具磨损严重。而激光加热辅助车削是改善难加工材料切削加工性的一种有效方法，通过对材料进行局部加热，在不改变材料整体特性的前提下，改善材料的切削加工性能，继而达到提高车削加工效率，增加刀具使用寿命的目的。本文将利用激光加热辅助切削技术，针对45%SiCp/Al复合材料开展车削过程切削区域温度场仿真与切削试验研究，具体研究内容包括如下几个方面：依据传热学理论建立了切削区域温度场的数学模型，采用COMSOLMultiphysics有限元仿真软件，考虑工件和卡具之间的热传导作用

5、，建立了温度场有限元模型，通过测温试验验证了有限元模型，得到了该材料的辐射率和对波长为1048nm的激光的吸收率；仿真分析了激光参数对切削区域温度场的影响，以此作为切削试验激光参数的选择的理论依据。建立激光加热辅助车削试验系统，依据切削区域温度场仿真分析结果和半精加工切削用量的选择标准，阐明了激光参数的选择方法；通过激光加热辅助车削试验对比常规车削分析了背吃刀量、进给量、切削速度、激光加热温度对切削力的影响规律；结合对切削力的分析结果，阐明了刀具磨损过程以及刀具快速磨损的原因，并分析了激光加热前后不同切削速度下刀具的使用寿命。研

6、究了45%SiCp/Al复合材料在切削过程中，加工参数对工件表面粗糙度的影响规律。首先，对比分析了常规车削和激光加热辅助车削切屑的变形规律，包括切屑形态和切屑变形系数；其次，依据复合材料本身的特性探究了切削加工表面的形成过程，分析了工件已加工表面宏观上产生“熨平”现象，微观上产生凹坑的原因；最后，对比常规车削分析了表面粗糙度提高的原因，以及背吃刀量、进给量、切削速度、激光加热温度对加工表面粗糙度的影响规律。关键词：45%SiCp/Al复合材料；激光加热辅助车削；切削区域温度场；切削力；表面粗糙度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论

7、文AbstractHighvolumefractionSiCp/Alcompositesiswideappliedintheaerospace,electricpackagingandrailtransitfields.However,thehighvolumefractionSiCp/Alcompositesshowsagreaterbrittlenesssothatithaspoorprocessabilityandmachiningefficiencyfortheconventionalcutting.Throughloc

8、alheatingofthehard-cuttingmaterials,withoutchangingtheoverallfeaturesofthematerial,laserhot-assistedcuttingisaneffectivemethodtored