脉冲激光加热辅助车削氧化铝陶瓷温度场仿真和试验研究

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1、学校代号10532学号S1102W110分类号TG665密级公开工程硕士学位论文脉冲激光加热辅助车削氧化铝陶瓷温度场仿真和试验研究学位申请人姓名廖先宇培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称鄢锉副教授刘俊军高工学科专业机械工程研究方向激光加工技术与装备论文提交日期2013年5月31日学校代号：10532学号：S1102W110密级：公开湖南大学工程硕士学位论文脉冲激光加热辅助车削氧化铝陶瓷温度场仿真和试验研究学位申请人姓名：廖先宇导师姓名及职称：鄢锉副教授刘俊军高工培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2013年5月31日论文答辩日期：2013年

2、6月2日答辩委员会主席：程军圣教授SimulationofTemperatureFieldsandExperimentalResearchonPulse-LaserAssistedTurningofAl2O3CeramicsbyLIAOXianyuB.E.(HunanInstituteofEngineering)2011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSch

3、oolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorYANCuo,SeniorEngineerLIUJunjunJune,2013湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同

4、意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密√□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I脉冲激光加热辅助车削氧化铝陶瓷温度场仿真和试验研究摘要由于具有密度小、热膨胀系数小、良好的耐磨性、耐化学腐蚀、抗氧化性等特点，工程陶瓷材料如氧化铝、氮化硅和氧化锆等在机械、汽车、化工、航天航空、医药及其它工业领域

5、得到了越来越多的应用。然而陶瓷材料硬度大、易脆，传统的加工方法很难对陶瓷材料进行加工。激光辅助加工技术是一种复合加工技术，即在刀具去除材料之前，用激光束聚焦对工件进行局部加热，陶瓷材料的加工性能得到显著改善，减少刀具磨损、提高表面质量和加工效率，故激光辅助加工技术在加工陶瓷和硬、脆材料方面具有广阔的前景。本文针对热压96氧化铝陶瓷，进行了脉冲激光加热辅助车削研究。首先，根据热传导理论建立有限元数值模型，运用有限元软件ANSYS对氧化铝进行温度场模拟并研究不同的工艺参数(包括脉冲激光功率、工件旋转速度和脉冲激光频率)对温度场分布的影响；其次，搭建了激光加热辅助车削试验平

6、台并进行激光辅助切削氧化铝试验；最后，测量了圆柱体氧化铝陶瓷的表面粗糙度并检查已加工表面的表面缺陷情况。论文的研究成果与结论如下：（1）通过对温度场进行模拟仿真，发现工件温度随时间递增曲线呈锯齿型，工件表面温度基本呈椭圆形分布，最高温度相对激光光束中心位置延后。内部温度基本呈抛物线分布，深度方向热影响尺寸小。通过温度场仿真得到了各参数对工件横截面与纵截面温度场分布的影响规律，当取500℃作为材料软化温度时，工件具有一定深度的软化层；（2）基于田口正交试验，研究了脉冲激光功率、工件转速、脉冲频率和进给量四因素对表面粗糙度的影响，正交试验表明表面粗糙度小的最优参数组合为激

7、光功率为50W，工件转速为510r/min，脉冲频率为50KHz，进给量为0.01mm/r，四因素对表面粗糙度的影响程度依次为19.42%、25.21%、13.39%和41.98%。（3）测量了加工表面的表面粗糙度并检查表面缺陷情况，结果发现当激光功率增大、工件转速增加、脉冲频率增加和进给量减小时，表面粗糙度值减小，没有表面裂纹的出现，只有少量的表面损伤与凹坑缺陷，获得了较好的表面质量。表明脉冲激光加热辅助车削氧化铝陶瓷具有可行性，可以达到满意的加工效果。关键字：脉冲激光加热辅助车削；Al2O3陶瓷；温度场；田口正交试验；表面质量II工程硕士学位论文