激光诱导氧化辅助微细铣削硬质合金的基础研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:shakekele
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硬质合金材料具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等优良特性,主要应用于金属加工的刀具、地质矿山工具、耐磨零件和模具等领域。然而,硬质合金的加工性能差,为改善微细切削硬质合金时存在刀具寿命低、加工效率低和加工质量差等问题,本文提出了激光诱导氧化辅助微细铣削复合加工工艺,利用激光辐射硬质合金工件的待加工区域,使其发生快速可控氧化,生成结构疏松的氧化物,改善材料的切削性能,大幅度提高加工效率、刀具寿命和加工质量。本文进行了激光诱导氧化辅助微细铣削硬质合金的基础研究,主要工作和成果如下:  (1)建立了激光辐射下硬质合金的三维瞬态传热模型,对脉冲激光辐射下YG20硬质合金的温度场分布进行了仿真分析;仿真研究了激光平均功率、激光频率、扫描速度和光斑直径等参数对工件温度场分布的影响规律。  (2)对YG20硬质合金进行了常规氧化试验,分析了氧化物组分和微观结构。根据常规氧化的试验结果和温度场仿真结果,对YG20进行了激光诱导氧化试验;分析了激光参数和氧化环境对硬质合金氧化反应的影响规律,制定了基于疏松氧化物的激光诱导氧化调控策略。结果表明:YG20硬质合金高温下的氧化产物主要是CoWO4和WO3;大气环境条件下,当激光光斑直径为0.5mm、扫描速度为0.5mm/s、频率小于33kHz、激光平均功率功率为5~6W时,材料发生氧化反应,生成结构疏松的氧化物;功率大于等于7W后,材料发生融化烧蚀;富氧条件下,功率大于等于6W后,材料即发生烧蚀,喷射氧气的氧化辅助作用不明显。  (3)对比分析了激光诱导氧化辅助微细铣削工艺与微细铣削工艺,研究了两种工艺在加工YG20微结构过程中铣削力、加工质量和微细刀具寿命。结果表明采用激光诱导氧化辅助微细铣削工艺,可大幅度降低铣削力、提高刀具寿命,相同铣削参数下,随着铣削长度的增加,激光诱导氧化辅助微细铣削加工表面的粗糙度值小于微细铣削,能得到更好的表面加工质量。
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