激光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:jiaqishi
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由于硬质合金的优良性能,成为现代制造领域不可缺少的重要材料,被广泛应用于制造光学元件成型、金属拉伸等精密微模具,市场前景广阔。但硬质合金具有硬度高、耐磨性好、韧性差等特点,属于典型的极难加工材料,在微细铣削中存在切削力大、刀具磨损严重、表面质量差等问题。本文以硬质合金高温氧化机理和激光辐照温度场为理论基础,提出了激光氧化辅助微细铣削硬质合金的复合加工工艺,围绕硬质合金的高效率、高质量、长刀具寿命微细铣削加工开展基础试验研究,主要研究工作包括:  (1)在硬质合金氧化反应热力学分析的基础上,进行高温氧化试验,研究硬质合金高温氧化过程,分析了氧化后硬质合金的组织结构变化。高温下硬质合金表层发生剧烈氧化,形成疏松多孔的氧化层,硬度等机械性能大幅下降。  (2)建立激光辐照硬质合金的温度场仿真模型,修正了硬质合金的激光吸收率,分析了激光参数对温度场分布的影响。通过激光辐照硬质合金试验,发现激光辐照下硬质合金不仅会发生软化、熔化等物理变化,还会发生氧化反应的化学变化。当硬质合金的氧化现象占主导地位,也能在材料表层形成疏松氧化层,利用激光辐照可实现硬质合金局部范围可控地氧化。  (3)提出了激光氧化辅助微细铣削硬质合金的复合加工方法,利用激光辐照工件待加工区域诱导材料发生局部氧化,形成易加工氧化层,再微细铣削去除材料。进行硬质合金微细铣削试验,研究了硬质合金氧化前后微细铣削加工性能变化及其影响。发现激光氧化辅助微细铣削的复合加工工艺在不影响加工表面质量的前提下,不仅能大幅减小加工过程中的切削力,还能有效地降低刀具磨损。  (4)进行延性域微细铣削硬质合金试验,研究了延性切削表面形成机制和破坏机理。提出了硬质合金延性域微细铣削的参数选择策略。增大铣削参数,只要残留面积切厚小于临界切厚,脆性破坏缺陷在后续铣削中被切除,就能得到良好加工表面质量。对PCD微细铣刀的磨损性能进行了研究,刀具磨损对切削力、表面粗糙度以及加工槽底宽度均有不同程度的影响。
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