激光加热辅助铣削高温合金温度控制及工艺参数优化研究

发布时间：2017-09-16 19:28

  本文关键词：激光加热辅助铣削高温合金温度控制及工艺参数优化研究

  更多相关文章： 高温合金 激光加热辅助铣削 温度场 有限元仿真 多目标优化

【摘要】：镍基高温合金GH4698在500°C~800°C范围内具有较好的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热腐蚀等综合性能,该合金广泛用于制造航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流片等重要零件。然而,镍基高温合金GH4698的导热系数小、摩擦系数大,加工时刀具磨损严重,切削力大,加工效率低。激光加热辅助切削(LAM)技术是解决难加工材料的一种有效方法,LAM技术是在工件材料被切除前,利用高能量的激光加热工件,使工件局部温度升高。材料的切削性能在高温下发生变化,可以减小刀具磨损,获得高质量的加工表面和增加材料去除率。本文采用LAM技术对镍基高温合金的铣削过程进行仿真与试验研究。论文的主要研究工作包括以下四个方面:根据传热学的相关理论,研究激光加热工件后材料的热传导和热辐射等问题,然后建立温度场数学预测模型,准确地计算和预测工件的温度场分布。根据激光加热区域温度场数学模型建立激光加热辅助铣削GH4698的有限元模型,然后对温度场进行了仿真和实验,并用红外测温仪测量实际铣削过程中工件温度,将试验结果与仿真结果进行分析,验证仿真模型的正确性。然后根据监测点温度与切削区域温度之间的差值来计算不同加工参数下的切削区域的温度场的分布。通过激光加热辅助铣削实验,研究微观组织形貌、表面粗糙度、刀具磨损和切削力的变化规律,得到工艺参数对加工性能和刀具磨损的影响规律。建立以铣削参数和激光参数为优化变量、以最小加工成本和最大效率为目标的多目标优化模型。利用遗传算法优化模型,得到加工成本最小和功率最大时的铣削参数和激光参数。
【关键词】：高温合金 激光加热辅助铣削 温度场 有限元仿真 多目标优化
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-12
• 1.1.1 高温合金简介10
• 1.1.2 GH4698高温合金10-11
• 1.1.3 高温合金的加工11-12
• 1.2 激光加热辅助铣削技术研究12-17
• 1.2.1 辅助加热的发展概况12-13
• 1.2.2 激光加热辅助切削的研究与发展13-14
• 1.2.3 国内外研究现状14-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 切削区域温度场有限元模型19-26
• 2.1 激光加热辅助铣削温度场的有限元模型19-20
• 2.1.1 模型的假设19
• 2.1.2 数学模型的建立19-20
• 2.2 模型的边界条件20-21
• 2.3 切削热对温度场的影响分析21-24
• 2.4 利用有限元的方法计算温度24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 激光加热辅助铣削温度场仿真与控制26-36
• 3.1 吸收率的标定26-28
• 3.2 温度场仿真预测及实验28-30
• 3.3 预热时间对温度场的影响30-32
• 3.4 高温合金的适宜切削温度32-33
• 3.5 切削区域的温度的控制33-34
• 3.6 本章小结34-36
• 第4章 激光加热辅助铣削实验研究36-54
• 4.1 激光加热辅助铣削GH4698实验36-38
• 4.1.1 实验系统36
• 4.1.2 实验刀具36-38
• 4.1.3 激光器38
• 4.2 切削参数对铣削力的影响规律38-43
• 4.2.1 铣削力单因素实验38-40
• 4.2.2 铣削力正交实验设计40-42
• 4.2.3 回归方程的显著性检验42-43
• 4.3 铣削加工表面粗糙度43-45
• 4.3.1 表面粗糙度形成机理43-44
• 4.3.2 激光加热辅助铣削的表面粗糙度44-45
• 4.4 铣削前后能谱分析和表面质量对比45-47
• 4.5 切屑形态对比47-49
• 4.6 刀具磨损49-52
• 4.6.1 刀具的能谱分析49-50
• 4.6.2 PVD与CVD刀具磨损对比50-52
• 4.7 本章小结52-54
• 第5章 激光加热辅助铣削工艺参数优化54-60
• 5.1 最低加工成本目标函数54-55
• 5.2 最大生产效率目标函数55
• 5.3 设计目标变量55
• 5.4 多目标优化函数55-56
• 5.5 边界约束条件56
• 5.6 遗传算法优化函数的特点56-58
• 5.6.1 遗传算法的优化流程57-58
• 5.7 工艺参数优化的结果58-60
• 5.8 本章小结60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读学位期间发表的学术论文65-66
• 致谢66

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