【摘 要】
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本课题以典型的非金属硬脆材料石英玻璃和典型的金属硬脆材料硬质合金YG20为研究对象。石英玻璃常用作精密的光学元件,硬质合金YG20常用作模具的基体,它们的应用对表面质量的要求都极其严苛,但因为材料的硬脆性,传统的机械加工会造成表面质量较差,刀具磨损严重等现象。激光热辅助磨削技术作为一种先进的复合加工技术,是一种可行的有效加工硬脆材料的方法。本文采用理论、仿真、实验相结合的研究方法,首先对磨削的有关
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本课题以典型的非金属硬脆材料石英玻璃和典型的金属硬脆材料硬质合金YG20为研究对象。石英玻璃常用作精密的光学元件,硬质合金YG20常用作模具的基体,它们的应用对表面质量的要求都极其严苛,但因为材料的硬脆性,传统的机械加工会造成表面质量较差,刀具磨损严重等现象。激光热辅助磨削技术作为一种先进的复合加工技术,是一种可行的有效加工硬脆材料的方法。本文采用理论、仿真、实验相结合的研究方法,首先对磨削的有关机理进行了系统研究,然后研究了在激光扫描作用下材料表面的温度分布状况,最后根据激光热辅助磨削原理和现有的实验条件,分别对石英玻璃和硬质合金YG20开展了激光热辅助磨削实验。对石英玻璃激光热辅助磨削后的表面粗糙度、表面形貌和刀具磨损情况进行了系统研究;对硬质合金YG20激光热辅助磨削后的表面粗糙度、表面形貌和表面显微硬度情况进行了观测。本论文的主要研究内容如下:（1）对硬脆材料的去除模型进行了阐述,并对未变形切屑厚度、表面粗糙度和亚表面裂纹深度进行了理论研究和公式推导。（2）研究了激光与材料相互作用下的热效应,建立了石英玻璃表面在激光扫描作用下温度分布的数学热模型,并通过ANSYS有限元分析研究了石英玻璃在激光作用下的热效应,比较激光扫描速度、激光功率和激光光斑半径对温度分布的影响,然后通过进一步的测温实验去验证数学热模型和仿真结果的正确性。（3）针对石英玻璃,设计了四因素三水平的正交实验以及对应着的对比实验,还做了有关砂轮磨损的实验研究。研究发现激光热辅助磨削可以改善石英玻璃的表面质量,实现石英玻璃的塑性域磨削,减轻砂轮磨损。（4）针对硬质合金YG20,设计了测温实验和磨削单因素参数确定实验方案,并进行了激光热辅助磨削后硬质合金YG20表面显微硬度的检测。结果表明相比传统磨削加工,激光热辅助磨削硬质合金YG20的表面质量有所改善,但没有实现硬质合金YG20完全的塑性域磨削。另外,激光热辅助磨削硬质合金YG20材料不会产生明显的加工硬化而改变材料的性能。
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