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Design and Implementation of a System for Laser Assisted Milling of Advanced Materials 被引量:2
1
作者 WU Xuefeng FENG Gaocheng LIU Xianli 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第5期921-929,共9页
Laser assisted machining is an effective method to machine advanced materials with the added benefits of longer tool life and increased material removal rates. While extensive studies have investigated the machining p... Laser assisted machining is an effective method to machine advanced materials with the added benefits of longer tool life and increased material removal rates. While extensive studies have investigated the machining properties for laser assisted milling(LAML), few attempts have been made to extend LAML to machining parts with complex geometric features. A methodology for continuous path machining for LAML is developed by integration of a rotary and movable table into an ordinary milling machine with a laser beam system. The machining strategy and processing path are investigated to determine alignment of the machining path with the laser spot. In order to keep the material removal temperatures above the softening temperature of silicon nitride, the transformation is coordinated and the temperature interpolated, establishing a transient thermal model. The temperatures of the laser center and cutting zone are also carefully controlled to achieve optimal machining results and avoid thermal damage. These experiments indicate that the system results in no surface damage as well as good surface roughness, validating the application of this machining strategy and thermal model in the development of a new LAML system for continuous path processing of silicon nitride. The proposed approach can be easily applied in LAML system to achieve continuous processing and improve efficiency in laser assisted machining. 展开更多
关键词 laser assisted milling laser assisted milling device silicon nitride ceramic finite element analysis heat transfer
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氮化硅陶瓷加热辅助铣削过程中边缘碎裂实验与仿真 被引量:6
2
作者 吴雪峰 苑忠亮 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 北大核心 2017年第5期1-6,12,共7页
边缘碎裂现象是陶瓷加工过程中常见的一种现象,是影响加工质量的主要因素之一。激光加热辅助切削技术通过提高切削区温度,改善局部材料的性能,可以降低切削力,减轻铣削加工过程中的边缘碎裂。采用理论与实验分析及仿真模拟的手段研究了... 边缘碎裂现象是陶瓷加工过程中常见的一种现象,是影响加工质量的主要因素之一。激光加热辅助切削技术通过提高切削区温度,改善局部材料的性能,可以降低切削力,减轻铣削加工过程中的边缘碎裂。采用理论与实验分析及仿真模拟的手段研究了激光加热辅助铣削氮化硅陶瓷过程中的边缘碎裂现象,出口边缘碎裂由于刀具离开工件时缺乏支撑,是主要的碎裂形式。仿真模拟扩展采用扩展有限元方法,模拟了材料出口边缘裂纹形成、扩展及碎裂的过程。理论分析、试验结果与仿真结果表明切削区温度是影响边缘碎裂的主要因素。当切削区温度超过氮化硅陶瓷的软化温度后,工件的加载应力与边缘韧性都随温度升高而发生变化,导致边缘碎裂随温度升高而降低。 展开更多
关键词 氮化硅陶瓷 激光加热辅助铣削 边缘碎裂 扩展有限元法
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激光加热辅助铣削氮化硅陶瓷试验研究
3
作者 吴雪峰 王扬 《工具技术》 2012年第5期20-24,共5页
激光加热辅助切削是加工工程陶瓷材料的一种有效方法,关于辅助车削的研究较多,而激光加热辅助铣削的研究较少。本文搭建了激光加热辅助铣削试验系统,对氮化硅陶瓷进行了加工试验研究。随着激光能量升高,切削力降低,刀具磨损减少,切屑尺... 激光加热辅助切削是加工工程陶瓷材料的一种有效方法,关于辅助车削的研究较多,而激光加热辅助铣削的研究较少。本文搭建了激光加热辅助铣削试验系统,对氮化硅陶瓷进行了加工试验研究。随着激光能量升高,切削力降低,刀具磨损减少,切屑尺寸增加。工件表面粗糙度、表面形貌、表面组织与表面硬度的测量结果表明加工质量好、激光对工件不造成损伤。此外,研究了加工过程中产生的边缘碎裂现象,分析了工艺参数对碎裂宽度的影响规律。 展开更多
关键词 激光加热辅助切削 激光加热辅助铣削 陶瓷加工 氮化硅陶瓷
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Ti-6Al-4V合金激光辅助铣削的刀具磨损特性 被引量:7
4
作者 高延峰 肖建华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第21期2877-2883,共7页
对激光辅助铣削钛合金Ti-6Al-4V进行了实验研究,分析了切削力、切屑形貌和刀具的磨损特性。结果表明,与普通铣削相比,激光辅助铣削条件下,刀具切向的切削力明显减小,刀具径向的切削力略有增大;随着激光功率的增大,钛合金切屑呈现出从锯... 对激光辅助铣削钛合金Ti-6Al-4V进行了实验研究,分析了切削力、切屑形貌和刀具的磨损特性。结果表明,与普通铣削相比,激光辅助铣削条件下,刀具切向的切削力明显减小,刀具径向的切削力略有增大;随着激光功率的增大,钛合金切屑呈现出从锯齿形向连续形过渡的特征,不再具有明显的绝热剪切带;与普通铣削时刀具崩刃的损伤不同,激光辅助铣削时刀具的磨损主要表现为后刀面磨损;激光辅助铣削可以减小后刀面的最大磨损量,但并不能改善后刀面平均磨损量。激光辅助铣削时,刀具寿命得到了延长,当后刀面的平均磨损量在0.15~0.20mm之间时,可以降低刀具的磨损速度,从而延长刀具的使用寿命,但激光辅助铣削并不能降低刀具的初期磨损速度。 展开更多
关键词 钛合金 激光辅助铣削 加工 刀具磨损
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激光辅助铣削过程的预热温度场调控方法研究
5
作者 刘鑫 张俊 +2 位作者 徐斌斌 刘弘光 赵万华 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期218-228,共11页
激光辅助加工(Laser-assisted machining, LAM)通过激光热源对工件待切削区域进行预热,提高难加工材料可加工性,从而在减小切削力的同时提高加工效率。其中,激光加载下的预热温度场控制是LAM的核心科学问题之一。通过对实际激光器输出... 激光辅助加工(Laser-assisted machining, LAM)通过激光热源对工件待切削区域进行预热,提高难加工材料可加工性,从而在减小切削力的同时提高加工效率。其中,激光加载下的预热温度场控制是LAM的核心科学问题之一。通过对实际激光器输出光束质量的定量与定式表征,构建移动激光热源加载下的温度场解析求解式,并以激光辅助面铣下切削区域温度场均布为目标,提出激光扫描预热温度场均衡控制方法。依据激光扫描预热方法,搭建温度场测试实验台,通过表面与内部测温验证激光预热温度场求解的准确性。进而开展预热温度场优化前后的激光辅助铣削加工与传统铣削加工,对比三种工况下的铣削力特征与已加工表面粗糙度,结果表明温度场均衡控制下可有效降低铣削力10%以上,降低表面粗糙度30%,且能进一步提升已加工表面质量。综上所述,提出的激光预热温度场正向调控方法可有效调控激光热影响区温度,并为激光参数主动设计提供理论指导,在难加工材料的激光辅助加工中有广阔应用前景。 展开更多
关键词 激光辅助铣削 温度场 参数优化 铣削力 表面粗糙度
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SiC_(f)/SiC复合材料激光烧蚀辅助铣削材料去除机理与加工表面质量评价
6
作者 李晗 章程 +2 位作者 陈杰 安庆龙 陈明 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期206-217,共12页
现代航空部件对材料的耐高温性、高强度和轻量化提出了更高要求。SiC_(f)/SiC复合材料具有优异的综合性能,但其高脆性和各向异性使其高性能制造面临挑战。通过激光烧蚀预实验,掌握了Si C_(f)/Si C复合材料激光烧蚀产物的物相组成和烧蚀... 现代航空部件对材料的耐高温性、高强度和轻量化提出了更高要求。SiC_(f)/SiC复合材料具有优异的综合性能,但其高脆性和各向异性使其高性能制造面临挑战。通过激光烧蚀预实验,掌握了Si C_(f)/Si C复合材料激光烧蚀产物的物相组成和烧蚀机理,探究了激光参数对烧蚀性质的影响规律。通过常规铣削和激光烧蚀辅助铣削的对比实验,分析了常规铣削、部分烧蚀-铣削和完全烧蚀-铣削三种不同加工策略的材料去除机理,探究了烧蚀层占比对加工表面质量的影响规律。研究表明:激光烧蚀产物主要由3C-SiC和非晶态SiO_(2)组成。常规铣削加工中,纤维发生宏观脆性断裂,已加工表面存在多处裂纹、凹坑等加工缺陷。部分烧蚀-铣削中,纤维断裂以微观脆性断裂为主,少部分位置发生了纤维拔出和宏观脆性断裂。完全烧蚀-铣削加工中,纤维发生了微观脆性断裂,基体发生鳞状破碎。激光烧蚀辅助铣削加工质量优于常规铣削,部分烧蚀-铣削和完全烧蚀-铣削的表面粗糙度基本相同。低烧蚀层占比和高烧蚀层占比下进行铣削加工切削力差距较小。低烧蚀层占比的铣削加工中,纤维以微观-宏观脆性断裂为主;高烧蚀层占比的铣削加工中,大部分纤维发生了微观脆性断裂。综上所述,部分烧蚀-铣削和低烧蚀层占比是较优的加工方案。 展开更多
关键词 SiC_(f)/SiC复合材料 激光辅助铣削 材料去除机理 加工质量
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激光辅助铣削AerMet100超高强度钢薄壁件变形与表面粗糙度研究
7
作者 孔宪俊 王振财 +2 位作者 锁聪 刘明刚 彭效海 《工具技术》 北大核心 2024年第9期46-51,共6页
采用激光参数优化实验对AerMet100超高强度钢的激光辅助铣削进行激光参数优化,并进行激光辅助铣削AerMet100超高强度钢的温度单因素实验和正交试验,分析了适合AerMet100超高强度钢加工温度场及各铣削参数对薄壁工件变形、表面粗糙度的影... 采用激光参数优化实验对AerMet100超高强度钢的激光辅助铣削进行激光参数优化,并进行激光辅助铣削AerMet100超高强度钢的温度单因素实验和正交试验,分析了适合AerMet100超高强度钢加工温度场及各铣削参数对薄壁工件变形、表面粗糙度的影响,采用极差分析的方法得到影响工件变形和表面粗糙度的铣削参量排序。从工件变形量和表面粗糙度两个方向进行参数优化,为激光辅助铣削Aermet100超高强度钢提供了指导。 展开更多
关键词 超高强度钢 激光辅助铣削 薄壁工件 变形 表面粗糙度
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复合材料的激光辅助切削加工研究
8
作者 王维泽 郝秀清 +1 位作者 周金堂 魏成峰 《工具技术》 北大核心 2024年第7期46-53,共8页
玻璃纤维增强复合材料(GFRP)与碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空航天、汽车制造以及军事装备等领域有着广泛应用。考虑到传统铣削工艺与激光工艺在加工复合材料时均存在一定缺陷,利用激光—微细铣削工艺,针对热固性GFRP与CFRP材料,测量... 玻璃纤维增强复合材料(GFRP)与碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空航天、汽车制造以及军事装备等领域有着广泛应用。考虑到传统铣削工艺与激光工艺在加工复合材料时均存在一定缺陷,利用激光—微细铣削工艺,针对热固性GFRP与CFRP材料,测量激光辅助微细铣削加工中GFRP与CFRP热影响区的形貌与尺寸,探究激光加工对不同区域基体的影响,分析加工过程与加工可行性。试验表明:GFRP与CFRP材料在激光加工中存在明显的、呈倒三角状的气化区与热影响区;在激光辅助微细铣削加工过程中,材料呈块状脱落,产生较少粉尘,均为脆性剥离;因热影响区的影响,在激光辅助微细铣削加工GFRP与CFRP时,刀具直径应大于热影响区宽度,以便在减少切屑粉末的同时降低刀具的磨损,从而降低材料的加工难度。 展开更多
关键词 激光辅助微细铣削 GFRP CFRP 表面质量 刀具磨损
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基于激光加热辅助铣削的GA-BP神经网络刀具寿命预测 被引量:2
9
作者 吴雪峰 陈建锋 +1 位作者 尹雪峰 尹海亮 《工具技术》 2018年第7期57-61,共5页
激光加热辅助铣削是通过激光束对待加工工件进行预热,并借助传统切削技术进行加工的一种新型加工技术,能够改善其加工性能。研究激光加热辅助铣削高温合金的关键技术,采用激光加热对高速铣削镍基合金Inconel 718过程中硬质合金涂层刀具... 激光加热辅助铣削是通过激光束对待加工工件进行预热,并借助传统切削技术进行加工的一种新型加工技术,能够改善其加工性能。研究激光加热辅助铣削高温合金的关键技术,采用激光加热对高速铣削镍基合金Inconel 718过程中硬质合金涂层刀具磨损进行分析,通过GA-BP神经网络对激光加热辅助铣削预测高温合金刀具寿命,得到了较理想的刀具寿命预测模型。 展开更多
关键词 激光加热辅助铣削 镍基高温合金 刀具磨损 GA-BP神经网络 寿命预测
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248nm准分子激光辅助微铣削加工有机玻璃表面微通道实验研究
10
作者 何凤玺 陈涛 《电加工与模具》 2018年第2期42-46,50,共6页
采用248 nm的Kr F准分子激光器对有机玻璃PMMA进行表面微通道的辅助微铣削实验。利用自行研制的实验装置,通过分析铣削过程,研究了激光工艺参数及微铣削工艺参数对铣削微通道底面质量的影响。以微通道沟槽表面粗糙度为质量指标,设计了... 采用248 nm的Kr F准分子激光器对有机玻璃PMMA进行表面微通道的辅助微铣削实验。利用自行研制的实验装置,通过分析铣削过程,研究了激光工艺参数及微铣削工艺参数对铣削微通道底面质量的影响。以微通道沟槽表面粗糙度为质量指标,设计了正交试验方案,用极差和方差分析法比较了各工艺参数对微通道底面粗糙度的影响规律,得到了最优工艺参数组合。结果表明:铣削参数对微通道底面粗糙度的影响明显强于激光参数;基于优化的工艺参数组合加工的有机玻璃微通道底面粗糙度可达Ra50 nm左右,且边缘整洁、通道宽度均匀。 展开更多
关键词 准分子激光 激光辅助微铣削 正交试验 工艺参数
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PECM使整体叶盘加工进入快车道 被引量:1
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作者 吴雪峰 赵博文 冯高诚 《工具技术》 北大核心 2016年第4期I0012-I0012,共1页
在飞机制造中,整体叶盘(轮盘)的使用率正在大量增加。现在大型发动机都配备有多个高压压缩机,这些压缩机通常由一个整体的高性能特殊合金材料加工而成,因此,这些材料的加工效率正在成为项目规划的焦点。最近,德国Fraunhofer生产技术... 在飞机制造中,整体叶盘(轮盘)的使用率正在大量增加。现在大型发动机都配备有多个高压压缩机,这些压缩机通常由一个整体的高性能特殊合金材料加工而成,因此,这些材料的加工效率正在成为项目规划的焦点。最近,德国Fraunhofer生产技术研究所(IPT)以及在RWTH Aachen的机床和生产工程(WZL)实验室(德国)的一项研究表明,EMAG的精密电化学加工(PECM)可大幅削减用户成本。 展开更多
关键词 材料加工 整体叶盘 PECM 快车道 高压压缩机 大型发动机 电化学加工 飞机制造
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