热辅助条件下微织构刀具铣削力预测方法研究

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作者 佟欣 王佰艺 +1 位作者 李鑫宇 杨树财 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第3期274-287,共14页

刀具表面织构化处理能够显著改善刀具的切削性能。但激光加工有着急速升温与骤冷的加工特点,这会导致重熔层堆叠和微裂纹等问题。针对上述问题,引入热辅助激光加工技术。由于钛合金是难加工材料,因此铣削过程中刀具承受较大的铣削力,这... 刀具表面织构化处理能够显著改善刀具的切削性能。但激光加工有着急速升温与骤冷的加工特点,这会导致重熔层堆叠和微裂纹等问题。针对上述问题,引入热辅助激光加工技术。由于钛合金是难加工材料,因此铣削过程中刀具承受较大的铣削力,这会导致机械系统的动态响应及振动,进而影响刀具寿命和加工表面质量。因此,准确预测铣削力可以及时调整切削参数,在保证加工质量的同时,使铣削力处于合理范围,从而提高加工效率、降低刀具磨损。综上,以硬质合金球头铣刀为研究对象,将热辅助工艺与激光加工技术相结合,搭建铣削试验平台,提出一种基于蜣螂算法(DBO)优化变分模态分解(VMD)参数,并结合小波包阈值降噪(WPT)的方法来对原始信号进行降噪处理;使用希尔伯特-黄变换(HHT)进行时频分析,探讨不同热辅助温度下的刀具铣削性能变化规律。在此基础上,结合贝叶斯优化(BO)、卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆网络(BiLSTM)以及多头注意力机制(Multihead-Attention),建立回归分析模型用于实时监测和预测铣削力;通过验证,该模型在训练集上的R^(2)值达到了0.9967,而在测试集上R^(2)值达到了0.99194,证明了该模型的准确性。为微织构制备过程中的缺陷修复提出了一种新方法,同时为钛合金铣削加工中的铣削力预测提供了一种有效的方法。 展开更多

关键词 微织构刀具 钛合金 热辅助激光加工 铣削力 BO-CNN-BiLSTM-Multihead-Attention预测模型

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激光加热辅助铣削钛铝合金试验研究

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作者 王明海 张言可 +2 位作者 孔宪俊 宋一平 李雅楠 《工具技术》 北大核心 2025年第2期36-41,共6页

激光辅助铣削技术是加工难加工材料的一种有效方法,利用高能激光束照射待加工区域可以提高材料温度,使材料软化以改善其铣削性能。本文通过开展钛铝合金材料的激光辅助铣削加工试验,研究激光引起的温度变化以及铣削参数对加工中切削力... 激光辅助铣削技术是加工难加工材料的一种有效方法,利用高能激光束照射待加工区域可以提高材料温度,使材料软化以改善其铣削性能。本文通过开展钛铝合金材料的激光辅助铣削加工试验,研究激光引起的温度变化以及铣削参数对加工中切削力、切屑状态、加工表面质量、刀具磨损的影响。结果表明,当激光加热区域至650℃时,工件材料得到充分软化且不对材料产生烧蚀破坏,并在n=1600 r/min,v_(f)=80 mm/min,a_(p)=0.5 mm的加工条件下进行激光辅助铣削实现塑性加工:此时切削力比常规加工中的低;切屑形成过程中发生塑性流动,产生连续型切屑;此高温下对刀具影响较小,能够有效降低刀具磨损,同时也可以降低已加工表面粗糙度。 展开更多

关键词 激光加热辅助铣削 钛铝合金 切削力 切屑 表面粗糙度 刀具磨损

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复合材料的激光辅助切削加工研究

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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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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

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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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激光辅助加工技术现状及其进展 被引量：6

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作者 谢小柱 刘继常 +2 位作者 张屹 鄢锉 方石银 《现代制造工程》 CSCD 2005年第2期146-148,共3页

激光辅助加工是激光加工技术同其他加工技术相互协同的一种复合加工技术。介绍激光辅助加工技术国内外研 究现状、应用情况及一些需要解决的问题。

关键词 激光辅助加工(lam) 激光加工(LM) 预先加热

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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

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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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工程陶瓷的激光加热辅助切削技术 被引量：7

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作者 田欣利 李富强 +1 位作者 张保国 王健全 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2012年第8期5-11,共7页

激光加热辅助切削工程陶瓷技术即使用激光作为外加热源先于刀具加热软化陶瓷工件,然后再使用刀具将软化的材料去除。较高的剪切变形区温度降低了陶瓷材料的屈服应力和硬度,陶瓷变形特征从脆性转变为塑性或者准塑性,从而提高切削效率,延... 激光加热辅助切削工程陶瓷技术即使用激光作为外加热源先于刀具加热软化陶瓷工件,然后再使用刀具将软化的材料去除。较高的剪切变形区温度降低了陶瓷材料的屈服应力和硬度,陶瓷变形特征从脆性转变为塑性或者准塑性,从而提高切削效率,延长刀具使用寿命,有望解决陶瓷加工中的低效率和高成本现状。从激光加热辅助切削工程陶瓷研究进展、激光束的整合,以及切削机理等方面,对激光加热辅助加工工程陶瓷做了较为全面的论述。 展开更多

关键词 激光加热辅助切削 工程陶瓷 材料去除机理

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激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究 被引量：2

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作者 苏永生 李亮 钟相强 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期321-327,共7页

目的针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率,推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法在传统铣削和超声振动辅助铣削下,采用聚晶金刚石... 目的针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率,推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法在传统铣削和超声振动辅助铣削下,采用聚晶金刚石刀具开展激光选区熔化钛合金铣削试验研究,分析不同条件下的表面硬度、切削力、表面形貌、表面粗糙度和切屑黏结的差异性。结果激光选区熔化钛合金硬度单次测量及其平均值均高于传统钛合金。常规干铣削激光选区熔化钛合金时,切削力随着转速的增大而呈现下降趋势,随着进给速度和切削深度的增加表现出逐渐增大的趋势。在传统铣削下,传统钛合金表面形貌存在明显的刀具划痕,而超声振动铣削时,激光选区熔化钛合金表面形貌总体表现出更加的光滑和平整。激光选区熔化钛合金在常规铣削和超声辅助铣削过程中,刀具前后刀面都出现了严重的钛合金切屑黏结现象。结论激光选区熔化钛合金常规干铣削时,增大转速或降低进给速度和切削深度能够降低切削力。在相同切削参数下,激光选区熔化钛合金超声铣削质量优于传统钛合金常规铣削表面质量。激光选区熔化钛合金表面质量改善的作用机理主要归因于激光选区熔化钛合金的金相组织特性及超声振动时断续切削特性的综合效应。相对于传统铣削方式,超声振动辅助铣削对改善激光选区熔化钛合金加工过程中的刀具抗黏结性效果有限。 展开更多

关键词 激光选区熔化钛合金 聚晶金刚石刀具 超声辅助 表面质量 切屑黏结

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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：3

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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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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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激光加热辅助铣削氮化硅陶瓷试验研究

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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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基于田口方法的Al_(2)O_(3)陶瓷激光辅助车削实验研究 被引量：1

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作者 韩新港 张海云 +5 位作者 林伟盛 赵玉刚 蒲业壮 孟建兵 曹辰 苗旭 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2022年第10期8-13,共6页

为研究激光加工参数对Al_(2)O_(3)陶瓷材料加工表面质量的影响,采用光纤激光器和CBN刀具对尺寸为Φ10 mm×100 mm的Al_(2)O_(3)工件进行了激光辅助车削(Laser-Assisted Machining,LAM)实验。设计4因素4水平正交实验,采用田口方法,... 为研究激光加工参数对Al_(2)O_(3)陶瓷材料加工表面质量的影响,采用光纤激光器和CBN刀具对尺寸为Φ10 mm×100 mm的Al_(2)O_(3)工件进行了激光辅助车削(Laser-Assisted Machining,LAM)实验。设计4因素4水平正交实验,采用田口方法,以寻求最小表面粗糙度为指标,研究了激光功率P、主轴转速S、进给速度f和背吃刀量a_(p)对表面粗糙度和刀具磨损的影响规律。经方差分析(Analysis Of Variance,ANOVA)及各因素主效应分析,各加工参数对表面粗糙度和刀具磨损影响因素大小排序依次为:激光功率>背吃刀量>进给速度>主轴转速。选取背吃刀量为0.15~0.3 mm,进给速度为3~9 mm/min,主轴转速为350~950 r/min,激光功率为60~165 W范围内,以表面粗糙度最小为指标,得到最佳加工参数组合:背吃刀量为0.15 mm,进给速度为3 mm/min,主轴转速为550 r/min,激光功率为165 W;以刀具磨损程度最小为指标,得到最佳加工参数组合:背吃刀量为0.15 mm,进给速度为9 mm/min,主轴转速为350 r/min,激光功率为165 W。实验结果表明,在合适的加工参数范围内,增加激光功率,降低背吃刀量,可使Al_(2)O_(3)工件表面粗糙度明显减小,最佳参数组合下表面粗糙度Ra=0.795μm;增加激光功率,降低主轴转速和背吃刀量,刀具磨损程度显著下降,最佳参数组合下刀具磨损值VB=58.5μm。 展开更多

关键词 激光辅助车削 陶瓷加工 氧化铝陶瓷 田口方法 工艺参数 表面粗糙度 刀具磨损

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激光辅助水射流微铣削单晶β-Ga_(2)O_(3)衬底的实验研究 被引量：3

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作者 田龙 黄传真 +3 位作者 刘盾 姚鹏 刘含莲 刘雪飞 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期1559-1567,共9页

氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))是一种新型高性能半导体材料,由于其易解理、高脆性、导热性差和各向异性等特点,在传统的精密加工和激光加工过程中易产生微裂纹,这极大地制约了氧化镓单晶的应用。激光辅助水射流加工集成了激光加工效率高、精... 氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))是一种新型高性能半导体材料,由于其易解理、高脆性、导热性差和各向异性等特点,在传统的精密加工和激光加工过程中易产生微裂纹,这极大地制约了氧化镓单晶的应用。激光辅助水射流加工集成了激光加工效率高、精度高以及水射流加工不产生热损伤的优势,能实现硬脆材料的近无热损伤加工,在半导体晶圆加工领域具有良好的应用前景。对激光辅助水射流微铣削单晶β-Ga_(2)O_(3)衬底进行了全因素实验研究,结果表明,工艺参数对微槽深度和微槽底部表面粗糙度具有显著影响,通过工艺参数优化,激光辅助水射流加工能获得低表面损伤、底部平整且表面粗糙度低(Ra<1μm)的微槽。 展开更多

关键词 氧化镓衬底 激光辅助水射流 微铣削 表面粗糙度

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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

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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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