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碳化钨(WC)是一种用途广泛的金属基复合材料(MMC)材料,由于具有高硬度、高耐磨性、耐高温等优良特性,硬质合金在现代工具材料、耐磨材料和耐腐蚀材料中占有极其重要的地位,更是航空航天、光学及电子等领域中的热门材料。但是到目前为止,作为硬脆性材料的一种,用传统切削(CC)加工方法精密加工硬质合金仍然是一个严峻的挑战。本文结合课题组对硬脆材料的超声加工已有的研究,将超精密切削方法与特种加工理论相结合,提出了采用激光加热与二维超声振动复合的超精密车削方法,使用金刚石刀具(PCD),利用已有的超精密金刚石机床,实现WC(15%Co)的超精密加工。 本文以碳化钨合金的精密切削过程为主要研究对象,研究了复杂条件下切削力理论,给出振动频率和振幅对平均切削力影响的解析式;建立了激光加热与二维超声振动辅助复合切削模型;利用数值方法模拟了超声椭圆振动切削力特性、一个周期中变形区与切屑中应力变化规律,振动参数、切削参数、激光加热参数等加工工艺参数对切削力的影响变化规律,并对切削力理论分析进行验证;与普通切削和一维超声振动切削进行对比,揭示硬质合金在复杂加工条件下的材料去除机理,得出最优切削参数。 通过普通和复合条件下的切削碳化钨过程模拟发现,主切削力与进给抗力的峰值随着振动频率的增大而增大,但随着振幅、刀具前角及激光加热温度的增大而减小,而平均切削力都呈减小趋势,反转效果改善;与普通切削和一维超声振动切削对比,激光超声复合切削技术由于摩擦反转、间歇切削及材料软化等因素作用,切削WC时具有独特的切削力特性,且同等条件下,其平均切削力最小。