[發明專利]基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法

在審

• 申請號: 202110675584.2
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113199137A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李灣;明興祖;徐海軍;賈松權;朱正塏;龍達地;朱俊華;明瑞
• 申請（專利權）人: 湖南汽車工程職業學院
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/0622;B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 厲田

1.基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，將Q_HJ模型、Q_D模型、Q_X模型、Q_A模型和Q_C模型的動態效應作用機理進行耦合形成Q_Z模型；其中，Q_HJ為材料變厚度變焦效應模型；Q_D為等離子體沖擊波效應模型；Q_X為材料動態吸收效應模型；Q_A為多脈沖能量串行耦合效應模型；Q_C為齒輪材料成分間互溫感應模型；Q_Z為多脈沖能量串行耦合效應模型；

步驟S2，在所述Q_Z模型中分別輸入激光參數，并獲得輸出的齒輪表面加工質量參數；

步驟S3，判斷所述齒輪表面加工質量參數是否符合預設標準；

步驟S4，若否，則調整所述激光參數，并執行所述步驟S2；

步驟S5，若是，則輸出所述激光參數。

2.根據權利要求1所述的基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，其特征在于，所述Q_HJ模型中，確定點接觸共軛齒面差曲面的銑削厚度H的公式如下：

H＝(r₂-r₁)n₁＝Δrn₁

其中，H為銑削厚度；r1為曲面∑1上的單位徑矢；n1為曲面∑1上的單位法矢；r2為曲面∑2上的單位徑矢；Δr為兩曲面間的單位徑失差。

3.根據權利要求1所述的基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，其特征在于，所述Q_D模型中，時間t內激光輻射到等離子體沖擊波中的總能量Q_D(t)由如下公式確定：

其中，為脈沖激光總能量；b為材料吸收系數；τ為激光脈寬；σ為與激光脈沖形狀有關的值；

等離子體絕熱膨脹的動力學方程如下：

其中，X₀、Y₀、Z₀分別表示等離子體膨脹結束時三個方向的邊緣坐標；X(t)、Y(t)、Z(t)分別表示等離子體膨脹坐標隨時間的變化函數；k為玻爾茲曼常數；m為粒子質量；T₀為初始等離子體溫度。

4.根據權利要求1所述的基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，其特征在于，所述Q_X模型中，激光輻照下齒輪材料吸收的激光能量密度為：

ΔE＝IQ_X(t)dt

齒面溫度隨時間的變化規律用下式表示：

T(0，t)＝Ct+[(Ct)²+Dt]^1/2

吸收率β隨時間t的變化關系可表示為：

β(t)＝A₀+A₁[Ct+(C²t²+Dt)^1/2]

其中，I為激光功率密度；A₀為室溫下材料對激光的吸收率；A₁為材料常系數；α為材料熱擴散系數；k為材料熱導率。

5.根據權利要求1所述的基于動態效應機理的精微加工曲面齒輪激光參數控制方法，其特征在于，所述Q_A模型中，確定激光入射到距齒面x處的激光能量密度的公式如下：

根據齒輪材料的能量累積系數s，第N個脈沖燒蝕時的燒蝕閾值F_th(N)與單脈沖的燒蝕閾值F_th(1)之間的關系用下式表示：

F_th(N)＝F_th(1)N^s-1

在材料內部距離齒面x處，建立第N個激光脈沖輻照后的能量密度累積效應基本模型Q_A用下式表示：

其中，I₀為入射到齒面的最大激光能量密度；β為材料吸收率。