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激光辅助加工中旋转圆柱形工件的预热与热行为

DOI：10.1177/0954405419863597 期刊：Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 激光辅助加工是一种通过预热工件来降低切削力、提升金属加工可制造性，从而提高制造质量和生产效率的常用技术。当前设置激光辅助加工参数主要依赖试错法，其不确定性可能导致产品制造出现不良后果，抵消该加工方法的潜在优势。要建立确定所需预热水平及优化激光辅助加工切削变量的系统依据，关键在于深入理解激光光斑加热下工件的热行为。但受仪器限制及适用非侵入式测量方法的实际可行性制约，实验方法在此方面往往不切实际甚至繁琐。相比之下，数值方法能提供精确、灵活且经济高效的解析方案，有助于深入认识激光预热对旋转工件产生的瞬态热影响。 本文基于有限体积法的数值模拟研究，分析激光光斑预热对旋转圆柱表面造成的热响应。在ANSYS Fluent求解器中建立旋转坐标系下的数值模型，综合考虑圆柱体的瞬态热传导以及圆柱表面的对流与辐射复合散热。通过全面验证确认该模型具有高预测精度，适用于文献报道的激光辅助加工工况条件。大量参数分析清晰揭示了激光光斑预热引发工件内部热渗透的动态过程，这有助于合理权衡激光预热强度与其他加工变量，从而在后续加工前实现工件表面所需的材料软化深度。 基于生成的数据，采用结合Levenberg-Marquardt算法的神经网络原理，开发出更简易实用且经济高效的激光辅助加工预热参数预测工具。该预测工具经训练验证后，可作为多种工况条件下激光辅助加工的实用预热指南。
作者： Nima Nadim，Ouf A Shams，Tilak T Chandratilleke，Alokesh Pramanik
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究激光辅助加工中旋转圆柱形工件的热行为，以降低切削力并提高可加工性。

研究成果

该研究成功建立了一个经过验证的数值模型，用于预测激光预热旋转圆柱体在激光增材制造过程中的热行为。该模型揭示了热渗透和材料软化的机理，有助于优化加工参数?；谌斯ど窬绲脑げ夤ぞ呶と炔僮魈峁┝耸涤弥傅?，但其更广泛的适用性仍需进一步开发。

研究不足

该研究承认旋转工件数值模拟的复杂性和挑战性，包括需要高网格分辨率以及对时间和空间梯度的敏感性。验证仅限于特定实验条件，人工神经网络预测器的实际应用还需进一步完善。

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