超精密加工數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超精密加工是先進(jìn)制造技術(shù)主要研究?jī)?nèi)容之一。本文基于細(xì)觀力學(xué)理論研究了介觀尺度下材料的尺度效應(yīng);應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)和有限元仿真技術(shù)研究了超精密加工過(guò)程;并對(duì)磨削加工表面進(jìn)行了測(cè)量和分析。
　　 分子動(dòng)力學(xué)是納米加工的重要研究手段。本文建立了納米尺度下金剛石刀具對(duì)單晶硅工件切削加工的分子動(dòng)力學(xué)仿真模型,對(duì)切削深度和刀具幾何角度改變時(shí)納米尺度下單晶硅切屑形成與加工表面生成機(jī)理進(jìn)行了仿真分析。
　　 材料本構(gòu)關(guān)系和最小切削厚度是超精

2、密加工的理論基礎(chǔ)。本文建立了考慮尺度效應(yīng)的介觀尺度材料本構(gòu)關(guān)系,并推導(dǎo)了最小切削厚度的解析式。據(jù)此,研究了超精密加工中材料應(yīng)力/應(yīng)變和最小切削厚度的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:建立的本構(gòu)關(guān)系能很好地反映材料性能的尺度效應(yīng);材料性能曲線的尺度效應(yīng)隨著切削深度的減小、前角增大和切削刃半徑的減小而增大;最小切削深度隨著摩擦系數(shù)的減小而增大,隨著刀尖半徑的減小而減小。
　　 運(yùn)用介觀尺寸材料本構(gòu)關(guān)系,本文建立了超精密加工過(guò)程有限元模型,并對(duì)

3、超精密加工過(guò)程進(jìn)行了仿真。研究結(jié)果表明:超精密加工過(guò)程中增加刀具后角,最大等效應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)位移有所下降;刀具切削刃半徑對(duì)加工表面質(zhì)量影響較大,加工表面質(zhì)量隨著圓角半徑的增大而降低;切削深度對(duì)加工表面質(zhì)量的影響不明顯;切削速度影響表面質(zhì)量和切削效率,速度太大或太小都會(huì)影響加工表面質(zhì)量;當(dāng)磨削速度增大時(shí),磨削力隨著降低,但是最大位移量卻隨之變大,加工表面質(zhì)量降低。
　　 本文利用粗糙度儀對(duì)超精密磨削加工表面進(jìn)行了測(cè)量,得到了表面輪廓的