超精密加工數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、超精密加工是先進制造技術(shù)主要研究內(nèi)容之一。本文基于細觀力學理論研究了介觀尺度下材料的尺度效應(yīng);應(yīng)用分子動力學和有限元仿真技術(shù)研究了超精密加工過程;并對磨削加工表面進行了測量和分析。
　　 分子動力學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單晶硅工件切削加工的分子動力學仿真模型,對切削深度和刀具幾何角度改變時納米尺度下單晶硅切屑形成與加工表面生成機理進行了仿真分析。
　　 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。
　　 運用介觀尺寸材料本構(gòu)關(guān)系,本文建立了超精密加工過程有限元模型,并對

3、超精密加工過程進行了仿真。研究結(jié)果表明:超精密加工過程中增加刀具后角,最大等效應(yīng)力和節(jié)點位移有所下降;刀具切削刃半徑對加工表面質(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影響加工表面質(zhì)量;當磨削速度增大時,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超精密磨削加工表面進行了測量,得到了表面輪廓的