单晶硅超精密切削刀具磨损及其抑制方法的研究

发布时间：2019-09-03 15:21

【摘要】：作为一种硬脆性光学材料,单晶硅具有密度小,各向异性,热膨胀系数低,良好的自润滑性,低而稳定摩擦系数等一系列优点,在精密机械、反导系统、航天等领域得到了广泛应用。然而,由于单晶硅的硬度高、脆性大等特点,在加工过程中刀具产生崩刃、沟槽磨损等问题。单晶硅切屑具有较高的磨蚀性,在切削加工过程中会造成刀具剧烈磨损,直接影响刀具使用寿命。以上这些因素制约了其进一步的推广和应用。论文以单晶硅切削过程中刀具磨损机理为出发点,结合单晶硅车削加工试验,对比分析了传统固定式切削与摆动式切削刀具磨损形貌及磨损过程,研究这两种切削方式的磨损机理以及摆动式切削单晶硅过程中刀具磨损变慢的原因。首先,利用单晶金刚石车刀对单晶硅进行单因素变量超精密车削试验,对在超精密切削单晶硅时的切削力进行测量,验证切削速度、进给量,切削深度、刀具前角对切削力的影响进行分析。其次,采用传统切削试验对单晶硅进行超精密切削试验,对不同切削路程的刀具磨损形貌进行观测,检验单晶硅已加工表面质量。结合刀具磨损形貌、刀具材料性质等因素,分析单晶金刚石刀具磨损机理,利用理论预测模型得到单晶金刚石刀具磨钝失效所需的路程。同时验证刀具磨损对表面加工质量的影响。第三,针对传统固定式刀架切削点单一,加工能力有限的问题,设计一款能够降低圆弧金刚石刀具磨损速度的摆动式刀架。此种刀架通过全电控制,无需液压或气动等其它动力源,故控制精度较高。刀架的摆动角度从15°至-15°往复摆动。此种方法可使金刚石道具的圆弧型刃口得到充分利用,延长金刚石圆弧刀具的使用寿命。最后,利用单晶硅进行超精密匀速摆动式与固定式车削的对比试验。观察两种切削方式加工后金刚石刀具磨损演变过程,探寻两种切削条件下刀具磨损速度及磨损机理。在研究刀具磨损机理的基础上,通过单因素实验寻找出在摆动式切削条件下最佳切削参数。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN304.12

【参考文献】