反应烧结碳化硅振动辅助切削加工工艺研究
发布时间：2020-08-18 20:06
【摘要】：反应烧结碳化硅(Reaction Bonded Silicon carbide,RB-SiC)具有高硬度、低密度、低热膨胀系数、高导热系数、低光散射率、高电磁反射率、高抗化学腐蚀性、良好的光学加工特性等优异的物理、化学、热、机械特性,是新一代大型空间反射镜结构基体的首选材料。其中,加工表面质量如面形精度、粗糙度等是影响碳化硅反射镜使用性能的一个关键因素。然而,RB-SiC极低的加工性能制约着其高精度加工。振动辅助金刚石切削加工技术已被证实为获得脆性材料镜面光洁度的一种高效高精度超精密加工手段。然而,当前国内外没有对RB-SiC振动辅助切削加工研究的报道。为了使用振动辅助切削加工技术获得RB-SiC的高精度加工表面,本文开展了如下研究内容:建立了RB-SiC椭圆振动辅助正交切削加工的有限元仿真。首先建立起RB-SiC的振动辅助切削的有限元模型,其次对硅的本构模型和RB-SiC的振动辅助切削加工模型进行了实验验证,为开展RB-SiC振动辅助切削加工机理的有限元仿真研究奠定技术基础。建立了椭圆振动切削加工中RB-SiC的脆塑转变评价判据。基于比切削能建立了综合考虑二维刀具振动和两相材料组成的RB-SiC脆塑转变判据,利用仿真和实验研究了RB-SiC的脆塑转变机理和材料去除机理,并且从实验和仿真角度研究了振动辅助对RB-SiC切削加工的影响机制。系统地开展了工艺参数对RB-SiC振动辅助切削加工影响规律的有限元仿真研究,并进行了实验验证。利用RB-SiC振动辅助切削模型,重点研究了切削深度、切削速度、刀具刃口半径、刀具前角、刀具振幅和频率对RB-SiC加工表面质量和切削力的影响规律,并且对振幅和频率的影响进行了实验验证。最终得到了RB-SiC振动辅助切削加工的较优的加工参数,表面粗糙度Ra值达到10nm。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN305;TQ163.4
【图文】：
第 1 章 绪 论1.1 课题的来源及研究背景和意义本课题来源于哈尔滨工业大学青年拔尖人才选聘计划。美国、法国、德国、英国等国家很早就开始研究空间遥感技术，空间遥感技术离不开一系列光学系统以及构成光学系统的反射镜（见图 1-1）。反射镜在民用和国防领域同样应用广泛，如汽车定位、成像、跟踪等。1980 年开始，从事太空探索仪器和新材料研究的学者注意到碳化硅（Silicon carbidSiC）陶瓷及其复合材料在制造反射镜中有着不可比拟的优势。SiC 是一种超硬的非氧化物陶瓷，由于其具有化学性质稳定、热稳定性高、比刚度较大、热变形系数小等优异特性，越来越多地用于天文学或地球的太空望远镜观察它的可行性已在各种著名项目中得到证实，如 HERSCHEL，SPICA 和 GAI太空望远镜均广泛采用 SiC 材料进行制备[1-3]。
学、热力学和摩擦学在内的多场耦合的动态非线性过程，加之特的性能，采用实验手段难以研究其切削加工过程和机理。很经广泛采有限元仿真的数值方法来研究加工过程，但是关于C 过程有限元仿真的研究很少。上，本文利用有限元仿真和实验的方法对反应烧结碳化硅椭圆去除机理和加工工艺的研究具有重要意义。内外研究现状及分析碳化硅材料加工技术研究现状前加工碳化硅材料最常用的方法是金刚石砂轮磨削。中国科学的董志超等人在塑性模式下对 RB-SiC 进行磨削实验，得到的少表面完整性较好，此外研究了磨削加工参数对延性模式研磨通过优化的 RB-SiC 磨削参数，在延性模式下研磨得到高度镜糙度约为 2.2nm-2.8nm）[11]，如图 1-2 所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文学者 Cao 等人将超声振动辅助磨削技术运用到碳化硅的加控平面磨床连接到自行设计的超声波单元实现超声振动，化硅的材料变形和断裂行为，与普通切削相比材料的脆塑6.25%，而且有效降低了磨削力[12]。日本W翊笱
本文编号：2796660
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN305;TQ163.4
【图文】：
第 1 章 绪 论1.1 课题的来源及研究背景和意义本课题来源于哈尔滨工业大学青年拔尖人才选聘计划。美国、法国、德国、英国等国家很早就开始研究空间遥感技术，空间遥感技术离不开一系列光学系统以及构成光学系统的反射镜（见图 1-1）。反射镜在民用和国防领域同样应用广泛，如汽车定位、成像、跟踪等。1980 年开始，从事太空探索仪器和新材料研究的学者注意到碳化硅（Silicon carbidSiC）陶瓷及其复合材料在制造反射镜中有着不可比拟的优势。SiC 是一种超硬的非氧化物陶瓷，由于其具有化学性质稳定、热稳定性高、比刚度较大、热变形系数小等优异特性，越来越多地用于天文学或地球的太空望远镜观察它的可行性已在各种著名项目中得到证实，如 HERSCHEL，SPICA 和 GAI太空望远镜均广泛采用 SiC 材料进行制备[1-3]。
学、热力学和摩擦学在内的多场耦合的动态非线性过程，加之特的性能，采用实验手段难以研究其切削加工过程和机理。很经广泛采有限元仿真的数值方法来研究加工过程，但是关于C 过程有限元仿真的研究很少。上，本文利用有限元仿真和实验的方法对反应烧结碳化硅椭圆去除机理和加工工艺的研究具有重要意义。内外研究现状及分析碳化硅材料加工技术研究现状前加工碳化硅材料最常用的方法是金刚石砂轮磨削。中国科学的董志超等人在塑性模式下对 RB-SiC 进行磨削实验，得到的少表面完整性较好，此外研究了磨削加工参数对延性模式研磨通过优化的 RB-SiC 磨削参数，在延性模式下研磨得到高度镜糙度约为 2.2nm-2.8nm）[11]，如图 1-2 所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文学者 Cao 等人将超声振动辅助磨削技术运用到碳化硅的加控平面磨床连接到自行设计的超声波单元实现超声振动，化硅的材料变形和断裂行为，与普通切削相比材料的脆塑6.25%，而且有效降低了磨削力[12]。日本W翊笱
本文编号：2796660
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