微细超声波加工脆性材料去除模式的研究

发布时间：2017-10-09 00:36

  本文关键词：微细超声波加工脆性材料去除模式的研究

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【摘要】：微细超声波加工技术作为一种特种加工技术,广泛应用在硬脆性材料和不导电材料的加工中。本文主要研究微细超声波加工底面精度,很多学者针对微细超声波材料去除特点,对微细超声波加工底面材料去除模式和粗糙度进行了研究,虽然微细超声波材料去除机理已经基本明确,但未有成熟的理论和模型能定量化的衡量微细超声波加工底面材料去除模式,很多研究成果止步于工艺参数探究阶段。微细超声波加工材料去除方式主要由于工具对磨粒的锤击迫使磨粒撞击工件底面,这一现象与压痕理论中压头撞击工件的现象极为相似,可以用压痕理论进行解释,同时结合弹性力学、塑性力学提出微细超声波加工材料去除模式模型,理论上分析认为在加工力足够小时,硬脆性材料在微细超声波加工中也可以实现塑性去除,且存在三种去除模式：塑性去除模式,脆性去除模式和脆塑转变模式。材料在不同去除模式下,加工底面的整体形貌不同,底面的粗糙度值也不同。因此根据理论模型设计了验证实验,分别在石英晶体和单晶硅100面进行了微细超声波钻孔加工实验,通过拍摄SEM图片对加工孔底面进行观察,通过ZYGO折光干涉仪对加工底面的五种粗糙度进行了统计和分析。结果表明,单个磨粒最大撞击力是影响材料去除模式的关键因素。当单个磨粒最大撞击力达到临界值时,材料的去除模式会发生转变。在微细超声波加工中,当加工力足够小时,石英晶体和单晶硅100均可以实现塑性去除。当单个磨粒最大撞击力大于塑性临界力时,材料脱离塑性去除阶段,进入脆塑转变阶段；当单个磨粒最大撞击力大于脆性临界力时,材料进入脆性去除阶段。在不同去除模式下,粗糙度Rpk曲线会出现分段现象,粗糙度Ra,Rq,Rk,Rvk无明显规律。脆性模式下的Rpk值明显大于塑性模式下的Rpk值。单晶硅100面三种去除模式分明,Rpk曲线分成三段；石英晶体脆性去除模式与塑性去除模式分明,脆塑造转变模式介于二者之间,这可能与石英晶体断裂韧性参数有关。理论模型计算出的临界力值与实验过程中得出的临界力值吻合,两种材料的塑性临界力和脆性临界力均可以用同一修正常数K=4.36进行修正,证明了理论模型的合理性。根据此理论模型,可以通过控制加工力来控制微细超声波加工中材料表面的去除模式,提高表面加工精度。
【关键词】：微细加工 超声振动 材料去除模式
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.绪论9-18
• 1.1 选题依据9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究背景9-10
• 1.2 微细超声波加工技术概述10-14
• 1.2.1 微细超声波加工基本原理10-11
• 1.2.2 微细超声波技术的发展及应用11-14
• 1.3 脆性材料去除模式研究14-16
• 1.4 超声波加工材料去除模式研究16
• 1.5 论文主要内容16-18
• 2.微细超声波加工设备及控制程序18-22
• 2.1 微细超声波加工机床18-20
• 2.2 机床控制系统程序20-22
• 3.微细超声波加工材料去除模式模型22-33
• 3.1 压痕断裂理论22-24
• 3.2 微细超声波加工材料去除模式模型推导24-33
• 4.理论模型验证33-62
• 4.1 石英晶体材料参数及理论模型计算33-40
• 4.1.1 石英晶体材料简介及相关参数计算33-34
• 4.1.2 弹性模量及泊松比的计算34-36
• 4.1.3 断裂韧性和硬度的计算36-37
• 4.1.4 石英晶体材料去除模式理论计算及实验设计37-40
• 4.2 石英晶体实验过程及结果分析40-55
• 4.2.1 第一阶段实验：石英晶体可加工性探究40-45
• 4.2.2 第二阶段实验：探究石英晶体的去除模式45-51
• 4.2.3 第一阶段实验与第二阶段第一组实验对比分析51-53
• 4.2.4 第二阶段二组实验对比结果53-55
• 4.3 石英晶体理论模型验证及结果分析55-58
• 4.4 单晶硅<100>面理论模型验证58-60
• 4.5 理论模型合理性分析60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 安成明;殷国强;李剑中;余祖元;;微细孔、阵列孔及微细三维型腔的超声加工研究[J];电加工与模具;2011年01期

2 赵奕,董申,李兆光,王洪祥;脆性材料的脆塑转变超精密车削模型[J];微细加工技术;1998年04期

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本文编号：997218