碳化硅磨削去除机理及亚表面裂纹研究

发布时间：2017-05-12 18:10

  本文关键词：碳化硅磨削去除机理及亚表面裂纹研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着空间光学系统主镜口径的不断增大，对其主镜材料机械物理性能要求越来越高。碳化硅是一种理想的空间反射镜主镜材料，但由于碳化硅陶瓷高硬度、低断裂韧性的特点，导致其可加工性很差，磨削加工过程中容易留下亚表面裂纹等损伤，因此深入研究碳化硅陶瓷磨削加工过程中的材料去除机理与亚表面裂纹对提高碳化硅磨削表面质量有着重要意义。 本文采用颗粒流离散单元法对碳化硅陶瓷材料进行建模，，采用仿真实验的方法校准离散元材料模型并进行磨削过程仿真，研究碳化硅磨削过程中裂纹形成过程以及工艺参数对加工裂纹与磨削力的影响。进行维氏压痕试验，分析碳化硅陶瓷硬度与断裂韧性，研究维氏压痕裂纹系统；采用维氏压头对碳化硅进行微刻划试验，研究碳化硅在单颗粒刻划条件下的材料去除方式。 进行碳化硅陶瓷磨削工艺试验，分析磨削表面形貌与材料去除方式，采用离子束加工技术对磨削表面进行截面抛光，得到准确的磨削亚表面损伤特征，研究了不同工艺方式与工艺参数下碳化硅陶瓷磨削亚表面裂纹的形式与深度。研究表明超声振动辅助磨削不仅降低了磨削表面粗糙度，且显著地抑制了亚表面裂纹的产生，亚表面裂纹数量和深度上都小于无超声振动磨削。通过对端面铣磨的亚表面裂纹的统计与观察，得到了碳化硅磨削亚表面裂纹的形式与深度分布以及磨削深度和转速对裂纹深度的影响。
【关键词】：碳化硅 离散元 截面抛光 亚表面裂纹
【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】：2013
【分类号】：V262.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 陶瓷材料磨削加工技术研究现状9-13
• 1.2.1 陶瓷材料磨削加工方法9-11
• 1.2.2 陶瓷磨削机理研究现状11-13
• 1.2.3 磨削亚表面损伤研究现状13
• 1.3 颗粒流离散单元法研究现状13-14
• 1.3.1 离散元方法发展现状13-14
• 1.3.2 硬脆材料加工离散元仿真14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 碳化硅单颗磨粒磨削过程离散元仿真16-33
• 2.1 引言16
• 2.2 陶瓷磨削加工离散元仿真的理论基础16-18
• 2.2.1 颗粒流离散元的材料集合方式16-17
• 2.2.2 颗粒流离散元的计算方法17-18
• 2.3 碳化硅陶瓷材料的离散元模型的建立18-25
• 2.3.1 离散元模型的粒径及材料规模选取18-19
• 2.3.2 离散元材料的生成19
• 2.3.3 材料参数的校准19-25
• 2.4 碳化硅磨削过程离散元仿真25-32
• 2.4.1 建立单颗磨粒磨削离散元模型25-26
• 2.4.2 碳化硅磨削仿真应力分析26-29
• 2.4.3 磨削深度对亚表面裂纹的影响29-30
• 2.4.4 磨削速度对亚表面裂纹及磨削力的影响30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 碳化硅陶瓷维氏压头压痕与刻划实验33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 维氏压痕实验33-38
• 3.2.1 碳化硅维氏压痕尺寸与硬度34-35
• 3.2.2 碳化硅陶瓷维氏压痕裂纹尺寸与断裂韧性35-38
• 3.2.3 碳化硅陶瓷维氏压痕断裂破坏38
• 3.3 维氏压头刻划实验38-44
• 3.3.1 陶瓷材料单颗磨粒磨削模型39-40
• 3.3.2 实验设备与方案40-41
• 3.3.3 刻划实验结果41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 碳化硅陶瓷磨削实验及亚表面裂纹研究45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 碳化硅陶瓷磨削亚表面裂纹检测方法45-47
• 4.2.1 常用亚表面裂纹检测方法45-46
• 4.2.2 离子截面抛光技术46-47
• 4.3 碳化硅陶瓷磨削实验47-51
• 4.3.1 磨削工艺试验47-49
• 4.3.2 磨削表面形貌与去除机理49-51
• 4.4 碳化硅陶瓷磨削亚表面损伤51-58
• 4.4.1 磨削表面破碎层深度51-53
• 4.4.2 磨削亚表面裂纹53-58
• 4.5 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

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