天然金刚石刀具机械研磨机理与微铣刀制造关键技术研究
发布时间：2023-08-13 19:36
目前,在微电子工业、生物医学设备、电子通讯、精密仪器、航空航天等领域,对具有一定形状精度、尺寸精度和表面质量要求的微小型器件和结构的需求突飞猛进。微铣削加工以其加工效率高、能够加工复杂的三维曲面等优点成为加工高精度微小型零件的主要技术之一。为了获得超高加工精度和超光滑加工表面的工件,高精度的金刚石微铣刀是必须具备的条件。金刚石车刀的机械刃磨技术为金刚石微铣刀的制备提供了一定研究基础,但是,金刚石微铣刀在刃磨工艺和高精度装配上存在异于金刚石车刀的问题,这些问题制约了金刚石微铣刀制备技术的发展。本文以单晶金刚石机械研磨相变各向异性为切入点,设计了微铣刀刀头前后刀面定向和固定方法,研究了机械刃磨工艺和装配方法,完成了高精度金刚石微铣刀的制备,具体研究内容如下:利用高分辨率电子显微镜和电子能量损失光谱,从实验角度观察到相变具有各向异性的特征。揭示了金刚石晶体机械研磨相变加工机理,利用分子动力学方法从晶体学角度对不同晶面晶向的单晶金刚石晶体机械研磨机理进行了解释,认为金刚石晶体的机械研磨效率在很大程度上取决于已加工表面和磨屑中sp2杂化碳原子与无定形sp3杂化碳原子的比例,...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景、研究目的及意义
1.1.1 课题来源及研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外在该研究领域的技术发展现状
1.2.1 单晶金刚石机械研磨加工机理研究现状
1.2.2 微铣刀制造技术研究现状
1.3 国内外研究现状分析
1.4 本课题研究内容
第二章 金刚石晶体机械研磨效率各向异性的形成机理研究
2.1 引言
2.2 单晶金刚石晶体中机械研磨所致相变的TEM实验观测
2.2.1 TEM观测样品的制备
2.2.2 TEM实验结果分析
2.2.3 拉曼光谱分析
2.3 单晶金刚石机械研磨过程的分子动力学仿真建模
2.3.1 分子动力学模拟参数选择和实现手段
2.3.2 单晶金刚石机械研磨过程分子动力学仿真模型的建立
2.4 单晶金刚石机械研磨效率各向异性的分子动力学仿真分析
2.4.1 径向分布函数分析
2.4.2 配位数分析
2.4.3 机械研磨效率各向异性的形成机理
2.5 本章小结
第三章 基于相变碳原子低温退火演化规律的刀面晶向选择方法
3.1 引言
3.2 金刚石晶体机械研磨表面的机械性能改善方法
3.3 低温退火下金刚石表层相变碳原子的各向异性演化规律
3.3.1 有序sp2碳原子统计分析
3.3.2 原子密度分析
3.3.3 原子结构的演变分析
3.4 单晶金刚石微铣刀的晶面定向和刀头固定方法设计
3.4.1 前后刀面的晶面定向方法
3.4.2 焊接式铣刀头固定方法
3.4.3 机械装夹式铣刀头固定方法
3.5 本章小结
第四章 焊接式单晶金刚石微铣刀的机械刃磨工艺研究
4.1 引言
4.2 机械刃磨工艺实验设备及前期准备
4.3 工艺参数对R{100}F{110}定向微铣刀的机械刃磨质量的研究
4.3.1 金刚石磨料粒径尺寸的影响
4.3.2 主轴转速的影响
4.3.3 单次进给量的影响
4.3.4 研磨压力的影响
4.3.5 往复运动行程的影响
4.3.6 往复运动频率的影响
4.3.7 摆轴摆速的影响
4.4 工艺参数对R{100}F{100}定向微铣刀的机械刃磨质量的研究
4.4.1 金刚石磨料粒径尺寸的影响
4.4.2 主轴转速的影响
4.4.3 单次进给量的影响
4.4.4 研磨压力的影响
4.4.5 往复运动行程的影响
4.4.6 往复运动频率的影响
4.4.7 摆轴摆速的影响
4.5 本章小结
第五章 装夹式单晶金刚石微铣刀的光学调校技术及铣削性能验证
5.1 引言
5.2 装夹式金刚石铣刀片的制备
5.3 金刚石微铣刀光学调校平台总体设计
5.3.1 平台的功能需求分析
5.3.2 光学调校平台的构成
5.3.3 金刚石微铣刀的微调装配过程
5.4 金刚石微铣刀铣削性能的验证实验
5.4.1 实验设备
5.4.2 实验结果与分析
5.4.3 金刚石微铣刀刀具磨损分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3841813
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景、研究目的及意义
1.1.1 课题来源及研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外在该研究领域的技术发展现状
1.2.1 单晶金刚石机械研磨加工机理研究现状
1.2.2 微铣刀制造技术研究现状
1.3 国内外研究现状分析
1.4 本课题研究内容
第二章 金刚石晶体机械研磨效率各向异性的形成机理研究
2.1 引言
2.2 单晶金刚石晶体中机械研磨所致相变的TEM实验观测
2.2.1 TEM观测样品的制备
2.2.2 TEM实验结果分析
2.2.3 拉曼光谱分析
2.3 单晶金刚石机械研磨过程的分子动力学仿真建模
2.3.1 分子动力学模拟参数选择和实现手段
2.3.2 单晶金刚石机械研磨过程分子动力学仿真模型的建立
2.4 单晶金刚石机械研磨效率各向异性的分子动力学仿真分析
2.4.1 径向分布函数分析
2.4.2 配位数分析
2.4.3 机械研磨效率各向异性的形成机理
2.5 本章小结
第三章 基于相变碳原子低温退火演化规律的刀面晶向选择方法
3.1 引言
3.2 金刚石晶体机械研磨表面的机械性能改善方法
3.3 低温退火下金刚石表层相变碳原子的各向异性演化规律
3.3.1 有序sp2碳原子统计分析
3.3.2 原子密度分析
3.3.3 原子结构的演变分析
3.4 单晶金刚石微铣刀的晶面定向和刀头固定方法设计
3.4.1 前后刀面的晶面定向方法
3.4.2 焊接式铣刀头固定方法
3.4.3 机械装夹式铣刀头固定方法
3.5 本章小结
第四章 焊接式单晶金刚石微铣刀的机械刃磨工艺研究
4.1 引言
4.2 机械刃磨工艺实验设备及前期准备
4.3 工艺参数对R{100}F{110}定向微铣刀的机械刃磨质量的研究
4.3.1 金刚石磨料粒径尺寸的影响
4.3.2 主轴转速的影响
4.3.3 单次进给量的影响
4.3.4 研磨压力的影响
4.3.5 往复运动行程的影响
4.3.6 往复运动频率的影响
4.3.7 摆轴摆速的影响
4.4 工艺参数对R{100}F{100}定向微铣刀的机械刃磨质量的研究
4.4.1 金刚石磨料粒径尺寸的影响
4.4.2 主轴转速的影响
4.4.3 单次进给量的影响
4.4.4 研磨压力的影响
4.4.5 往复运动行程的影响
4.4.6 往复运动频率的影响
4.4.7 摆轴摆速的影响
4.5 本章小结
第五章 装夹式单晶金刚石微铣刀的光学调校技术及铣削性能验证
5.1 引言
5.2 装夹式金刚石铣刀片的制备
5.3 金刚石微铣刀光学调校平台总体设计
5.3.1 平台的功能需求分析
5.3.2 光学调校平台的构成
5.3.3 金刚石微铣刀的微调装配过程
5.4 金刚石微铣刀铣削性能的验证实验
5.4.1 实验设备
5.4.2 实验结果与分析
5.4.3 金刚石微铣刀刀具磨损分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3841813
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