【摘要】：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅(Reaction Bonded Silicon carbide,RB-SiC)具有高硬度、低密度、低熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱系數(shù)、低光散射率、高電磁反射率、高抗化學(xué)腐蝕性、良好的光學(xué)加工特性等優(yōu)異的物理、化學(xué)、熱、機(jī)械特性,是新一代大型空間反射鏡結(jié)構(gòu)基體的首選材料。其中,加工表面質(zhì)量如面形精度、粗糙度等是影響碳化硅反射鏡使用性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。然而,RB-SiC極低的加工性能制約著其高精度加工。振動(dòng)輔助金剛石切削加工技術(shù)已被證實(shí)為獲得脆性材料鏡面光潔度的一種高效高精度超精密加工手段。然而,當(dāng)前國內(nèi)外沒有對RB-SiC振動(dòng)輔助切削加工研究的報(bào)道。為了使用振動(dòng)輔助切削加工技術(shù)獲得RB-SiC的高精度加工表面,本文開展了如下研究內(nèi)容:建立了RB-SiC橢圓振動(dòng)輔助正交切削加工的有限元仿真。首先建立起RB-SiC的振動(dòng)輔助切削的有限元模型,其次對硅的本構(gòu)模型和RB-SiC的振動(dòng)輔助切削加工模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為開展RB-SiC振動(dòng)輔助切削加工機(jī)理的有限元仿真研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。建立了橢圓振動(dòng)切削加工中RB-SiC的脆塑轉(zhuǎn)變評(píng)價(jià)判據(jù)�；诒惹邢髂芙⒘司C合考慮二維刀具振動(dòng)和兩相材料組成的RB-SiC脆塑轉(zhuǎn)變判據(jù),利用仿真和實(shí)驗(yàn)研究了RB-SiC的脆塑轉(zhuǎn)變機(jī)理和材料去除機(jī)理,并且從實(shí)驗(yàn)和仿真角度研究了振動(dòng)輔助對RB-SiC切削加工的影響機(jī)制。系統(tǒng)地開展了工藝參數(shù)對RB-SiC振動(dòng)輔助切削加工影響規(guī)律的有限元仿真研究,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用RB-SiC振動(dòng)輔助切削模型,重點(diǎn)研究了切削深度、切削速度、刀具刃口半徑、刀具前角、刀具振幅和頻率對RB-SiC加工表面質(zhì)量和切削力的影響規(guī)律,并且對振幅和頻率的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最終得到了RB-SiC振動(dòng)輔助切削加工的較優(yōu)的加工參數(shù),表面粗糙度Ra值達(dá)到10nm。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN305;TQ163.4
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.1 課題的來源及研究背景和意義本課題來源于哈爾濱工業(yè)大學(xué)青年拔尖人才選聘計(jì)劃。美國、法國、德國、英國等國家很早就開始研究空間遙感技術(shù)，空間遙感技術(shù)離不開一系列光學(xué)系統(tǒng)以及構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡（見圖 1-1）。反射鏡在民用和國防領(lǐng)域同樣應(yīng)用廣泛，如汽車定位、成像、跟蹤等。1980 年開始，從事太空探索儀器和新材料研究的學(xué)者注意到碳化硅（Silicon carbidSiC）陶瓷及其復(fù)合材料在制造反射鏡中有著不可比擬的優(yōu)勢。SiC 是一種超硬的非氧化物陶瓷，由于其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性高、比剛度較大、熱變形系數(shù)小等優(yōu)異特性，越來越多地用于天文學(xué)或地球的太空望遠(yuǎn)鏡觀察它的可行性已在各種著名項(xiàng)目中得到證實(shí)，如 HERSCHEL，SPICA 和 GAI太空望遠(yuǎn)鏡均廣泛采用 SiC 材料進(jìn)行制備[1-3]。

學(xué)、熱力學(xué)和摩擦學(xué)在內(nèi)的多場耦合的動(dòng)態(tài)非線性過程，加之特的性能，采用實(shí)驗(yàn)手段難以研究其切削加工過程和機(jī)理。很經(jīng)廣泛采有限元仿真的數(shù)值方法來研究加工過程，但是關(guān)于C 過程有限元仿真的研究很少。上，本文利用有限元仿真和實(shí)驗(yàn)的方法對反應(yīng)燒結(jié)碳化硅橢圓去除機(jī)理和加工工藝的研究具有重要意義。內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析碳化硅材料加工技術(shù)研究現(xiàn)狀前加工碳化硅材料最常用的方法是金剛石砂輪磨削。中國科學(xué)的董志超等人在塑性模式下對 RB-SiC 進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)，得到的少表面完整性較好，此外研究了磨削加工參數(shù)對延性模式研磨通過優(yōu)化的 RB-SiC 磨削參數(shù)，在延性模式下研磨得到高度鏡糙度約為 2.2nm-2.8nm）[11]，如圖 1-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文學(xué)者 Cao 等人將超聲振動(dòng)輔助磨削技術(shù)運(yùn)用到碳化硅的加控平面磨床連接到自行設(shè)計(jì)的超聲波單元實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)，化硅的材料變形和斷裂行為，與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(wǎng)翊笱

本文編號(hào)：2796660