本文關(guān)鍵詞：硫化鋅晶體的超精密車削加工技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,由于空間技術(shù)的進(jìn)步、國防尖端科技的發(fā)展以及軍事科學(xué)領(lǐng)域的迫切需求,有關(guān)紅外光學(xué)材料的制備工藝、特性分析及其超光滑鏡面的加工技術(shù)等問題,均受到世界各國的特殊關(guān)注。此外,這些技術(shù)的進(jìn)步還會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)和光纖通訊產(chǎn)業(yè)等民用科技的發(fā)展產(chǎn)生強(qiáng)烈的促進(jìn)作用,并將帶來廣泛的應(yīng)用價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),隨著單點(diǎn)金剛石超精密車削技術(shù)(SPDT)的日趨成熟,人們迫切期望采用此種高精度、高效率、低成本、工藝簡單的方法來完成多種復(fù)雜光學(xué)元器件的超精密加工任務(wù),進(jìn)而彌補(bǔ)傳統(tǒng)磨削、拋光工藝的諸多不足。據(jù)稱目前國外對(duì)于Zn S等多種紅外材料,已能夠進(jìn)行較為成熟的SPDT鏡面車削加工,但鑒于其重要的軍事科研價(jià)值,該加工工藝具有高度的保密特性且有關(guān)其具體加工形式、加工設(shè)備和工藝條件等問題的報(bào)道更為鮮見。因而,我們必須獨(dú)立研究該類材料在超精密加工中的關(guān)鍵技術(shù)問題。而探尋一種新型的、適于Zn S等軟脆多晶材料的超精密車削加工工藝將具有重大的科研價(jià)值和實(shí)際意義。本文主要圍繞多晶Zn S材料的超精密車削加工工藝展開系統(tǒng)研究。歸納相關(guān)研究成果具體涵蓋以下幾方面內(nèi)容:首先,利用維氏壓痕實(shí)驗(yàn)對(duì)Zn S晶體材料的力學(xué)性能和壓痕形貌進(jìn)行了深入研究,并通過理論計(jì)算求得了該材料發(fā)生裂紋擴(kuò)展時(shí)的臨界載荷條件。而基于納米壓痕實(shí)驗(yàn)和量綱分析的方法,利用載荷-位移曲線求得了Zn S晶體材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。綜合分析兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得了該材料的諸多性能指標(biāo),為后續(xù)理論建模和仿真研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。其次,基于“飛刀”斜角刻劃的實(shí)驗(yàn)方法,利用獨(dú)立振子模型和等效晶體理論,建立起了脆性材料臨界未變形切削厚度(CUCT)的預(yù)測模型,并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為揭示切削刃鈍圓半徑與脆性工件最小切削厚度之間的聯(lián)系提供了理論依據(jù)。此外,深入研究了超精密斜角車削過程,并建立了耦合材料特性、刀具特征和加工參數(shù)的脆性材料的超精密斜角切削模型�；谒岢龅摹按�-塑耦合”臨界加工條件,利用超精密斜角切削模型分別對(duì)刀具進(jìn)給率、切削深度、刀具前角、刀尖圓弧半徑和刀具斜切角的臨界參數(shù)范圍進(jìn)行預(yù)測或優(yōu)選,這為分析此類材料鏡面加工中的脆-塑耦合去除過程提供了理論指導(dǎo)。再次,根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得的Zn S晶體材料本構(gòu)關(guān)系,應(yīng)用LS-DYNA非線性有限元分析軟件對(duì)動(dòng)態(tài)沖擊條件下的脆性材料切削過程進(jìn)行了模擬仿真,基于最大剪切變形理論對(duì)各工藝參數(shù)與材料去除過程之間的關(guān)系進(jìn)行了深入分析,其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本吻合。此外,還利用SWOT分析方法優(yōu)化了各工藝參數(shù),并獲得它們的工藝優(yōu)先級(jí)次序?yàn)?1)刀具前角2)切削深度3)刀尖圓弧半徑4)刀具斜切角度5)刀具進(jìn)給率,這為后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和切削工藝參數(shù)的優(yōu)選提供了基本依據(jù)。最后,利用單因素實(shí)驗(yàn)方法對(duì)前文理論建模和有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,系統(tǒng)研究了各工藝參數(shù)對(duì)改善Zn S晶體加工表面質(zhì)量的作用及其內(nèi)在聯(lián)系。以抑制或消除工件表面的麻點(diǎn)和凹坑、減小刀具磨損為目標(biāo),對(duì)Zn S晶體的最佳車削工藝進(jìn)行了優(yōu)選,由此達(dá)到了較為理想的鏡面加工效果。
【關(guān)鍵詞】：超精密車削 ZnS晶體 斜角車削 脆-塑轉(zhuǎn)變 臨界切削厚度 壓痕實(shí)驗(yàn) 有限元仿真
【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】：2015
【分類號(hào)】：TQ132.41;O786
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義11-13
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 課題研究的背景和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析13-19
• 1.2.1 紅外光學(xué)材料特性及車削加工技術(shù)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 斜角車削理論與實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述及簡析18-19
• 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容19-21
• 第2章 ZnS晶體材料特性及實(shí)驗(yàn)研究21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 壓痕實(shí)驗(yàn)原理21-23
• 2.3 壓痕實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方案23-26
• 2.3.1 ZnS晶體試件制備23-24
• 2.3.2 壓痕實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.3.3 壓痕實(shí)驗(yàn)方案25-26
• 2.4 ZnS晶體維氏壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析26-33
• 2.4.1 壓痕特征分析26-28
• 2.4.2 斷裂韌性及極限應(yīng)力求解28-30
• 2.4.3 裂紋產(chǎn)生的臨界條件及驗(yàn)證30-33
• 2.5 ZnS晶體納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析33-36
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及載荷-位移曲線33-34
• 2.5.2 ZnS晶體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系34-35
• 2.5.3 ZnS晶體的材料特性35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第3章 ZnS晶體超精密車削理論建模及分析37-62
• 3.1 引言37
• 3.2 ZnS晶體的變切深劃痕實(shí)驗(yàn)37-41
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及步驟37-38
• 3.2.2 劃痕形貌與臨界未變形切屑厚度38-41
• 3.3 ZnS晶體的臨界未變形切屑厚度建模41-49
• 3.3.1 塑性變形極限力求解41-43
• 3.3.2 微觀摩擦力求解43-44
• 3.3.3 臨界未變形切屑厚度模型44-46
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析46-49
• 3.4 ZnS晶體的超精密斜角車削過程建模49-53
• 3.4.1 斜角切削幾何模型49-51
• 3.4.2 臨界切削厚度計(jì)算51-53
• 3.4.3 鏡面切削的臨界條件53
• 3.5 ZnS晶體鏡面切削的臨界工藝參數(shù)研究53-60
• 3.5.1 臨界進(jìn)給率54-55
• 3.5.2 臨界切削深度55-57
• 3.5.3 臨界刀具前角57-58
• 3.5.4 刀尖圓弧半徑優(yōu)選58-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第4章 ZnS晶體超精密車削過程的有限元模擬仿真62-78
• 4.1 引言62
• 4.2 三維切削模型建立62-65
• 4.2.1 幾何模型62-63
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分63
• 4.2.3 材料定義63-64
• 4.2.4 接觸與摩擦條件設(shè)置64-65
• 4.3 工藝參數(shù)對(duì)臨界切削過程的影響與實(shí)驗(yàn)研究65-75
• 4.3.1 進(jìn)給率對(duì)切削效果的影響65-67
• 4.3.2 切削深度對(duì)切削效果的影響67-69
• 4.3.3 刀具前角對(duì)切削效果的影響69-71
• 4.3.4 刀尖圓弧半徑對(duì)切削效果的影響71-73
• 4.3.5 刀具斜切角對(duì)切削效果的影響73-75
• 4.4 工藝參數(shù)的優(yōu)選75-76
• 4.5 本章小結(jié)76-78
• 第5章 ZnS晶體超精密車削工藝實(shí)驗(yàn)78-96
• 5.1 引言78
• 5.2 實(shí)驗(yàn)及檢測設(shè)備78-80
• 5.3 工藝參數(shù)對(duì)改善加工效果的作用及分析80-92
• 5.3.1 刀具前角對(duì)加工表面質(zhì)量的影響80-82
• 5.3.2 切削深度對(duì)加工表面質(zhì)量的影響82-84
• 5.3.3 刀尖圓弧半徑對(duì)加工表面質(zhì)量的影響84-87
• 5.3.4 刀具斜切角對(duì)加工表面質(zhì)量的影響87-90
• 5.3.5 進(jìn)給率對(duì)加工表面質(zhì)量的影響90-92
• 5.4 ZnS晶體最佳車削工藝方案的優(yōu)選92-94
• 5.4.1 最優(yōu)工藝方案及加工效果92-93
• 5.4.2 其他因素的影響及簡析93-94
• 5.5 本章小結(jié)94-96
• 結(jié)論96-98
• 參考文獻(xiàn)98-105
• 攻讀碩士學(xué)位期間所獲得的學(xué)術(shù)成果及其他105-107
• 致謝107

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：硫化鋅晶體的超精密車削加工技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：491553