圓弧刃金剛石刀具作為超精密切削加工中的重要組成部分,其刃磨質(zhì)量將直接影響到對材料的加工質(zhì)量和刀具的使用壽命。目前金剛石刀具刃磨工藝還存在較大的發(fā)展空間,常規(guī)的刃磨方法——機(jī)械研磨法是目前比較成熟且是唯一的批量生產(chǎn)手段,其他的特種加工手段如聚焦離子束（Focus Ion Beam,FIB）刻蝕法正處于研究階段。本課題圍繞金剛石刀具FIB刻蝕工藝展開了詳細(xì)研究,提出了基于FIB的微圓弧刀具加工可行性方案,同時(shí)輔以SPH切削仿真的手段對金剛石刀具的切削參數(shù)展開了相關(guān)研究。在FIB刻蝕法中,離子束的參數(shù)選擇、離子束聚焦的優(yōu)化和加工方式與步驟是控制刀具刻蝕質(zhì)量的重要因素。目前對于使用FIB加工圓弧刃的金剛石刀具的研究十分稀少,因此本課題選擇以金剛石刀具的FIB刻蝕工藝為研究重點(diǎn),對FIB刻蝕中的離子電壓、束流強(qiáng)度、駐留時(shí)間、加工角度等參數(shù)開展了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。在仿真與實(shí)驗(yàn)的研究基礎(chǔ)上,制定了圓弧刃金剛石刀具的FIB刻蝕方法,并在一把圓弧刃刀具的基礎(chǔ)上成功加工出了帶有齒形微結(jié)構(gòu)的刀具,對其進(jìn)行粗糙度的測量,對比機(jī)械研磨法制備的金剛石刀具后刀面粗糙度,兩者粗糙度均良好,驗(yàn)證了FIB刻蝕加工金剛石刀具... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超精

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-1-第1章緒論1.1課題研究背景和意義自20世紀(jì)60年代起，精密、小型化產(chǎn)品（如集成電路）和航空航天等尖端技術(shù)的需求日益提高，超精密加工技術(shù)從中起到了越來越重要的作用。超精密加工技術(shù)在民用領(lǐng)域影響著我們的生活，如隱形眼鏡片、計(jì)算機(jī)的芯片、用于屏幕投影和太陽能聚光等多處用途的菲涅爾透鏡等[1]，微納米級別的加工產(chǎn)品已經(jīng)融入了現(xiàn)代社會(huì)中。a)隱形眼鏡片b)計(jì)算機(jī)芯片c)菲涅爾透鏡圖1-1超精密加工產(chǎn)品由于加工尺度太小，超精密加工質(zhì)量受到各種因素的影響會(huì)更大，如精密加工車床、刀具或砂輪、加工方法和參數(shù)、加工的對象、夾具和外界環(huán)境等[2]。在超精密切削中，作為直接接觸被加工材料的車刀，其切削刃質(zhì)量決定了加工質(zhì)量。一般選擇天然單晶金剛石作為超精密切削車刀材料，主要得益于其自身的良好物理化學(xué)特性，如高硬度、耐磨能力高、導(dǎo)熱能力良好等。目前，我國的超精密加工研究深度不及發(fā)達(dá)國家，國產(chǎn)金剛石刀具的質(zhì)量不高，而國外對我國也存在技術(shù)封鎖，從國外進(jìn)口高質(zhì)量的刀具成本頗高。因此，提升超精加工工具制造工藝對于國家發(fā)展是有著重要意義的。金剛石刀具的制備方法主要有：機(jī)械研磨法、熱化學(xué)拋光法、激光刻蝕法和離子束刻蝕法等[3]，目前機(jī)械研磨法是最成熟且應(yīng)用最廣泛的。特種加工方法目前雖無法用于生產(chǎn)，但各有優(yōu)點(diǎn)，還有很大的研究空間和研究價(jià)值。金剛石刀具的制備過程中，往往存在微觀損傷。刃磨損傷影響其加工性能和使

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-度小于動(dòng)態(tài)脆塑轉(zhuǎn)變臨界深度，便發(fā)生塑性去除。李增強(qiáng)[10]用分子動(dòng)力學(xué)研究金剛石的材料去除機(jī)理，仿真中金剛石磨粒在金剛石表面滑動(dòng)，一部分的碳原子從sp3雜化軌道轉(zhuǎn)變?yōu)閟p2，金剛石相變成了無定型碳，而在實(shí)驗(yàn)中也在其表面測量出了石墨相的存在。由此提出了難磨方向和易磨方向與周期鍵鏈有關(guān)的結(jié)論。由于周期鍵鏈上的原子相互作用以拉壓為主，結(jié)合實(shí)驗(yàn)可推斷易磨方向主要產(chǎn)生相變，難磨方向主要發(fā)生微觀破損。研磨盤加工金剛石刀具時(shí)會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)沖擊，造成微缺陷，在一定程度上影響了刀具性能。對于圓弧刃金剛石刀具成品質(zhì)量，有幾項(xiàng)主要參考指標(biāo)：刃口鈍圓半徑（鋒利度）、前后刀面粗糙度和刃口微缺陷程度。張豪兵[11]對金剛石刀具刃磨的影響因素設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)，分析刀具質(zhì)量（表面粗糙度、鋒利度、單位長度內(nèi)微觀缺陷長度等）的變化規(guī)律，得出刀具性能參數(shù)受各因素的權(quán)重，從彈性力學(xué)和有限元仿真的角度分析了刃磨過程中刀具的應(yīng)力分布，利用數(shù)學(xué)、力學(xué)模型成功預(yù)測了指定加工條件下的微觀缺陷。秦子龍[12]使用SEM對機(jī)械研磨加工的金剛石刀具進(jìn)行檢測，詳細(xì)展示了多種微觀損傷形式，包括魚鱗狀或臺階狀解理、裂紋擴(kuò)展形成的凹槽、裂痕及鋸齒狀畸變線和刻滑點(diǎn)除等。a)刻滑點(diǎn)除b)魚鱗解理c)鏈型裂紋d)解理臺階e)Y型裂縫f)倒三角錐裂坑圖1-2金剛石刀具刃磨損傷形式[12]


本文編號：3376299