發(fā)布時間：2017-10-09 00:36

  本文關(guān)鍵詞：微細(xì)超聲波加工脆性材料去除模式的研究

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【摘要】：微細(xì)超聲波加工技術(shù)作為一種特種加工技術(shù),廣泛應(yīng)用在硬脆性材料和不導(dǎo)電材料的加工中。本文主要研究微細(xì)超聲波加工底面精度,很多學(xué)者針對微細(xì)超聲波材料去除特點,對微細(xì)超聲波加工底面材料去除模式和粗糙度進(jìn)行了研究,雖然微細(xì)超聲波材料去除機理已經(jīng)基本明確,但未有成熟的理論和模型能定量化的衡量微細(xì)超聲波加工底面材料去除模式,很多研究成果止步于工藝參數(shù)探究階段。微細(xì)超聲波加工材料去除方式主要由于工具對磨粒的錘擊迫使磨粒撞擊工件底面,這一現(xiàn)象與壓痕理論中壓頭撞擊工件的現(xiàn)象極為相似,可以用壓痕理論進(jìn)行解釋,同時結(jié)合彈性力學(xué)、塑性力學(xué)提出微細(xì)超聲波加工材料去除模式模型,理論上分析認(rèn)為在加工力足夠小時,硬脆性材料在微細(xì)超聲波加工中也可以實現(xiàn)塑性去除,且存在三種去除模式：塑性去除模式,脆性去除模式和脆塑轉(zhuǎn)變模式。材料在不同去除模式下,加工底面的整體形貌不同,底面的粗糙度值也不同。因此根據(jù)理論模型設(shè)計了驗證實驗,分別在石英晶體和單晶硅100面進(jìn)行了微細(xì)超聲波鉆孔加工實驗,通過拍攝SEM圖片對加工孔底面進(jìn)行觀察,通過ZYGO折光干涉儀對加工底面的五種粗糙度進(jìn)行了統(tǒng)計和分析。結(jié)果表明,單個磨粒最大撞擊力是影響材料去除模式的關(guān)鍵因素。當(dāng)單個磨粒最大撞擊力達(dá)到臨界值時,材料的去除模式會發(fā)生轉(zhuǎn)變。在微細(xì)超聲波加工中,當(dāng)加工力足夠小時,石英晶體和單晶硅100均可以實現(xiàn)塑性去除。當(dāng)單個磨粒最大撞擊力大于塑性臨界力時,材料脫離塑性去除階段,進(jìn)入脆塑轉(zhuǎn)變階段；當(dāng)單個磨粒最大撞擊力大于脆性臨界力時,材料進(jìn)入脆性去除階段。在不同去除模式下,粗糙度Rpk曲線會出現(xiàn)分段現(xiàn)象,粗糙度Ra,Rq,Rk,Rvk無明顯規(guī)律。脆性模式下的Rpk值明顯大于塑性模式下的Rpk值。單晶硅100面三種去除模式分明,Rpk曲線分成三段；石英晶體脆性去除模式與塑性去除模式分明,脆塑造轉(zhuǎn)變模式介于二者之間,這可能與石英晶體斷裂韌性參數(shù)有關(guān)。理論模型計算出的臨界力值與實驗過程中得出的臨界力值吻合,兩種材料的塑性臨界力和脆性臨界力均可以用同一修正常數(shù)K=4.36進(jìn)行修正,證明了理論模型的合理性。根據(jù)此理論模型,可以通過控制加工力來控制微細(xì)超聲波加工中材料表面的去除模式,提高表面加工精度。
【關(guān)鍵詞】：微細(xì)加工 超聲振動 材料去除模式
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG663
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.緒論9-18
• 1.1 選題依據(jù)9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究背景9-10
• 1.2 微細(xì)超聲波加工技術(shù)概述10-14
• 1.2.1 微細(xì)超聲波加工基本原理10-11
• 1.2.2 微細(xì)超聲波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用11-14
• 1.3 脆性材料去除模式研究14-16
• 1.4 超聲波加工材料去除模式研究16
• 1.5 論文主要內(nèi)容16-18
• 2.微細(xì)超聲波加工設(shè)備及控制程序18-22
• 2.1 微細(xì)超聲波加工機床18-20
• 2.2 機床控制系統(tǒng)程序20-22
• 3.微細(xì)超聲波加工材料去除模式模型22-33
• 3.1 壓痕斷裂理論22-24
• 3.2 微細(xì)超聲波加工材料去除模式模型推導(dǎo)24-33
• 4.理論模型驗證33-62
• 4.1 石英晶體材料參數(shù)及理論模型計算33-40
• 4.1.1 石英晶體材料簡介及相關(guān)參數(shù)計算33-34
• 4.1.2 彈性模量及泊松比的計算34-36
• 4.1.3 斷裂韌性和硬度的計算36-37
• 4.1.4 石英晶體材料去除模式理論計算及實驗設(shè)計37-40
• 4.2 石英晶體實驗過程及結(jié)果分析40-55
• 4.2.1 第一階段實驗：石英晶體可加工性探究40-45
• 4.2.2 第二階段實驗：探究石英晶體的去除模式45-51
• 4.2.3 第一階段實驗與第二階段第一組實驗對比分析51-53
• 4.2.4 第二階段二組實驗對比結(jié)果53-55
• 4.3 石英晶體理論模型驗證及結(jié)果分析55-58
• 4.4 單晶硅<100>面理論模型驗證58-60
• 4.5 理論模型合理性分析60-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 安成明;殷國強;李劍中;余祖元;;微細(xì)孔、陣列孔及微細(xì)三維型腔的超聲加工研究[J];電加工與模具;2011年01期

2 趙奕,董申,李兆光,王洪祥;脆性材料的脆塑轉(zhuǎn)變超精密車削模型[J];微細(xì)加工技術(shù);1998年04期

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本文編號：997218