超硬V形槽結(jié)構(gòu)精密磨削加工應(yīng)力仿真及實驗研究.pdf

1、目前，隨著微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)元件的應(yīng)用越來越廣泛，對光學(xué)元件表面的質(zhì)量要求及需求也日益提高。實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)元件的大批量生產(chǎn)的最佳途徑是將超精密加工技術(shù)和復(fù)制加工技術(shù)相結(jié)合，利用超精密加工技術(shù)加工用于復(fù)制的微結(jié)構(gòu)模具。因此微結(jié)構(gòu)模具的表面與亞表面質(zhì)量，會直接影響到光學(xué)元件的性能，而對難加工的超硬模具，目前最好的方法是應(yīng)用超精密磨削方法在塑性域進行加工。微結(jié)構(gòu)模具超精密磨削中產(chǎn)生的復(fù)雜應(yīng)力場及表層亞表層損傷都對其表面完整性有極其重要的影響，

2、因此對這兩個方面的研究具有重要的意義。
　　本文對碳化硅（SiC）氮化硅（Si3N4）及碳化鎢（WC）三種超硬材料的V形槽結(jié)構(gòu)磨削進行研究，利用ABAQUS有限元分析軟件對V形槽結(jié)構(gòu)磨削機械殘余應(yīng)力進行仿真；進行V形槽結(jié)構(gòu)磨削實驗，并利用磁流變拋光對磨削的V形槽結(jié)構(gòu)進行無損拋光后觀察表層亞表層損傷。本文以V形槽結(jié)構(gòu)磨削加工應(yīng)力仿真及實驗研究為目標(biāo)，在以下幾方面展開研究。
　?。?）對 SiC、Si3N4及 WC三種超硬材料建

3、模應(yīng)用新的方法，即通過壓痕實驗獲得材料的彈性、塑性及脆性基本性能，并根據(jù)載荷-深度曲線利用量綱分析法得到三種超硬材料的應(yīng)力-應(yīng)變公式，建立了材料本構(gòu)模型；
　?。?）對SiC、Si3N4及WC三種材料進行了V形槽結(jié)構(gòu)磨削加工實驗，基于回歸分析法結(jié)合磨削力實驗值及經(jīng)驗公式，建立了近似實際磨削加工條件的V形槽結(jié)構(gòu)磨削加工磨削力模型；
　?。?）建立了 V形槽結(jié)構(gòu)磨削加工有限元仿真模型，通過加載移動法向均布面載荷進行彈塑性分析，研

4、究了機械殘余應(yīng)力的形成過程。對仿真結(jié)果分析總結(jié)得出了SiC、Si3N4及WC三種材料V形槽結(jié)構(gòu)磨削加工殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，以及磨削用量對殘余應(yīng)力大小的影響規(guī)律；
　?。?）最后，對SiC和Si3N4兩種材料進行V形槽結(jié)構(gòu)磨削實驗，驗證了磨削力模型的正確性。同時，采用磁流變拋光法對V形槽結(jié)構(gòu)進行無損傷拋光，并利用掃描電鏡對磨削表面和不等深度拋光后的亞表面區(qū)域的V形槽頂部尖角、側(cè)面及槽底進行觀測，分析總結(jié)出SiC和Si3N4兩種材料V