超精密车削表面衍射效应的研究进展

超精密车削技术广泛应用于航空航天、清洁能源、光学精密器件制造等关键领域。超精密车削镜面应用于可见光波段时会出现衍射效应,导致镜面光学性能降低。为研究超精密车削表面衍射效应的来源以及相应的抑制和消除技术,学者们开展了大量研究工作,总结和归纳了相关研究工作的进展。首先分析了超精密车削表面衍射效应的来源及相应的理论模型,其次总结了抑制和消除超精密车削表面衍射效应的技术,分析了不同技术方法的特点,最后介绍了衍射效应在超精密加工领域的其他应用。     

超精密切削单晶硅的刀具磨损机理

为了研究超精密切削单晶硅过程中金刚石刀具后刀面发生急剧磨损的机理,对单晶硅（111）晶面进行了超精密切削实验,并采用X射线光电子能谱分析仪对单晶硅已切削表面进行化学成分分析.实验结果表明：切削区域的高温高压导致金刚石刀具发生碳原子扩散磨损;切削过程中有碳化硅和类金刚石两种超硬微颗粒形成,而随着切削路程长度的逐渐增加,超硬微颗粒并不随之消失;碳化硅和类金刚石超硬微颗粒在金刚石刀具后刀面刻画和耕犁,从而产生沟槽磨损,直接导致金刚石刀具产生急剧磨损.     

单晶金刚石晶体的机械研磨

为研究单晶金刚石晶体机械研磨过程中表层材料的去除机理，首先从理论上分析了单晶金刚石晶体在机械研磨过程中表层材料发生塑性变形的临界条件，并利用原子力显微镜对研磨后的（110）晶面和（100）晶面进行观测，发现两个晶面沿易磨方向〈100〉和难磨方向〈110〉研磨时的研磨表面都存在塑性变形后的纳米沟槽，表明表层材料实现了望性方式去除，但在相同的晶面和扫描范围内，沿易磨方向研磨的表面塑性沟槽数目少，表面波纹明显；而难磨方向的研磨表面塑性沟槽数目多，所获得的表面粗糙度低，对（110）晶面和（100）晶面各个研磨方向的最大塑性沟槽深度比较的结果表明，两个晶面的最大塑性沟槽深度具有显著的各向异性。     

硬脆及黑色金属材料的单点金刚石车削加工技术综述

单点金刚石车削技术是产生纳米特征表面的光学元件重要制造工艺之一。此加工技术在空间科学、生物医学工程、军事、国防和光学等领域有着广泛的应用。然而,金刚石刀具在切削硬脆和黑色金属材料时受到限制,如刀具磨损加剧、刀具寿命缩短以及工件表面加工质量降低等。为了减少刀具磨损和提高工件表面加工质量,相关学者提出了不同的解决方案,将从单点金刚石车削辅助工艺、工件改性、刀具性能改善和超硬材料及刀具方面梳理面向提高硬脆和黑色金属材料加工质量的单点金刚石车削加工技术相关研究,分析当前各种加工技术的优势与局限,提出未来将多种能场辅助的单点金刚石车削技术和基于聚焦离子束改性的金刚石刀具技术作为研究的重点。     

基于有限元法分析超精密切削中的摩擦问题

基于更新的拉格朗日公式,建立了热-机械耦合的平面应变大变形正交切削模型.根据此模型,对金刚石车削过程中的摩擦问题进行了仿真研究.对两种摩擦模型仿真所得的切削力与实验数据进行了比较,验证了前刀面上的摩擦状态应是粘结-滑移摩擦同时存在,并研究了刀具摩擦系数各向异性对超精密切削中切屑变形、切削力、剪切角的影响.     

微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的测量及评价

为实现对微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的评价,提出了一种基于高分辨率扫描电镜图像的评价方法,并对刀尖圆弧轮廓提取、轮廓曲线拟合、圆弧度评价等算法进行了研究.首先,运用Canny边缘检测算子提取刀尖圆弧图像的二维轮廓数据,并用移动最小二乘法对该数据进行拟合,使所提取轮廓光滑化;接着,建立了基于最小二乘准则的刀尖圆弧评价模型,并采用二次序列规划法对模型进行求解;最后,分析了轮廓拟合误差、测量不垂直度误差对刀尖圆弧评价结果的影响,并计算了刀尖圆弧半径及圆弧度不确定度值.实验结果表明所评价微圆弧金刚石刀具的刀尖圆弧半径为30.213μm,圆弧半径不确定度为351 nm,圆弧度为0.114μm,圆弧度不确定度为24 nm.由评价结果可以看出,本文所提出的方法可以实现微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧纳米级精度的测量及评价.     

Elastic-plastic finite element simulation for diamond turning process

Diamondturningprocessischaracterizedbyhigh dimensionalaccuracyandgoodsurfaceintegrityandhasbeenappliedinmanyadvancedindustrialfields,such ascomputer,automobile,opticsmanufacturing,etc.Usingthistechnology,thesoftmetal,suchasalumi numorcopperoritsalloys,can…     

金刚石刀具技术的发展状况

介绍了应用人工目测法、X射线法和激光法进行金刚石刀具晶体定向的技术，论述了传统的机械研磨、热化学抛光、无损伤机械化学抛光、化学辅助机械抛光与光整等多种金刚石刀具刃磨工艺方法及其刃口检测技术的发展状况，并对各种相应的检测技术作了比较。最后，论述了金刚石刀具刃磨的材料去除机理，对我国金刚石刀具技术发展状况进行了评述和展望。     

天然金刚石晶体的真空热化学腐蚀工艺

为了给天然金刚石刀具的使用寿命延长提供一种全新的技术方法,提出了基于纳米氧化铜的真空热化学腐蚀新工艺,用于后处理机械刃磨工艺加工的天然金刚石晶体．实验结果表明,当真空环境温度为100 ℃时,天然金刚石晶体表面受损碳原子和纳米氧化铜发生氧化、还原反应．随着腐蚀时间的增加,天然金刚石晶体的表面粗糙度缓慢降低,呈现微弱的平坦化趋势．当真空环境温度为200 ℃时,2 h的热处理时间为最佳．此过程中天然金刚石晶体表面受损碳原子和纳米氧化铜发生氧化、还原反应,同时伴随受损碳原子的退火修复作用,因此30 nm压痕深度下的表面微硬度和弹性模量值达到最大．随着腐蚀时间增加,表面微硬度和弹性模量反而下降．     

金刚石刀具刃口的动态微观机械强度各向异性评价方法

为了评价金刚石刀具刃口动态微观机械强度的各向异性,对金刚石晶体的动态微观机械强度进行了理论建模,包括抗拉、剪切和抗压强度.通过比较分析动态微观机械强度的各向异性分布特征,提出了基于金刚石晶体动态微观抗拉强度的刀具刃口微观机械强度各向异性评价新方法,即刀具刃口强度评价因子.刀具刃口强度评价因子越高,其对应的刀具刃磨质量或刀具耐用度就越好.最后,分别采用刃磨工艺实验和刀具耐用度实验对刃口强度评价因子的评价适用性进行了验证,实验数据和理论分析结果具有很好的一致性.