磷锗锌晶体脆塑转变临界切削深度的研究

为实现磷锗锌(ZnGeP2)晶体超精密切削,提高表面加工质量,获得纳米级的超光滑表面,基于纳米压痕实验计算出磷锗锌晶体表面脆塑转变临界深度.在此深度内切削材料产生脆塑转变,并以塑性方式去除.在此基础上,采用单点金刚石飞切机床DFC600A开展磷锗锌晶体超精密切削.通过控制切削深度低于磷锗锌晶体脆塑转变临界深度,使材料表...     

硬脆光学晶体材料超精密切削理论研究综述

硬脆光学晶体材料在航空航天、光学和光电子等领域得到了广泛应用,其超精密切削加工技术越来越受到重视,从切削模型、脆塑转变机理和研究方法等三个方面介绍了硬脆光学晶体材料超精密切削技术的发展和国内外研究现状,并对今后的研究方向作了阐述。     

基于分子动力学单晶锗的切削特性分析

单晶锗属于硬脆性光学晶体材料,这类材料脆性大、易解理。由于硬脆光学材料精密成形工艺性能差、晶格的各向异性和脆塑转变机理的存在,导致对其切削加工时,加工表面易产生裂纹和凹坑等缺陷,这就严重影响其表面质量,而分子动力学模拟则完全可以克服在超精密加工过程中的试验、计算和分析等这些困难。利用分子动力学模拟对切削过程进行研究,可得出理想的加工表面质量。     

超精密磨削YAG晶体的脆塑转变临界深度预测

钇铝石榴石（YAG）晶体是制造固体激光器的重要材料,超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法,研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用。为了实现YAG晶体低损伤磨削加工,获得高质量表面,基于弹塑性接触理论和压痕断裂力学,通过分析单磨粒划擦作用下材料表面的变形过程,考虑材料的弹性回复、微观下力学性能的尺寸效应,建立了脆塑转变临界深度的预测模型,并计算得到YAG晶体的脆塑转变临界深度为66.7 nm。在此基础上,通过不同粒度砂轮超精密磨削YAG晶体试验对建立的脆塑转变临界深度预测模型进行验证,并计算不同粒度砂轮在相应工艺条件下的磨粒切深。结果表明,磨粒切深高于脆塑转变临界深度时,YAG晶体磨削表面材料以脆性方式被去除,磨削表面损伤严重;磨粒切深低于脆塑转变临界深度时,磨削表面材料以塑性方式被去除,能够获得高质量磨削表面,加工表面粗糙度达到1 nm。建立的脆塑转变临界深度预测模型能够为YAG晶体的低损伤超精密磨削加工提供理论指导。     

KDP晶体微塑性域增强金刚石切削方法研究

针对KDP在SPDT切削过程中容易产生凹坑、划痕、裂纹等表面缺陷问题,提出利用热激励的方式增大KDP晶体塑性切削域深度,降低各向异性、机床运动误差、环境振动等因素对加工过程的影响,进而提高SPDT切削加工过程稳定性的方法。通过纳米压痕试验获得了KDP晶体表面在不同温度状态下的硬度和脆塑性转变深度变化规律,并在SPDT机床上采用金刚石刀具开展了KDP晶体飞切划痕实验,进一步验证了适当提高KDP晶体温度可以增大KDP晶体脆塑性转变临界切削深度。在此基础上,对KDP晶体开展了不同温度状态下的切削实验,实验结果表明在相同工艺参数下,随着温度的升高,表面粗糙度Sa值从3.2nm降低至1.6nm。     

光学玻璃塑性域切削试验研究

对光学玻璃材料BK7进行压痕试验及超声振动变切深刻划试验.通过对BK7表面垂直加载不同的载荷,观察分析不同的载荷下材料表面的变形形式得到了材料分别发生塑性变形,脆塑转变,脆性破坏时的垂直载荷的范围和切削深度的范围.利用超声振动系统对试件进行变切深刻划试验,得到了材料由塑性切削到脆性破坏的连续变化过程的表面形貌.实验结果表明超声振动切削有效提高了临界切削深度.     

碲锌镉晶片的超精密飞切减薄工艺研究

运用晶体材料的脆塑转变理论,建立了碲锌镉晶体材料生长晶面(111)面上的脆塑转变临界切削深度模型。然后通过碲锌镉典型样件(111)晶面的超精密飞切铣削实验进行了弧形槽结构的检测和分析,获得了碲锌镉晶体材料(111)晶面的脆塑转变临界切削深度数值。并确定了切削单晶碲锌镉材料时的最佳飞切晶向,实现了飞切方向和最小切削厚度值的匹配。最后通过组合夹具的使用,进行了超精密飞切减薄试验,实现了一整套晶体材料的超精密飞切减薄加工工艺。     

铍材料塑性域微细铣削加工机理及工艺

通过定量计算求得铍材料实现脆塑转变的临界切削厚度;通过对微细铣削切削力的检测、加工表面的形貌特征表征,探讨影响铍样品微细铣削加工脆塑转变过程的裂纹衍生扩展与微量切屑粘结机理;根据该机理,利用微细铣削加工工艺,在刀具切入侧实现铍样品的塑性加工,并获得了良好的表面质量。     

各向同性热解石墨超精密车削加工机理研究

通过各向同性热解石墨的纳米印压试验结果分析,并结合基于晶体结构和压头形状的应变梯度理论研究,计算出各向同性热解石墨材料发生脆塑性转变的临界切削厚度,其临界切削厚度在(335.63～1343.15)nm之间,在此范围内各向同性热解石墨材料发生了脆塑性转变,主要以塑性方式去除为主.根据脆性材料超精密切削中的脆塑性转变机理,建立了各向同性热解石墨超精密车削加工模型,并通过超精密车削试验对研究结果进行验证,表明了所建立超精密切削模型的准确性.     

易解理氧化镓晶体微尺度力学行为试验研究

为了探寻单晶氧化镓晶体超精密加工的易切削方向以及临界切削深度,将单晶氧化镓晶体(100)晶面和(010)晶面等角度划分成24等份,对每个方向上用Berkovich金刚石压头进行纳米压痕试验、用Cube金刚石压头进行纳米压痕和划痕试验。试验结果表明,在(100)晶面120°方向上脆塑转变临界切深最大,为623 nm左右,此时脆塑转变临界载荷为29.4 mN;在(010)晶面105°方向上脆塑转变临界切深最大,为686 nm左右,此时脆塑转变临界载荷为20.0 mN。氧化镓晶体存在强烈的各向异性,其中(010)面各向异性较为强烈。对比硬度、弹性模量、断裂韧度和相对脆塑转变临界切深随方向的变化趋势,结合各方向的划痕试验结果可以看出,氧化镓晶体(010)面为易加工晶面,105°方向为易加工方向。