超硬V形槽結構精密磨削加工應力仿真及實驗研究.pdf

1、目前，隨著微結構表面光學元件的應用越來越廣泛，對光學元件表面的質量要求及需求也日益提高。實現(xiàn)微結構表面光學元件的大批量生產的最佳途徑是將超精密加工技術和復制加工技術相結合，利用超精密加工技術加工用于復制的微結構模具。因此微結構模具的表面與亞表面質量，會直接影響到光學元件的性能，而對難加工的超硬模具，目前最好的方法是應用超精密磨削方法在塑性域進行加工。微結構模具超精密磨削中產生的復雜應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形槽結構磨削進行研究，利用ABAQUS有限元分析軟件對V形槽結構磨削機械殘余應力進行仿真；進行V形槽結構磨削實驗，并利用磁流變拋光對磨削的V形槽結構進行無損拋光后觀察表層亞表層損傷。本文以V形槽結構磨削加工應力仿真及實驗研究為目標，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力-應變公式，建立了材料本構模型；
　　（2）對SiC、Si3N4及WC三種材料進行了V形槽結構磨削加工實驗，基于回歸分析法結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形槽結構磨削加工磨削力模型；
　?。?）建立了 V形槽結構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、究了機械殘余應力的形成過程。對仿真結果分析總結得出了SiC、Si3N4及WC三種材料V形槽結構磨削加工殘余應力的分布規(guī)律，以及磨削用量對殘余應力大小的影響規(guī)律；
　?。?）最后，對SiC和Si3N4兩種材料進行V形槽結構磨削實驗，驗證了磨削力模型的正確性。同時，采用磁流變拋光法對V形槽結構進行無損傷拋光，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、側面及槽底進行觀測，分析總結出SiC和Si3N4兩種材料V