單晶硅超精密切削裂紋擴(kuò)展過(guò)程離散元仿真.pdf

1、金剛石刀具超精密切削單晶硅的過(guò)程中，由于刀具磨損、材料內(nèi)部缺陷、外部加工條件等因素的制約，切削過(guò)程時(shí)常伴隨著脆性去除方式，以致切削刃附近區(qū)域常出現(xiàn)很多微裂紋，一旦這些微裂紋擴(kuò)展到已加工表面甚至亞表面，將嚴(yán)重影響工件加工表面質(zhì)量。弄清楚裂紋擴(kuò)展的機(jī)理并對(duì)其加以有效的控制，對(duì)于提高工件質(zhì)量具有十分重要的意義，然而切削裂紋擴(kuò)展過(guò)程、機(jī)理及影響因素至今仍未揭示清楚。為此，本文以單晶硅為研究對(duì)象，采用離散元仿真手段，對(duì)切削過(guò)程中單晶硅表面及亞表面

2、裂紋的擴(kuò)展過(guò)程及晶體缺陷、加工參數(shù)等因素對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響進(jìn)行了分析。
　　主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）為分析超精密切削單晶硅表面及亞表面裂紋擴(kuò)展過(guò)程，同時(shí)為保證模型的準(zhǔn)確性，建立了帶有切削刃鈍圓半徑和刀具與工件摩擦系數(shù)的單晶硅超精密切削離散元仿真模型。為便于觀察裂紋擴(kuò)展程度，對(duì)上述模型進(jìn)行了分層處理，并進(jìn)行切削仿真。提出了適用于PFC2D軟件的應(yīng)力計(jì)算方法，并結(jié)合切削過(guò)程中殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理對(duì)該方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。而后，

3、從能量和應(yīng)力的角度對(duì)切削過(guò)程中表面及亞表面裂紋的擴(kuò)展過(guò)程及伴隨的現(xiàn)象進(jìn)行了分析。
　?。?）為分析表面微裂紋和內(nèi)部微空洞兩種晶體缺陷對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響，建立了分別帶有微裂紋及微空洞缺陷的單晶硅超精密切削離散元仿真模型，并進(jìn)行切削仿真。以裂紋數(shù)量及裂紋層平均深度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，分析了上述兩種缺陷對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響，并從能量和應(yīng)力的角度分析了其影響裂紋擴(kuò)展的原因。
　　（3）以裂紋數(shù)量、裂紋層平均深度、裂紋出現(xiàn)前的切削距離等參數(shù)為量化標(biāo)