單晶硅超精密切削裂紋擴展過程離散元仿真.pdf

1、金剛石刀具超精密切削單晶硅的過程中，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，切削過程時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，一旦這些微裂紋擴展到已加工表面甚至亞表面，將嚴重影響工件加工表面質(zhì)量。弄清楚裂紋擴展的機理并對其加以有效的控制，對于提高工件質(zhì)量具有十分重要的意義，然而切削裂紋擴展過程、機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象，采用離散元仿真手段，對切削過程中單晶硅表面及亞表面

2、裂紋的擴展過程及晶體缺陷、加工參數(shù)等因素對裂紋擴展的影響進行了分析。
　　主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）為分析超精密切削單晶硅表面及亞表面裂紋擴展過程，同時為保證模型的準確性，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。為便于觀察裂紋擴展程度，對上述模型進行了分層處理，并進行切削仿真。提出了適用于PFC2D軟件的應力計算方法，并結(jié)合切削過程中殘余應力產(chǎn)生機理對該方法的準確性進行了驗證。而后，

3、從能量和應力的角度對切削過程中表面及亞表面裂紋的擴展過程及伴隨的現(xiàn)象進行了分析。
　?。?）為分析表面微裂紋和內(nèi)部微空洞兩種晶體缺陷對裂紋擴展的影響，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，并進行切削仿真。以裂紋數(shù)量及裂紋層平均深度為衡量標準，分析了上述兩種缺陷對裂紋擴展的影響，并從能量和應力的角度分析了其影響裂紋擴展的原因。
　　（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