玻璃器件微纳尺度塑性域铣削原理与技术研究

摘要

玻璃等脆性材料的铣削是一个复杂的热力耦合过程，在玻璃铣削过程中，铣削热主要来源于铣削区的弹塑性变形、刀具与切屑和工件之间的摩擦等方面，铣削热必然引起铣削温度的升高，致使刀具磨损程度加快。铣削力是表征铣削过程最重要的物理量，铣削力的变化直接影响到铣削加工过程中精度、刀具磨损和加工表面的精度。许多学者开展对硬脆材料的塑性铣削机理研究大部分停留在对铣削力的研究上，对铣削温度因素考虑基本空白。本课题采用多尺度关联的方法开展对塑性铣削机理及技术研究具有重要的意义。
　　本文在微尺度条件下对球头铣刀铣削石英玻璃展开分析与研究具体如下：
　　首先通过高速铣削过程力学分析，将高速铣削时具备的因素考虑到铣削过程中去，建立犁耕区域的铣削力模型，其主要创新点在于考虑到了玻璃材料的部分弹性恢复，模型中考虑了低速加工没有的因素，其可以作为研究高速铣削力的理论依据。
　　其次建立铣削区域玻璃温度场模型，由平面磨削机理作为启发，利用热源法及铣削玻璃时发热特点得到了玻璃温度场模型，利用热源法可以得出最简单形式解，并且在某点位计算结果与实际结果比较接近，所以得出的铣削温度场可以作为计算铣削玻璃温度的理论依据。
　　再次将两者模型用多尺度关联的方法耦合，从玻璃材料的内部结构出发，在氧硅离子半径变化和迁移行为角度两方面分析研究，进而得出新的铣削机理。
　　最后在自主研发的实验平台上，使用硬质合金球头铣刀对石英玻璃进行干式高速微铣削槽正交实验，得出铣削力与铣削温度随着各个参数变化规律，且对铣削力模型通过Matlab软件进行了模型准确性仿真分析。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外发展研究现状及动态分析

1.3 本文做的主要工作

第二章 球头铣刀铣削力建模

2.1引言

2.2 螺旋刃球头铣刀几何建模

2.3球头铣刀铣削力模型的建立

2.4 本章小结

第三章 铣削温度场建模及理论分析

3.1 引言

3.2 铣削温度场理论基础

3.3 铣削温度场解析

3.4 本章小结

第四章 玻璃器件铣削加工机理分析

4.1引言

4.2 硬脆材料铣削加工机理

4.3玻璃器件相变角度下铣削原理分析

4.4 本章小结

第五章 硬脆材料球头铣刀铣削实验研究

5.1引言

5.2玻璃材料微铣削正交实验设计

5.3实验条件建立

5.4石英玻璃材料塑性域铣削实验及分析

5.5铣削力模型验证

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果