单晶硅超精密切削仿真与实验研究

《单晶硅超精密切削仿真与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文单晶硅超精密切削仿真与实验研究SIMULATIONANDEXPERIMENTOFULTRA-PRECISIONCUTTINGSINGLECRYSTALSILICON朱帮迎哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG506.9学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文单晶硅超精密切削仿真与实验研究硕士研究生：朱帮迎导师：孙雅洲副教授申请学位：工程硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG506.9U.D.C:621DissertationfortheMa

2、sterDegreeinEngineeringSIMULATIONANDEXPERIMENTOFULTRA-PRECISIONCUTTINGSINGLECRYSTALSILICONCandidate：ZhuBangyingSupervisor：AssociateProf.SunYazhouAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July

3、,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要单晶硅等脆性材料在红外光学、微机械等高科技领域的应用日益广泛。目前单晶硅片主要采用研抛工艺进行加工，而金刚石超精密切削技术展现出了巨大的优势和前景，是一种低表面损伤、高效率的加工方式。单晶硅属于硬脆材料，获得光滑表面的关键是控制条件实现脆塑转变，从而使材料以塑性域切削方式去除。虽然学者们通过切削试验成功实现了单晶硅的塑性域切削，但是由于试验成本高、加工过程非常复杂，单晶硅的超精密切削技术仍然未能实现工程应用。并且单晶硅存在各向异性，

4、确定的脆塑转变切削厚度对实现脆塑转变从而切削出一致光滑的表面至关重要。本文结合理论预测、仿真分析、试验检测的方法获取单晶硅脆塑转变切削厚度，基于此进行单晶硅端面车削试验获得一致光滑的加工表面，研究成果对于深入理解硬脆材料超精密切削加工过程具有重要意义。进行单晶硅纳米压痕实验，测定材料的基本力学性能参数，并绘制载荷-位移曲线；通过最大未变形切屑厚度模型、脆塑转变切削厚度和最小切削厚度的分析，确定实现塑性域切削的切削厚度判断条件；建立脆性材料切削模型，进行切削力和脆塑转变切削厚度的理论预测。结合有限元软件确定单晶硅材料模型参数并建立仿真模型。通过有限元仿真分析了切削参数和刀具前角的变化对切削

5、力的影响，通过分析切削厚度对应力分布和切屑形成的影响，判断脆塑转变的切削厚度范围。采用扩展有限元法分析切削初始和切削过程中的裂纹产生规律；建立变切削深度三维切削模型，仿真切削厚度的变化引起单晶硅的脆塑转变，并确定脆塑转变切削厚度的范围。通过超精密车床进行单晶硅片的飞切试验，确定脆塑转变切削厚度范围和变化规律，验证仿真的合理性；针对单晶硅切削的各向异性现象进行不同方向的飞切试验，总结脆塑转变切削厚度的各向异性；根据脆塑转变切削厚度和最大未变形切屑厚度模型进行切削参数的选择并进行单晶硅端面车削试验，最终获得一致光滑的加工表面。关键词:单晶硅；超精密切削；脆塑转变；有限元仿真；飞切实验-I-哈

6、尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSinglecrystalsiliconandotherbrittlematerialsarewidelyusedininfraredrayopticalcomponents,micro-mechanicalandotherhigh-techareas.Astothemethodsofprocessingthesinglecrystalsilicon,polishingaftergrindingwereadoptnowadays.However,thesinglepointdiamondturningshowsahugeadvantageofc

7、ausinglesssurfacedamageimprovingtheefficiencyandsoon.Singlecrystalsiliconbelongstohardandbrittlematerials,andtheDBT(ductiletobrittletransition)isthekeytoachieveductileregimecuttingandobtainthesmoothsurface.Althoughscho