單晶零件微尺度切削磨削工藝理論與關鍵技術研究

《單晶零件微尺度切削磨削工藝理論與關鍵技術研究》是依託東北大學，由鞏亞東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單晶零件微尺度切削磨削工藝理論與關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鞏亞東
• 依託單位：東北大學

中文摘要

本項目以滿足在多領域日益廣泛套用的單晶零件加工需求為主要目標，以解決微型複雜、異型單晶零件微尺度切削、磨削加工關鍵技術為目的，針對目前單晶零件磨削加工缺少工藝實驗參數和加工質量檢測評價方法以及加工過程產生再結晶等缺陷和問題，系統研究單晶零件微尺度切削磨削加工新工藝機理和關鍵技術；針對單晶零件的特殊結構性能，採用橋域（BD）的多尺度理論，建立單晶零件微尺度切削磨削多尺度的仿真模型，進行其加工機理的模擬仿真，探究其材料去除機理、表面生成過程和工件材料微觀結構效應影響等問題；創新提出多種材料單晶零件新的工藝設計、微尺度切削磨削參數最佳化、工藝方案最佳化方法；研究適合單晶零件微磨削工具的設計、最佳化和製備；給出防止單晶零件微尺度磨削產生再結晶和晶粒生長的工藝措施和磨削加工表面檢測與評價方法。本課題的研究成果將為提高單晶零件微尺度機械加工產品的質量和推動其套用起到重要的促進作用

結題摘要

項目針對單晶零件加工機理與普通多晶材料零件加工沿晶界剪下滑移機理不同的問題，開展了單晶零件微尺度切削磨削加工機理和關鍵技術基礎研究。採用基於分子動力學的橋域多尺度理論進行單晶零件微尺度切削磨削機理仿真研究方法，構建了單晶零件微尺度加工分子動力學模型和包含具備基本物理特性的精確原子仿真模型。利用晶體中原子的鍵角分析方法，討論了缺陷原子的種類，依據勢能函式來描述分子間的接觸和分子間的力進行仿真分析。研究了加工過程中工件原子的能量分布，從加工過程中原子的勢能變化方面解釋了原子的去除和加工表面的形成過程，分析了微納加工中切削力的本質來源。基於單晶零件微尺度銑削磨削機理仿真結果分析和實驗觀測，研究了鎳基單晶高溫合金髮生塑性變形的主要形式。通過切削力和切屑形態以及缺陷的產生與演化，影響切削力變化的缺陷結構，系統溫度分布情況，加工表面的殘餘應力等來考察加工機理，進而揭示單晶零件的銑削磨削加工機理。 選擇典型的塑性和脆性材料製備出單晶零件，確定合理的實驗研究方案，採用不同尺寸和不同鍍層磨粒的微尺度銑刀和微磨具對多種不同材料單晶零件進行大量微尺度銑削磨削工藝實驗和系統的工藝最佳化研究以及對比工藝實驗研究。創新提出單晶零件的加工工藝、微尺度切削磨削參數和工藝方案最佳化方法，通過正交實驗極差分析和方差分析得到了各因素對微銑削磨削加工影響的相關性，並最佳化了不同單晶零件的加工參數。分析了單晶零件微尺度銑削磨削加工產生再結晶的特點和主要影響因素，對鎳基單晶高溫合金等多種材料單晶零件在微尺度磨削過程中發生再結晶機制和條件進行了研究，給出防止單晶零件微尺度磨削產生再結晶的工藝措施。依據不同磨削參數下的微磨削試驗，分析了微磨具的磨損對加工表面質量和磨粒磨損機制，給出微尺度磨削磨具磨損評價的方法。項目研究工作和成果對於單晶零件加工工藝套用具有重要意義。