《硬脆材料微磨削材料去除機理與延性域加工方法研究》是依託東北大學，由程軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：硬脆材料微磨削材料去除機理與延性域加工方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程軍
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
硬脆材料微零件與微結構元件目前越來越廣泛的套用於國防、航空航天、生物工程、微電子等重要領域，研究硬脆材料的微磨削材料去除機理及延性域加工方法，實現高精度高表面質量的硬脆材料微結構元件的高效加工對我國極具戰略意義。本項目針對硬脆材料微磨削過程建立理論模型與FEM仿真模型，進行理論模型推導與數值仿真結果的比較分析驗證；基於聚焦合成開發一種新型高效的微磨棒磨粒三維出刃形貌表征方法並針對實驗用微磨棒進行形貌表征；進行典型硬脆材料的微磨削實驗並以實驗結果為基礎分析其表面質量影響因素及影響規律；通過理論分析與實驗研究進行硬脆材料微磨削延性域加工方法的探討，獲得不同硬脆材料的微磨削臨界加工條件。本項目研究成果將會對國內微磨削研究領域提供原創性理論成果貢獻，並爭取對硬脆材料的微磨削研究達到國際先進水平，部分成果可以加速國內重要微結構元件製造與套用進程，同時對國內相關產業的加工工藝提高起到顯著作用。
結題摘要
本項目分析了硬脆材料微磨削材料去除機理、提出其應為脆性去除與延性去除的綜合作用，並就硬脆材料微磨削中材料去除過程與傳統磨削方式的不同建立微磨削表面形成模型。為揭示硬脆材料微磨削過程的表面形成機理，以及驗證本文所提出的微磨削未變形切屑厚度hm與微磨削表面粗糙度Ra計算模型的科學性和準確性，針對鈉鈣玻璃這一典型硬脆材料設計了正交微磨削試驗，就試驗結果進行了硬脆材料微磨削表面形貌分析，討論了硬脆材料微磨削表面影響因素以及影響規律。最後，基於試驗數據結果對本文所建立微磨削模型的科學性進行了驗證，並通過試驗獲得了微磨削後表面粗糙度Ra從78 nm至0.98 μm的一系列表面，為硬脆材料微磨削表面形成機理研究提供了理論參考與試驗依據。引入微尺度效應係數Md、延性域係數與延-脆性域係數ζ0與ζ1，針對硬脆材料特性提出微磨削延性域，延-脆性域複合臨界條件模型。基於精密微磨削工具機進行鈉鈣玻璃與單晶矽這兩種典型材料的微尺度槽磨磨削試驗，通過對試驗結果分析得出兩種材料微磨削表面裂紋變化規律。基於實際試驗數據結果對提出的硬脆材料微磨削複合臨界條件模型進行驗證，證明了所提出模型的科學性。分別給出鈉鈣玻璃與單晶矽的延性域與延-脆性域微磨削加工參數a0與a1，為硬脆材料微磨削延性域臨界磨削條件研究提供了理論參考與試驗依據。引入微尺度效應係數Md、延性域係數與延-脆性域係數ζ0與ζ1，針對硬脆材料特性提出微磨削延性域，延-脆性域複合臨界條件模型。基於精密微磨削工具機進行鈉鈣玻璃與單晶矽這兩種典型材料的微尺度槽磨磨削試驗，通過對試驗結果分析得出兩種材料微磨削表面裂紋變化規律。基於實際試驗數據結果對提出的硬脆材料微磨削複合臨界條件模型進行驗證，證明了所提出模型的科學性。分別給出鈉鈣玻璃與單晶矽的延性域與延-脆性域微磨削加工參數a0與a1，為硬脆材料微磨削延性域臨界磨削條件研究提供了理論參考與試驗依據。另外，本項目提出並建立考慮晶格效應的以單晶矽為代表的硬脆晶體材料微細結構超精密磨削時的磨削力分析模型。通過試驗獲得單晶矽當hm低於晶格常數時的微磨削力變化情況，給出hm與微磨削力F對應關係的變化規律及經驗公式。與企業合作試開發了一種新型金剛石微鑽磨具並申請發明專利，將本項目提出的一種新型微細磨削加工方法進行了試套用。本項目研究成果對國內微磨削研究領域做出了原創性理論貢獻，部分成果達到國際先進水平。
