KDP晶体各向异性特性分析及切削过程仿真

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liaoquanya
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KDP晶体作为一种优异的非线性光学晶体,广泛应用于激光和非线性光学领域,而KDP晶体具有各向异性、质软、易潮解、脆性高、对温度变化敏感和易开裂等不利于光学加工的特点,其零件是公认的最难加工的光学零件之一。目前国际上通常采用单点金刚石车削的方法(SPDT)对KDP晶体进行塑性模式加工。因此对KDP晶体塑性域力学特性和各向异性对切削力及加工表面质量的影响进行深入研究具有重要的意义。本文首先利用自行提出的球形纳米压痕实验,得到KDP晶体的屈服应力及应力-应变曲线;同时通过纳米划痕试验研究KDP晶体(001)晶面上不同晶向的摩擦系数。建立三维有限元球形压痕模型,将仿真结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。为研究KDP晶体各向异性对切削加工的影响,本文根据所获实验参数建立了KDP晶体的三维各向异性有限元切削模型,利用该模型模拟不同晶面及不同晶向切削状态下的切削过程,分析不同晶面切削时切削力随切削晶向的变化规律,研究发现:在KDP晶体(100)晶面和(001)晶面切削时其切削力显示出强烈的各向异性,变化规律为180°内两个变化周期,且切削力的大小及波动幅度都不一样;在(110)晶面切削时其切削力并不受晶向变化影响,呈各向同性,其结果与理论计算的剪切角变化规律吻合较好。采用不同刀具前角进行切削过程仿真,研究其对切削力波动及切削区拉应力分布的影响,结果表明:刀具前角越小越能够抑制由各向异性引起的切削力波动,且切削区拉应力也随之变小,越利于KDP晶体的塑性切削;同时根据不同晶面不同晶向上切削力的波动规律,得出了超精密铣削KDP晶体时的最佳切削晶向。最后在自行研制的亚微米超精密车床上对KDP晶体进行了车削实验研究,结果表明:车削时由材料各向异性引起的切削力波动十分明显,其规律符合仿真得出的切削力各向异性的波动规律;由测得的表面粗糙度各晶向的波动规律和切削力的波动规律一致,实验结果与仿真相符合。
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