【摘 要】
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随着激光惯性约束核聚变技术的日益发展,对KDP光学元件的精度要求越来越高.而KDP晶体属于难加工的软脆材料,因此它的加工一直是限制激光核聚变装置发展的瓶颈技术之一.目前,
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随着激光惯性约束核聚变技术的日益发展,对KDP光学元件的精度要求越来越高.而KDP晶体属于难加工的软脆材料,因此它的加工一直是限制激光核聚变装置发展的瓶颈技术之一.目前,国际上通常采用超精密铣削的方法(SPDT)在KDP晶体的塑性模式下对其进行加工.因此,对KDP晶体塑性域切削机理及表面质量的影响因素进行深入研究具有重要的理论意义与实用价值.该文在总结前人成果的基础上,首先论证采用维氏压痕实验和三维有限元仿真结合的方法得出材料塑性参数的可行性.然后建立了三维有限元模型,与压痕实验得到的数据进行拟合,得出KDP晶体的屈服极限和切线模量等塑性参数,并分析了压痕实验过程中的应力分布和应力性质.结果证明,这种方法是得到脆性材料塑性特性的有效途径.使用得到的材料特性,通过ANSYS模拟KDP晶体切削时切削区的拉应力分布,拉应力越小越利于切削,得出对KDP晶体进行超精密铣削时最佳的刀具前角为-40°左右,与实验值相吻合.再者,该文还通过维氏压痕实验研究KDP晶体的各向异性,结合有限元仿真分析了同一个晶面上KDP晶体的塑性各向异性.另外,建立了KDP晶体塑性域切削的动态有限元切削模型,并验证了它的可靠性.用这个模型首先研究各种刀具前角对切屑形成及已加工表面质量的影响,发现刀具前角对切削力、切屑以及切削区应力分布都有明显的影响,总结了其中的规律.改变切削厚度进行仿真,发现切削厚度对切削力有很大影响,切削区应力分布也随切削厚度变化而变化.最后,对固定刀具刃口半径下KDP晶体的最小切削厚度进行了研究,结果与理论推导值吻合,进一步验证了切削模型的正确性.
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