1 重庆大学 机械与运载工程学院，重庆400044
2 中国科学院 光学系统先进制造技术重点实验室，吉林长春130033
3 哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001
反应烧结碳化硅（Reaction Bonded SiC， RB-SiC）因具有密度小、导热系数大、热稳定性好等优异性能，被公认为是理想的空间大型反射镜制造材料。然其成形后在表面精密加工过程中易引入加工损伤，故本文开展柔性刻划实验，探究砂带柔性磨削工艺对该材料加工性能的影响。通过刚性/柔性两种接触状态下单颗金刚石磨粒刻划RB-SiC材料的对比实验研究，获得柔性刻划下平均亚表面损伤率为0.677，而刚性刻划下为0.823。基于此，开展不同法向压力、磨粒角度、刻划速度等条件下的正交刻划实验研究，结果表明，法向压力与磨粒角度对材料损伤的影响更为重要；同时，随着法向压力的增大、磨粒角度的减小以及刻划速度的增大，材料损伤程度增加。最后，通过多颗金刚石磨粒刻划实验研究，得出结论：与单颗金刚石磨粒刻划相比，材料表面无严重破碎及损伤，且亚表面损伤层深度小于10 μm。该研究将为砂带柔性磨削加工反应烧结碳化硅材料提供基础指导。
反应烧结碳化硅 金刚石磨粒 损伤 刻划力 RB-SiC diamond grain damage scribing force 光学 精密工程
2022, 30(14): 1704
哈尔滨工业大学 机电工程学院 黑龙江 哈尔滨 150001
主要研究不同加工深度及压头形状刻划条件下反应烧结碳化硅(RB-SiC)陶瓷脆性去除特征和刻划力波动行为之间的关系。采用半径分别为400 nm的金刚石玻氏压头以及8.7 μm的圆锥压头进行恒切深刻划, 并利用扫描电子显微镜对刻划后的SiC陶瓷表面进行测量。最后, 通过Daubechies小波进行横向力和切向力信号分解, 并结合划痕表面损伤形式, 给出不同细节信号及近似信号与加工损伤的联系。实验结果表明：对于圆锥压头, 随着加工深度的增大, 表面形貌为塑性挤出、微破碎和大面积表面破碎共存的形式。此外, 在脆性断裂去除情况下, 随着压头尖端半径的减小, 破碎程度增加且刻划力信号能量由低频段逐渐扩散到整个频域。同时低频段的能量逐渐占据主要地位。不同程度的表面微破碎及边缘微破碎对刻划力细节信号分量贡献较大。反应烧结碳化硅结构本身差异以及缺陷引起的大面积断裂是刻划力波动能量的主要来源, 而且随着加工深度的增大而增大。
脆性断裂 小波分析 刻划力 玻氏压头 圆锥压头 RB-SiC RB-SiC brittle fracture wavelet analysis scratch force Berkvoich indenter conical indenter
