玻璃材料切削的离散元模拟及划痕实验研究

随着尖端科技的发展与进步，玻璃材料广泛应用于光通讯、光电子、航空、仪器仪表等高科技领域。玻璃材料具有硬度高、脆性大的特点，常使用磨削的方法来对其加工。然而磨削及抛光等加工玻璃材料效率低、成本高，且无法加工复杂曲面工件，所以切削成为加工玻璃材料的一种新方法，前人也对切削玻璃做了一定的研究。结合前人的研究成果及超精密切削加工技术，本文采用一种离散元法来模拟其加工过程。论文主要作了以下几个方面的内容： 1)通过离散元PFC2D软件的内置fish程序建立soda lime玻璃离散元模型，并通过用单轴压缩试验、三点弯曲试验、巴西劈裂试验对soda lime玻璃的力学性能参数值进行了校准，得到了与soda lime玻璃力学性能相匹配的二维离散元模型，并验证了离散元方法模拟soda lime玻璃的可行性。 2)在校准的模型基础上建立soda lime玻璃的二维切削离散元模型，并对其切削加工过程进行了模拟。使用单因数实验法，改变切削深度a p、切削前角0、切削速度，探索了切削加工工艺参数对玻璃材料切削过程中产生裂纹和切削力的影响，通过分析优化了超精密切削加工工艺参数。得出了较优异的工艺条件为切削深度a p为1-2μm、切削前角0为-10°左右、切削速度为75mm/min。 3)最后通过划痕试验方法得出了压头在不同法向载荷力的作用下，压头所受切向力的变化情况，并观察表面形貌及亚表面裂纹的扩展情况，与离散元切削过程模拟结果相比较是一致的，从而进一步验证了soda lime玻璃离散元模型的可行性和有效性。本文的研究结果为切削加工玻璃的发展和应用提供一定的参考。