留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

机械刻划层分结构铝膜刀具磨损研究

张宝庆 马群 安阳杰 吉日嘎兰图 石广丰 吴铁华

张宝庆, 马群, 安阳杰, 吉日嘎兰图, 石广丰, 吴铁华. 机械刻划层分结构铝膜刀具磨损研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 111-116. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.016
引用本文: 张宝庆, 马群, 安阳杰, 吉日嘎兰图, 石广丰, 吴铁华. 机械刻划层分结构铝膜刀具磨损研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 111-116. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.016
ZHANG Baoqing, MA Qun, AN Yangjie, JIRI Galantu, SHI Guangfeng, WU Tiehua. Wear simulation of diamond cutting tools based on lamellar aluminium film[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 111-116. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.016
Citation: ZHANG Baoqing, MA Qun, AN Yangjie, JIRI Galantu, SHI Guangfeng, WU Tiehua. Wear simulation of diamond cutting tools based on lamellar aluminium film[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 111-116. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.016

机械刻划层分结构铝膜刀具磨损研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.016
基金项目: 吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20220733KJ);国家自然科学基金委员会面上项目(62075216);国家自然科学基金委员会(52375405);吉林省科技发展计划项目(20230505012ZP)
详细信息
    作者简介:

    张宝庆,男,1975年生,博士,教授,硕士研究生导师,主要研究方向为精密与超精密加工。E-mail:zbq9000@163.com

    通讯作者:

    张宝庆,男,1975年生,博士,教授,硕士研究生导师,主要研究方向为精密与超精密加工。E-mail:zbq9000@163.com

  • 中图分类号: TG729

Wear simulation of diamond cutting tools based on lamellar aluminium film

  • 摘要: 掌握机刻光栅刀具磨损机理是稳定制备大面积光栅的关键,由镀制工艺决定的具有层分结构铝膜是机刻光栅的首选膜坯。为获取光栅机械刻划过程中层分构铝膜对金刚石刻划刀具磨损影响规律,首次开展层分构铝膜力学性能测试与刀具刻划磨损规律研究,采用纳米压痕实验测得层分构铝膜硬度与弹性模量分别为0.48 GPa与65.2 GPa,满足Hall-Petch强化理论。据此,首次运用Deform 3D有限元分析软件建立层分构铝膜模型,将刻深位置设置在铝膜层分界面位置,分别对刻深在2 μm与4 μm的单层与4层铝膜进行刻划仿真后发现,分层膜界面对于其应力传递影响作用明显,且刻深突破第一、二层铝膜界面时,该界面对于应力传递的阻碍作用消失;不同刻深刻划单层和4层铝膜时刀具磨损形式与磨损部位大体相同,但刻划4层铝膜时刀具磨损较小,与后续机刻试验结果相符。

     

  • 图  1  层分构铝膜剖面观测图

    图  2  层分构铝膜压深-载荷曲线图

    图  3  层分构铝膜模型

    图  4  机械刻划光栅模型

    图  5  刻深2 μm应力图

    图  6  刻深4 μm应力图

    图  7  刻深2 μm刀具磨损图

    图  8  刻深4 μm刀具磨损图

    图  9  刻深2 μm、4 μm刀具法向受力曲线

    图  10  光栅刻划刀具磨损图

    图  11  刀具磨损后刻划成槽图

    表  1  铝与金刚石材料参数

    材料 Al(单层) Al(4层) 单晶金刚石
    杨氏模量/GPa 60.8 65.2 850
    硬度/GPa 0.38 0.48 100.5
    泊松比 0.3 0.3 0.1
    比热/(J/(kg ·℃)) 920 920 471.5
    热导率/(W/(m·K)) 237 237 1 500
    热膨胀/(μm/(m ·℃)) 23.1 23.1 3
    密度/(g/cm3 2.7 2.7 3.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 邱俊,陈晋,彭荣超. 中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱仪对无机化合物的探测[J]. 光散射学报,2022,34(1):36-39.
    [2] Cui Z,Tian Z,Zhang Y,et al. Research on streak tube imaging LiDAR based on photocathode range gating method[J]. Optics Communications,2019,432:79-83. doi: 10.1016/j.optcom.2018.09.041
    [3] 于爽,夏婧竹. 便携式差分喇曼光谱技术在翡翠鉴定中的研究[J]. 激光技术,2021,45(4):511-515. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.016
    [4] Yu L,Xue H,Chen J. Stigmatic broadband imaging spectrometer with a high numerical aperture[J]. Applied Optics,2018,57(10):2414-2419. doi: 10.1364/AO.57.002414
    [5] Xu D,Owen J D,Papa J C,et al. Design,fabrication,and testing of convex reflective diffraction gratings[J]. Optics Express,2017,25(13):15252-15268. doi: 10.1364/OE.25.015252
    [6] 张宝庆,庞壮,韦赟杰,等. 中阶梯光栅厚铝膜纳米压痕硬度尺寸效应测试与分析[J]. 材料导报,2020,34(S1):341-344.
    [7] 唐玉国,巴音贺希格,竺长安,等. 揭秘“精密机械之王”[J]. 中国基础科学,2018,20(2):48-52,62. doi: 10.3969/j.issn.1009-2412.2018.02.007
    [8] Yang H G,Li Z Z,Wang X Y,et al. Radial-quality uniformity investigations of large-area thick Al films[J]. Optical Engineering,2015,54(4):045106.
    [9] 高劲松,李资政,杨海贵,等. 采用多次间断共蒸发制备大面积高质量较厚铝膜的方法:中国,CN104498880A[P]. 2015-04-08.
    [10] 孙梦至,高劲松,李资政,等. 基底温度对中阶梯光栅厚铝膜质量的影响[J]. 中国光学,2016,9(6):656-662.
    [11] 孙梦至. 大面积高质量中阶梯光栅厚铝膜特性和制备工艺研究[D]. 长春:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2015.
    [12] 张宝庆,于硕,吉日嘎兰图,等. 铝膜层数对机械刻划光栅塑性成槽过程的影响[J]. 塑性工程学报,2021,28(10):141-147. doi: 10.3969/j.issn.1007-2012.2021.10.018
    [13] 吉日嘎兰图. 中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计[J]. 中国光学,2014,7(2):301-306.
    [14] 石广丰,吕杨杨,史国权,等. 光栅机械刻划摩擦型颤振机理[J]. 光学精密工程,2014,22(11):3061-3066.
    [15] 史潮潮,石广丰,史国权,等. 机械重复刻划工艺的加工硬化试验研究[J]. 工具技术,2019,53(6):90-93. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2019.06.021
    [16] Kim J H,Nakamichi M. Effect of grain size on the hardness and reactivity of plasma-sintered beryllium[J]. Journal of Nuclear Materials,2014,453(1-3):22-26. doi: 10.1016/j.jnucmat.2014.06.019
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  53
  • HTML全文浏览量:  16
  • PDF下载量:  3
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 修回日期:  2023-09-20

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要提示

    1. 唯一官方网站:1951.mtmt.com.cn

    2. 本刊编辑部、工作人员邮箱后缀为@jcs.gt.cn

    3. 电话

    010-64739683/79(稿件、进度)

    010-64739685(缴费、录用证明)

    4. 作者服务QQ群:238874846

    注意以上信息,谨防冒名、被骗!

    《制造技术与机床》编辑部