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双圆锥形圆弧刀刻划衍射光栅的槽形控制研究

作　者: 倪坤
导　师: 史国权
学　校: 长春理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 机械刻划光栅弧形刻划刀刻划深度有限元正交试验金属流动规律刀具磨损金刚石定向
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

衍射光栅是一种精密的光学元件,广泛地应用于各种现代光谱分析、精密测量中。利用金刚石刻划刀在膜层上机械刻划衍射光栅,是一种不可替代的光栅制作方法。因此,开展衍射光栅机械刻划理论及槽形控制技术研究是非常必要的。针对金刚石弧形刻刀刻划衍射光栅的过程,本文建立了等效下压速度模型；根据滑移线场理论,建立了光栅机械刻划过程的刻划深度模型,为铝膜蒸镀及刻刀定位提供理论指导依据。在压痕、划痕试验的基础上,测得铝膜属性,建立了光栅刻划的有限元模型；采用Deform-3D有限元分析软件,对光栅槽形形成过程进行了模拟仿真,分析了刻划参数、刀具参数对光栅槽形形成的影响规律。采用正交试验方法,优化刻划参数、刀具参数,分析了铝膜材料流动规律以及刻划载荷,提出了光栅槽形形成的控制策略。最后,本文还根据金刚石刻划刀的磨损情况,进行了刀具金刚石定向设计,为大面积衍射光栅刻划提供了长寿命刀具。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题的背景  8-9
  1.2 课题研究的意义  9-10
  1.3 光栅机械刻划介绍  10-13
    1.3.1 光栅刻划的运动  10-11
    1.3.2 光栅刻划刀的分类  11-13
    1.3.3 弧形刻刀参数  13
  1.4 超精密加工的有限元研究现状  13-14
  1.5 课题的内容  14-16
第二章光栅刻划的机理研究  16-35
  2.1 滑移线场理论介绍  16-18
  2.2 刻划过程的近似与转化  18-22
    2.2.1 刻划过程的等效下压转化  19-20
    2.2.2 铝膜材料刚塑性近似  20-21
    2.2.3 平面问题的近似  21-22
  2.3 楔体压入的滑移线场  22-24
  2.4 单槽的刻划深度模型  24-26
    2.4.1 单槽的刻划深度模型  24-25
    2.4.2 单槽的刻划深度计算  25-26
  2.5 双槽时刻刀的落刀位置  26
  2.6 双槽的槽形轮廓  26-28
  2.7 双槽的刻划深度模型  28-33
  2.8 刻划深度的有限元验证  33-35
第三章光栅刻划的工艺参数规律研究  35-56
  3.1 铝膜的材料属性  35-39
    3.1.1 压痕和划痕试验设备  35-36
    3.1.2 压痕试验及试验结果  36-38
    3.1.3 划痕试验及试验结果  38-39
  3.2 有限元软件介绍  39-40
  3.3 刻划过程的有限元关键技术  40-43
    3.3.1 材料本构关系  40-41
    3.3.2 接触与摩擦  41
    3.3.3 材料分离及断裂  41-42
    3.3.4 网格重划分  42-43
  3.4 刻划光栅的工艺参数规律研究  43-56
    3.4.1 刻划模型的建立  43-44
    3.4.2 铝膜厚度对槽形的影响规律  44-46
    3.4.3 刻划速度对槽形的影响规律  46-47
    3.4.4 方位角对槽形的影响规律  47-49
    3.4.5 刀刃圆弧半径对槽形的影响规律  49-50
    3.4.6 刃口半径对槽形的影响规律  50-52
    3.4.7 刀尖角对槽形的影响规律  52-54
    3.4.8 定向角对槽形的影响规律  54-56
第四章光栅刻划的工艺参数优化  56-73
  4.1 光栅工作原理  56-57
  4.2 光栅刻划的工艺参数优化  57-63
    4.2.1 试验优化方法  57-59
    4.2.2 工艺参数的正交试验优化  59-61
    4.2.3 正交试验优化结果及结果分析  61-63
  4.3 刻划过程中铝膜的塑性流动规律  63-69
    4.3.1 刻划过程中铝膜的速度场分布规律  63-65
    4.3.2 刻划过程中铝膜的位移场分布规律  65-67
    4.3.3 刻划过程中铝膜的应力场分布规律  67-69
    4.3.4 刻划过程中铝膜的应变场分布规律  69
  4.4 刻划过程中刻划力的变化规律  69-70
  4.5 机械刻划的槽形控制策略  70-73
第五章光栅刻划的刀具定向设计  73-91
  5.1 金刚石的属性  73-74
  5.2 金刚石的分类  74-76
    5.2.1 金刚石分类  74-75
    5.2.2 金刚石的晶体形态分类  75-76
    5.2.3 刻划刀的原料选取  76
  5.3 金刚石晶体定向  76-80
    5.3.1 金刚石的晶面性质  76-77
    5.3.2 金刚石晶体的晶面  77-79
    5.3.3 晶体定向方法  79-80
  5.4 金刚石的微观强度  80-81
  5.5 弧形刻刀的磨损研究  81-85
    5.5.1 弧形刻刀的优化参数  81-82
    5.5.2 弧形刻刀的磨损方向  82-84
    5.5.3 换刃后刻刀的磨损方向  84-85
  5.6 弧形刻刀的定向设计  85-91
    5.6.1 弧形刻刀的定向方案设计  85-88
    5.6.2 弧形刻刀的定向方案选择  88-91
结论  91-92
致谢  92-93
参考文献  93-95
攻读硕士学位期间发表的学术论文与参研课题  95

双圆锥形圆弧刀刻划衍射光栅的槽形控制研究

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