基于SPH方法的碳化硅材料單顆磨粒磨削仿真*

劉瑞虎，郭 磊，劉永勝，陳瑱賢，靳淇超，張 靜，高永昌

(長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，西安 710064)

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碳化硅等硬脆材料材料因其硬度高、耐磨損、抗腐蝕、化學性能穩定，被廣泛應用于航天、信息、機械、微電子、光學等領域。然而由于硬脆性材料加工難度較大[1]，其主要加工方法包括拋光、研磨、ELID磨削、EEM(elastic emission machining)及離子束加工[2]等。目前硬脆性材料加工[3]仍然以磨削為主，整個磨削過程中參與磨削的磨粒較多，磨削過程較為復雜。而單顆磨粒磨削過程不受其他磨粒的影響，因此單顆磨粒磨削是研究復雜磨削的重要方法與手段[4]。實驗和仿真是科研人員研究單顆粒磨削的主要手段。近些年來，SPH(光滑粒子流體動力學)方法受到人們普遍關注，SPH方法是一種無網格有限元仿真模擬方法，由LUCY、GINGOLD和MONAGHAN開發得到，其克服了網格劃分法由于產生大變形畸變而終止計算這一難題[5-7]。宿崇等[8]將磨粒簡化為四棱錐研究了CBN磨粒的磨損機理以及工件材料的切削變形機理。杜振良等[9]將金剛石磨粒簡化為帶有尖端圓弧的圓錐對光學玻璃的磨削過程進行了三維數值仿真。曹建國等[10]將磨粒簡化為圓臺形開展了光滑粒子流體動力學單顆金剛石磨粒劃擦仿真模擬，同時進行了單點金剛石超聲振動劃擦試驗研究。而在實際磨削過程中，磨粒形狀更加復雜與不規則，為此本研究建立正十二面體金剛石磨粒模型，基于SPH法模擬單顆磨粒磨削碳化硅的磨削過程，來探究不同磨削參數對碳化硅材料磨削過程中的表面亞表面形貌、材料去除率、磨削力的影響規律，進而指導碳化硅材料的實際磨削加工。……