基于高速微切削材料微观组织演变的金属超光滑表面形成机理

激光、空间观测等光学系统中，具有超光滑表面的金属器件得到了广泛应用。金属超光滑表面对减小光耗散，提高系统稳定性和使用寿命均具有重要意义。但随着产品性能要求的不断提高，超光滑表面的加工周期增加，其加工质量的控制也变得越来越困难。本项目以材料微观组织在高速微切削过程中的演变过程为研究对象，通过测试和表征晶粒、晶界等材料微观结构的动态力学性能，建立晶粒和晶界在外载荷（温度、冲击）作用下的变形及其相互作用机理。以此机理为基础，结合快速落刀实验中得到的切屑根部的金相观察，分析高速微切削过程与晶粒变形、滑移、断裂等演变过程之间的关联机制。将已加工表面形成过程认为是材料微观组织演变的外在表现形式，在不同空间频率下对高速微切削已加工表面进行重构，探讨不同空间频率下超光滑表面形成与材料微观组织演变的关联机制，建立表面形貌的多尺度预测模型，为超高速切削过程中超光滑表面形成的主动控制和工艺参数优化提供理论依据。

利用不同热处理状态（退火和空冷）得到两种不同金相组织的高导无氧铜材料，通过Hopkinson压杆测试得到了两种不同金相组织材料的动态力学性能，分析了应变率和应变对动态力学性能的影响，并对两种不同金相组织材料的动态力学性能进行了对比分析，为材料变形过程仿真模型的精准建立提供了基础。将不同金相组织的材料进行离散化建模处理，建立了反映晶粒/晶界协同变形的切削仿真模型，分析了不同刀具刃口半径、不同切屑未变形厚度、不同切削速度对材料去除过程的影响。进行了不同金相组织高导无氧铜材料的超精密车削试验，对切屑形貌和材料去除机理进行了分析，利用白光干涉仪测量已加工表面，提取了三维表面形貌评价的特征参数，并利用已加工表面三维形貌重构的结果对切削工艺参数进行了优化。