磨粒刻划单晶SiC的SPH与FEM耦合仿真分析

目的进一步理解金刚石线锯加工硬脆晶体材料的去除特性。方法采用SPH与FEM耦合算法,分析磨粒刻划单晶碳化硅工件过程中的材料去除动态响应,研究不同磨粒压入深度与几何形状条件对磨粒接触力、工件刻划表面形貌与应力分布的影响规律,分析磨粒恒定深度刻划与变深度刻划两种方式下磨粒刻划工件材料的动态响应。结果磨粒接触力的各方向分量均随刻划时间发生波动,其中x与z轴方向的磨粒接触力随时间的变化趋势相近,平稳刻划时段的磨粒接触力均值拟合方程分别为f_(x)=3.0956h^(2.7264),f_(z)=11.3813h^(2.6214)。磨粒压入深度是影响刻划过程中工件刻划截面形貌及应力分布的主要因素。相较于圆锥体磨粒,球体磨粒刻划后的工件材料截面形貌更粗糙,但工件材料的变形及损伤层深度更小。在磨粒变深度刻划方式下,随着磨粒压入深度的增加,刻划过程中的工件材料发生了脆塑转变。结论在保证材料去除率的条件下,需降低磨粒压入深度,以降低磨粒接触力,获得更平整的工件表面刻划形貌与更低的等效应力。