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激光加热单晶硅温度场仿真及超精密车削试验
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作者 王永久 杨兵 黄良沛 《工具技术》 北大核心 2025年第7期36-41,共6页
以激光辅助单晶硅超精密车削为研究对象,建立激光加热的数学模型,并利用COMSOL Multiphysics软件建立温度场有限元模型,通过烧蚀试验进行模型修正,得到修正系数0.8,使用修正后模型进行仿真,得到激光加热单晶硅时的温度场分布情况。在背... 以激光辅助单晶硅超精密车削为研究对象,建立激光加热的数学模型,并利用COMSOL Multiphysics软件建立温度场有限元模型,通过烧蚀试验进行模型修正,得到修正系数0.8,使用修正后模型进行仿真,得到激光加热单晶硅时的温度场分布情况。在背吃刀量为3μm和进给速度为4 mm/min时进行激光辅助单晶硅超精密车削试验,研究激光功率和主轴转速对单晶硅表面粗糙度的影响。研究结果表明,激光加热单晶硅温度受激光功率和主轴转速共同影响,随着激光功率增大和主轴转速减小而增大,激光功率为30~36 W、主轴转速为2 500~3 500 r/min时,单晶硅表面温度可以达到400℃以上,内部400℃以上的传热深度超过3μm时,材料软化效果较好,可实现单晶硅的塑性切削,得到高质量表面;在激光功率为32 W、主轴转速为3 500 r/min、背吃刀量为3μm、进给速度为4 mm/min条件下,单晶硅表面粗糙度可达0.985 nm。 展开更多
关键词 单晶硅 激光辅助超精密车削 温度场 表面粗糙度
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SiC_p/Al复合材料的超精密车削试验 被引量:19
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作者 葛英飞 徐九华 杨辉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1621-1629,共9页
试验研究了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的超精密车削加工性能。使用扫描电镜(SEM)对已加工表面、切屑及其根部、刀具前/后刀面磨损带进行观察,使用表面粗糙度轮廓仪对各种切削条件下的加工表面粗糙度轮廓进行测试分析。结果表... 试验研究了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的超精密车削加工性能。使用扫描电镜(SEM)对已加工表面、切屑及其根部、刀具前/后刀面磨损带进行观察,使用表面粗糙度轮廓仪对各种切削条件下的加工表面粗糙度轮廓进行测试分析。结果表明,该材料的加工表面常残留微孔洞、微裂纹、坑洞、划痕、残留物突起及基体材料撕裂等微观缺陷,刀具几何参数、切削速度、进给量、增强颗粒尺寸和材料体积分数是影响表面粗糙度的主要因素。由于切削变形区微裂纹动态形成的作用,超精密切削该材料时一般形成锯齿型切屑。刀具-工件的相对振动、基体撕裂增强颗粒拔出、破碎、压入等是该材料超精密车削表面形成的主要机制。单晶金刚石(SCD)刀具主要发生微磨损、崩刃、剥落和磨粒磨损,聚晶金刚石(PCD)刀具主要发生磨粒磨损和粘结磨损。结论表明SiCp/Al的超精密切削加工性较差,但通过选择合适的工艺参数,体积分数为15%的SiCp/2024Al加工表面粗糙度Ra可达24.7nm。 展开更多
关键词 铝基复合材料 超精密车削 表面粗糙度 刀具磨损
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碳化硅增强颗粒含量和尺寸对铝基复合材料超精密车削表面的影响 被引量:11
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作者 葛英飞 徐九华 +2 位作者 杨辉 罗松保 傅玉灿 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期12-14,18,共4页
用聚晶金刚石刀具(PCD)研究了增强颗粒的含量、尺寸等对SiC颗粒增强铝基复合材料超精密车削表面的影响。结果表明:SiC增强颗粒的去除方式主要有拔出、破碎和切断等,SiC颗粒的含量和平均尺寸越大,其拔出和破碎现象就越多,复合材料获得的... 用聚晶金刚石刀具(PCD)研究了增强颗粒的含量、尺寸等对SiC颗粒增强铝基复合材料超精密车削表面的影响。结果表明:SiC增强颗粒的去除方式主要有拔出、破碎和切断等,SiC颗粒的含量和平均尺寸越大,其拔出和破碎现象就越多,复合材料获得的加工表面粗糙度值也越大;当SiC颗粒主要以切断方式被去除时,可望获得含有较少坑洞和裂纹等加工缺陷的超精密切削表面。 展开更多
关键词 SICP/AL复合材料 超精密车削 表面粗糙度
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SiC_p/2024Al复合材料超精密车削刀具磨损机理研究 被引量:10
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作者 葛英飞 徐九华 +1 位作者 杨辉 罗松保 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1293-1296,共4页
对超精密车削SiCp/2024Al复合材料时的单晶金刚石(SCD)刀具磨损模式及其机理进行了研究。结果表明,刀具交替切削硬质SiC颗粒和铝合金基体而产生的交变应力以及SiC增强颗粒对切削刃的高频冲击作用是促使SCD刀具发生崩刃和剥落的主要原因... 对超精密车削SiCp/2024Al复合材料时的单晶金刚石(SCD)刀具磨损模式及其机理进行了研究。结果表明,刀具交替切削硬质SiC颗粒和铝合金基体而产生的交变应力以及SiC增强颗粒对切削刃的高频冲击作用是促使SCD刀具发生崩刃和剥落的主要原因。切削时的高温高压及增强颗粒的微切削作用致使刀具产生明显的磨粒磨损。试件切削表面的XRD物相分析及刀具后刀面的拉曼物相分析表明,SiC增强颗粒的磨粒磨损与铝合金基体中铜元素催化作用的共同作用是SCD刀具后刀面在较低温度下发生严重化学磨损的内在机制。 展开更多
关键词 颗粒增强铝基复合材料 单晶金刚石刀具 超精密车削 刀具磨损机理
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超精密车削表面微观形貌对光学特性的影响 被引量:12
5
作者 黄昆涛 房丰洲 宫虎 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期101-107,共7页
研究了超精密车削表面微观拓扑形貌与光散射特性之间的关系,用于评价车削加工表面的光学性能并优化加工过程。采用阈值分析和粗糙表面散射理论分析两种方法研究了仅有理想刀痕的表面所产生的重影现象。阈值分析是指先计算单段圆弧刀痕... 研究了超精密车削表面微观拓扑形貌与光散射特性之间的关系,用于评价车削加工表面的光学性能并优化加工过程。采用阈值分析和粗糙表面散射理论分析两种方法研究了仅有理想刀痕的表面所产生的重影现象。阈值分析是指先计算单段圆弧刀痕的散射特性,再根据周期性结构对光的调制性来求得被加工表面为镜面对刀尖圆弧半径和进给率(主轴每转的进给距离)选择的大约临界值要求。在入射光波长500nm的情况下,当刀尖圆弧半径选择500μm时,可以计算得出阈值进给率为19μm。粗糙度散射理论分析则是通过电场积分公式——Stratton-Chu公式进行更精确的计算。实验表明,对于超精密车削加工得到的表面,当从入射光的非镜面方向,尤其是一极大散射方向观察不到光强时,即可以认为加工出了镜面效果。 展开更多
关键词 超精密车削 散射特性 Stratton—Chu积分 微观形貌
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影响超精密车削表面粗糙度几种主要因素分析 被引量:13
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作者 王洪祥 董申 李旦 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2001年第4期26-28,共3页
论述了影响超精密车削表面粗糙度的几种主要因素 ,详细分析了刀具几何形状、最小切削厚度、不规则的金属变形、切削用量、振动等因素对加工表面粗糙度的影响 。
关键词 精密加工 变形 表面粗糙度 切削参数 超精密车削
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SiC_p/Al复合材料超精密车削切屑形成机制及形成过程模型 被引量:12
7
作者 葛英飞 徐九华 杨辉 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期911-920,共10页
通过观察切屑根部和切屑的形态及金相微观组织,采用细观分析法和金属切削理论分析法相结合,研究、分析了天然单晶金刚石(SCD)和聚晶金刚石(PCD)刀具超精密车削Si Cp/2024Al和Si Cp/ZL101A复合材料时的切屑形成机制,并建立了这两种材料... 通过观察切屑根部和切屑的形态及金相微观组织,采用细观分析法和金属切削理论分析法相结合,研究、分析了天然单晶金刚石(SCD)和聚晶金刚石(PCD)刀具超精密车削Si Cp/2024Al和Si Cp/ZL101A复合材料时的切屑形成机制,并建立了这两种材料的切屑形成过程模型。结果表明:切屑呈厚度准周期性变化的锯齿状;切削变形时工件材料中微裂纹的动态形成和扩展、剪切角周期变化是形成这种切屑形态的两种主要机制;该材料微观上的不均匀性、材料本身的各种缺陷以及大量不可变形增强颗粒的存在,使得切削时剪切区材料产生大量的微裂纹和微空洞,而其微观组织特性、力学性能特性以及切削时周期性的滑-停现象决定了剪切角周期变化;增强颗粒体分比、切削速度、进给量、刀具刃口半径是影响切屑形成的主要因素。 展开更多
关键词 机械制造工艺与设备 颗粒增强铝基复合材料 超精密车削 切屑形成机制 形成过程模型 微裂纹动态形成和扩展 剪切角
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SCD及PCD刀具超精密车削SiC_p/2024Al复合材料适应性对比研究 被引量:6
8
作者 葛英飞 徐九华 +2 位作者 杨辉 罗松保 傅玉灿 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2009年第7期841-846,共6页
选择天然单晶金刚石(SCD)和聚晶金刚石(PCD)刀具,对SiCp/Al复合材料超精密车削时的刀具磨损、加工表面质量和切屑形态进行了对比试验研究。结果表明:刀具交替切削硬脆SiC颗粒和塑性铝合金基体而承受的交变应力,以及SiC增强颗粒对切削刃... 选择天然单晶金刚石(SCD)和聚晶金刚石(PCD)刀具,对SiCp/Al复合材料超精密车削时的刀具磨损、加工表面质量和切屑形态进行了对比试验研究。结果表明:刀具交替切削硬脆SiC颗粒和塑性铝合金基体而承受的交变应力,以及SiC增强颗粒对切削刃高频率的冲击作用是促使SCD刀具发生崩刃和剥落的主要原因,而增强颗粒的磨粒磨损与铝合金基体中铜元素催化作用的共同作用则是SCD刀具后刀面发生严重化学磨损的内在机制。积屑瘤不断生长和脱落致使PCD刀具产生粘结磨损。虽然PCD和SCD刀具可获得相同或相近的Ra,但前者获得的加工表面含有更多的微坑洞和划痕等缺陷;同时,PCD刀具获得的切屑与SCD刀具的相比更为细碎。在试验所用切削条件下,当切削路程小于7 km时,PCD刀具具有较稳定的切削性能。 展开更多
关键词 颗粒增强铝基复合材料 超精密车削 金刚石刀具磨损 加工表面质量 切屑形态
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硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验 被引量:11
9
作者 常艳艳 孙涛 李增强 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期41-46,共6页
为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和... 为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础. 展开更多
关键词 超精密车削 残余应力 硬铝合金 有限元仿真 切削试验
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超精密车削表面粗糙度预测模型的建立 被引量:7
10
作者 王洪祥 李旦 董申 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 2000年第3期77-82,共6页
介绍了一种利用回归分析法来建立单点金刚石刀具超精车削表面粗糙度预测模型的新方法 ,并通过建立的粗糙度预测模型 ,研究了铝合金超精密车削过程中切削速度、进给量和切削深度等参数对表面粗糙度的影响。通过实验分析表明 :二次预测方... 介绍了一种利用回归分析法来建立单点金刚石刀具超精车削表面粗糙度预测模型的新方法 ,并通过建立的粗糙度预测模型 ,研究了铝合金超精密车削过程中切削速度、进给量和切削深度等参数对表面粗糙度的影响。通过实验分析表明 :二次预测方程比一次预测方程更有效 ,而且适用范围比一次模型大。利用优化设计中的约束变尺度法对所建立的表面粗糙度预测方程进行了优化 ,可以实现对切削参数的优选 ,从而达到加工前在特定的条件下预测和控制表面粗糙度的目的。 展开更多
关键词 表面粗糙度 回归分析 预测 超精密车削
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超精密车削表面三维形貌的形成及加工影响因素分析 被引量:8
11
作者 李丽伟 董申 程凯 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2003年第2期49-52,共4页
全面分析了超精密加工表面形貌及其特征的形成 ,认为它是实际粗糙度表面、波纹度表面和几何形状特征表面的叠加。基于机床工艺系统和加工过程 ,详细分析了超精密车削表面三维形貌的加工影响因素 ,认为刀具几何形状、进给量和切削深度影... 全面分析了超精密加工表面形貌及其特征的形成 ,认为它是实际粗糙度表面、波纹度表面和几何形状特征表面的叠加。基于机床工艺系统和加工过程 ,详细分析了超精密车削表面三维形貌的加工影响因素 ,认为刀具几何形状、进给量和切削深度影响理想粗糙度表面的形成 ,工件材料特性和刀具与工件间相对振动影响实际粗糙度表面和波纹度表面的形成 。 展开更多
关键词 超精密车削 精密加工 表面形貌 粗糙度 波纹度 加工误差
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超精密车削切屑形成过程的试验研究 被引量:4
12
作者 李旦 王洪祥 +1 位作者 孙涛 董申 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2002年第6期17-19,共3页
超精密车削中的各种物理现象 ,如切削力、刀具磨损以及加工表面质量等问题 ,都是以切屑形成为基础的。而生产实践中出现的许多问题 ,如振动、卷屑和断屑等 ,又都与超精密切削过程密切相关。选用的材料种类和切削条件不同 ,可生成不同形... 超精密车削中的各种物理现象 ,如切削力、刀具磨损以及加工表面质量等问题 ,都是以切屑形成为基础的。而生产实践中出现的许多问题 ,如振动、卷屑和断屑等 ,又都与超精密切削过程密切相关。选用的材料种类和切削条件不同 ,可生成不同形态的切屑。文章提出了一种研究切屑形成过程新的试验方法 ,利用该方法能够得到金刚石车削时高清晰的金属材料塑性流动图像。 展开更多
关键词 超精密车削 试验研究 切屑形成 精密加工 切削力
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分子动力学在单点金刚石超精密车削机理研究中的应用 被引量:7
13
作者 罗熙淳 梁迎春 +1 位作者 董申 李广慧 《工具技术》 北大核心 2000年第4期3-7,共5页
介绍了分子动力学模拟的基本原理和算法 ,综述了国外应用分子动力学研究单点金刚石超精密车削机理的进展情况 。
关键词 分子动力学 单点金刚石 超精密车削
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单点金刚石超精密车削快点火靶丸微孔精度控制 被引量:2
14
作者 杜凯 李国 +2 位作者 童维超 黄燕华 唐永建 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期3225-3229,共5页
研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法,建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型,并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律;根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法,用以... 研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法,建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型,并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律;根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法,用以控制靶丸微孔精度;在单点金刚石超精密车床上进行了辉光放电聚合物(GDP)靶丸微孔的车削实验,实验结果表明:采用该精度控制方法,靶丸微孔尺寸误差和圆度误差分别降低了70.7%和87.5%,实验结果表明了所提出方法的有效性。 展开更多
关键词 靶丸 阶梯进给 单点金刚石超精密车削 误差分析
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超精密车削金刚石刀具刃口误差的高精度补偿 被引量:7
15
作者 王毅 余景池 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期98-102,共5页
超精密车削中的金刚石刀具刃口误差的补偿问题一直是制约高精度非球面车削直接成形的瓶颈技术,尤其对于大相对口径,深度非球面的车削,金刚石刀具刃口误差对最终的面形的影响非常大。传统补偿方法是根据轮廓仪的测量结果对刀具刃口误差... 超精密车削中的金刚石刀具刃口误差的补偿问题一直是制约高精度非球面车削直接成形的瓶颈技术,尤其对于大相对口径,深度非球面的车削,金刚石刀具刃口误差对最终的面形的影响非常大。传统补偿方法是根据轮廓仪的测量结果对刀具刃口误差进行修正,但是该方法存在测量时间长,高频误差大,加工效率低的缺点,本文最先提出利用车削表面面形误差拟合后的泽尼克多项式系数对刀具刃口误差进行加工补偿,首先对该补偿方法进行了详细的理论推导,然后对补偿效果进行计算机模拟,最后在Nanotech250单点金刚石车床上完成了口径50mm,半径50mm大相对口径实验件的超精密车削及修正车削,面形精度PV=86nm,RMS=7nm。充分证明该补偿符合预期,精度高,误差收敛速度快。 展开更多
关键词 超精密车削 刀具刃口误差 补偿 光学加工
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超精密车削中精确对刀方法 被引量:8
16
作者 任违 孔金星 韩长庆 《机床与液压》 北大核心 2010年第16期10-12,共3页
在超精密车削球面和非球面零件过程中,对刀的精度是影响加工件面形精度的最主要因素之一。介绍一种试切小直径球面对刀件的方法,可实现圆弧刃金刚石刀具的精确对刀,并加工完成直径75 mm、顶部球径为250 mm的凸球面纯铝工件,其面形精... 在超精密车削球面和非球面零件过程中,对刀的精度是影响加工件面形精度的最主要因素之一。介绍一种试切小直径球面对刀件的方法,可实现圆弧刃金刚石刀具的精确对刀,并加工完成直径75 mm、顶部球径为250 mm的凸球面纯铝工件,其面形精度优于0.2μm。 展开更多
关键词 对刀误差 球面 面形误差 超精密车削
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超精密车削时切屑形成及表面微观形貌形成机理的研究 被引量:4
17
作者 王晓霞 王洪祥 李明洪 《工具技术》 北大核心 2001年第9期14-16,共3页
在亚微米级CNC超精密车床上进行了单晶金刚石刀具切削试验 ,根据试验结果分析了切屑形成机理和最小切削厚度与表面粗糙度之间的关系 ,建立了加工表面微观形貌的几何模型。研究结果表明 :通过计算最小切削厚度值可预测金刚石车削加工可... 在亚微米级CNC超精密车床上进行了单晶金刚石刀具切削试验 ,根据试验结果分析了切屑形成机理和最小切削厚度与表面粗糙度之间的关系 ,建立了加工表面微观形貌的几何模型。研究结果表明 :通过计算最小切削厚度值可预测金刚石车削加工可获得的表面粗糙度值。 展开更多
关键词 超精密车削 金刚石刀具 微切屑 表面粗糙度 表面微观形貌
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X射线反射镜NiP芯模超精密车削技术研究 被引量:2
18
作者 黎月明 杨健 +4 位作者 左富昌 梅志武 张向阳 李连升 申坤 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期370-376,共7页
以聚焦型X射线反射镜的镍磷合金芯模为研究对象,研究了单点金刚石超精密车削的切削深度、主轴转速、进给量等工艺参数对表面粗糙度的影响关系。结果表明,进给量对加工表面粗糙度影响相对最大,主轴转速、切削深度的影响呈弱相关关系。开... 以聚焦型X射线反射镜的镍磷合金芯模为研究对象,研究了单点金刚石超精密车削的切削深度、主轴转速、进给量等工艺参数对表面粗糙度的影响关系。结果表明,进给量对加工表面粗糙度影响相对最大,主轴转速、切削深度的影响呈弱相关关系。开展了NiP合金超精密车削工艺试验,得到切削深度、主轴转速、进给量的优化工艺参数,并初步建立了表面粗糙度预测模型。在此基础上,对Φ110mm×140mm的X射线反射镜镍磷合金芯模进行加工验证,获得了PV61.37~83.47nm、RMS7.952~10.326 nm、Ra6.379~8.332 nm的表面粗糙度,圆度误差0.39μm、斜率误差均方根值0.42μm,满足X射线反射镜对芯模超精密车削需求,为后续大规格X射线反射镜超精密制造奠定了技术基础。 展开更多
关键词 X射线反射镜 芯模 超精密车削 镍磷合金 工艺参数
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超精密车削下刀具相对振动的辨识 被引量:4
19
作者 尹自强 李圣怡 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2002年第5期497-503,共7页
在金刚石超精密车削加工中 ,刀具与工件之间不可避免地存在一定的振动 ,从而影响工件表面质量。本文对在具有振动情况下工件表面的三维形貌进行了仿真 ,并从理论上对工件表面形貌的径向、周向与刀具螺旋轨迹方向的截面轮廓进行了分析 ,... 在金刚石超精密车削加工中 ,刀具与工件之间不可避免地存在一定的振动 ,从而影响工件表面质量。本文对在具有振动情况下工件表面的三维形貌进行了仿真 ,并从理论上对工件表面形貌的径向、周向与刀具螺旋轨迹方向的截面轮廓进行了分析 ,结果表明不同的截面具有不同的信息特征 ,并据此对仿真得到的工件表面三维形貌数据进行了振动辨识。 展开更多
关键词 辨识 仿真 微观形貌 超精密车削 车刀 振动
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脆性材料超精密车削中脆—塑性转变的研究 被引量:2
20
作者 赵奕 董申 +1 位作者 周明 李兆光 《工具技术》 EI 北大核心 1998年第11期6-10,共5页
以脆性材料的印压和刻划理论为基础,研究了在垂直载荷和切向载荷共同作用下脆性裂纹的产生和扩展机理,提出用切向载荷当量系数和裂纹生成角两个参数来研究切向载荷对裂纹的影响。根据超精密金刚石车削脆性材料的切削模型,提出了满足... 以脆性材料的印压和刻划理论为基础,研究了在垂直载荷和切向载荷共同作用下脆性裂纹的产生和扩展机理,提出用切向载荷当量系数和裂纹生成角两个参数来研究切向载荷对裂纹的影响。根据超精密金刚石车削脆性材料的切削模型,提出了满足镜面车削的条件,推导出了临界切削深度和最大进给量的计算公式。 展开更多
关键词 脆性材料 脆-塑性转变 超精密车削 车削
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