【摘 要】
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金属玻璃（Metallic Glass）,亦称非晶态合金,其兼具金属和玻璃各自的优点,又克服了各自的缺点。由于拥有独特的力学、光学、电磁学等性质,金属玻璃正在成为一种极具应用潜力的新型功能材料,能够在微机电系统（MEMS）、光学等领域发挥重要的作用,但是它的超精密加工成形仍面临较大的挑战,解决该问题将能够有效地促进金属玻璃材料发展与应用。因此,本课题围绕Zr基金属玻璃的超精密切削过程开展了深入地研
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金属玻璃（Metallic Glass）,亦称非晶态合金,其兼具金属和玻璃各自的优点,又克服了各自的缺点。由于拥有独特的力学、光学、电磁学等性质,金属玻璃正在成为一种极具应用潜力的新型功能材料,能够在微机电系统（MEMS）、光学等领域发挥重要的作用,但是它的超精密加工成形仍面临较大的挑战,解决该问题将能够有效地促进金属玻璃材料发展与应用。因此,本课题围绕Zr基金属玻璃的超精密切削过程开展了深入地研究,通过端面切削实验和划痕实验,并结合理论仿真,全面系统地阐述了该材料的微切削性能及切屑形成机理,主要研究内容及成果如下:（1）Zr基金属玻璃的超精密切削性能研究。本章节主要从切削力、表面粗糙度、切屑形貌及刀具磨损、物相组织结构等方面系统地阐述了Zr基金属玻璃的微切削表现;基于L9正交表,研究了切削参数对加工过程中的切削力以及表面粗糙度的影响规律;通过SEM观测了刀具的微观形貌,出现明显的切屑粘附现象,通过X射线光电子能谱发现有Zr-O生成,存在氧化现象,并通过XRD和TEM证实了已切削表面有纳米晶粒产生,存在晶化现象;实验结果还表明传统的单点金刚石超精密切削性能较差,而结合超声辅助技术可明显改善切削性能。（2）Zr基金属玻璃的微切削模型研究。通过对切屑单元的运动学和力学分析,综合考虑主剪切区的剪切应力、温度及自由体积,并结合CSM本构关系建立了耦合的非线性热力学模型;基于该模型进行了Matlab数值仿真,发现剪切应力、温度和自由体积随时间呈现出周期性的变化规律,能够很好地从理论上阐释Zr基金属玻璃的锯齿状切屑形成机理。（3）Zr基金属玻璃的切屑形成机理研究。巧妙地设计了一种保留根部切屑的划痕实验,测量了切屑的剪切角、锯齿间距等参数,并发现随着切削速度和切削深度的增加,切屑的锯齿化程度增大,而变形程度减小;实时地采集切削过程中的切削力,通过对比分析发现切削力的变化频率和切屑分离频率表现出高度一致性,说明周期性切削力的产生是由于锯齿状切屑的形成;在单个锯齿单元上有主剪切带及大量第二剪切带的形成,这和切削力在单个周期的变化情况也是高度吻合的,基于此阐释了锯齿状切屑的形成机理;同时,结合已建立的理论正交切削模型,对不同切削条件下主剪切区的剪切屈服应力进行了有效地预测。
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