光学玻璃超声振动铣磨材料去除及表面质量研究

摘要

光学玻璃为各向同性的高新技术材料，因其优良的化学、机械、光学、热力学等性能而被广泛应用于光学仪器的构件的制作。但光学玻璃是一种典型的硬脆材料，传统加工过程中易产生断裂、崩碎、裂纹等加工缺陷，难以使加工表面质量得到保证，进而限制了其更广泛的应用。超声振动铣磨加工技术由于磨粒切削刃与工件断续接触的加工特点尤其适用于硬脆材料加工，相比较普通切削具有明显的优越性。本文研究了光学玻璃超声振动铣磨加工时材料去除脆塑转变以及铣磨加工参数、超声振动振幅对材料加工表面粗糙度和亚表面损伤的影响，以期为实现光学玻璃低损伤磨削加工提供技术支持。
　　本文以分析光学玻璃超声振动铣磨加工材料去除脆塑转变为出发点，建立了光学玻璃脆塑转变模型，在此基础上对BK7和JGS1两种光学玻璃进行了显微压痕试验和单颗粒超声振动变切深刻划试验，并对压痕区域、刻划沟槽的表面形貌进行了检测分析。结合两种光学玻璃压痕尺寸的测量结果，研究了不同加载载荷对光学玻璃的维氏硬度、断裂韧性的影响规律，同时结合临界刻划力和临界刻划深度的测量结果研究了超声振动振幅对材料临界加载载荷、临界切削深度的影响规律。
　　为研究超声振动参数和铣磨加工参数对光学玻璃超声振动铣磨加工工件表面粗糙的影响规律，本文对BK7和JGS1两种光学玻璃进行了以机床主轴转速、工件进给速度、切削深度和超声振动振幅为参数的单因素试验，研究了工件表面粗糙度随不同参数的变化规律，并根据不同参数下的表面粗糙度值建立了光学玻璃超声振动铣磨加工预测模型，为实现光学玻璃材料的精密加工工艺参数的优选奠定了基础。
　　在不同加工参数下的光学玻璃超声振动铣磨加工工艺试验基础上，采用机械抛光法结合HF酸腐蚀法对铣磨加工后的表面进行了处理。利用扫描电子显微镜对铣磨加工区域进行显微观测，并对亚表面裂纹种类和尺寸进行了检测，得到了超声振动条件下光学玻璃材料亚表面损伤的形式与特征，研究了不同参数对亚表面损伤程度的影响规律，为探索减轻亚表面损伤的技术措施提供依据。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 光学玻璃脆塑转变研究现状

1.2.1 光学玻璃脆塑转变国外研究现状

1.2.2 光学玻璃脆塑转变国内研究现状

1.3 光学玻璃铣磨加工表面质量研究现状

1.3.1 光学玻璃铣磨加工表面质量国外研究现状

1.3.2 光学玻璃铣磨加工表面质量国内研究现状

1.4 超声振动铣磨加工技术研究现状

1.4.1 超声振动铣磨加工技术国外研究现状

1.4.2 超声振动铣磨加工技术国内研究现状

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 光学玻璃超声振动铣磨材料去除脆塑转变研究

2.1 引言

2.2 光学玻璃材料去除脆塑转变模型的建立

2.2.1 硬脆材料压痕与刻划理论模型

2.2.2 光学玻璃超声振动铣磨脆塑转变临界条件

2.3 光学玻璃显微压痕试验研究

2.3.1 压痕试验方案设计

2.3.2 压痕试验结果及分析

2.4 光学玻璃单颗粒超声振动变切深刻划试验研究

2.4.1 刻划试验方案设计

2.4.2 刻划试验结果及分析

2.5 本章小结

第3章 光学玻璃超声振动铣磨表面粗糙度研究

3.1 引言

3.2 试验方案设计

3.3 加工参数对表面粗糙度的影响规律

3.3.1 主轴转速对表面粗糙度的影响规律

3.3.2 进给速度对表面粗糙度的影响规律

3.3.3 磨削深度对表面粗糙度的影响规律

3.3.4 超声振动振幅对表面粗糙度的影响规律

3.4 表面粗糙度预测

3.5 本章小结

第4章 光学玻璃超声振动铣磨亚表面质量研究

4.1 引言

4.2 亚表面损伤产生机制分析

4.3 亚表面损伤的检测与评价

4.4 亚表面损伤裂纹深度试验研究

4.4.1 试验方案设计

4.4.2 亚表面裂纹存在形式及其分析

4.4.3 加工参数对亚表面损伤程度的影响规律

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢