光学玻璃单颗磨粒磨削过程的仿真与实验研究

摘要

目前光学玻璃、陶瓷等硬脆材料的应用越来越广泛,对光学元件的质量要求也越来越高。但是在磨削加工的过程中不可避免的会产生一定的表面/亚表面损伤,如何最大限度的使损伤值降至最低成为制造业研究的热点和难点。然而目前对磨削机理以及表面/亚表面损伤裂纹的研究大部分都是从压痕断裂力学、静态或接近准静态的加载条件来进行研究,没有将动态冲击的因素考虑在内。所以本课题从冲击的角度对K9光学玻璃的表层/亚表层裂纹进行研究,为提高光学玻璃磨削加工表面质量,减小亚表面损伤提供了理论依据。本文主要从以下几个方面展开研究:
　　首先,本文运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件简化模拟单颗磨粒磨削动态冲击实验,建立相关有限元模型及物理模型,分析了不同加载冲击条件下材料的响应去除过程及亚表层损伤程度,探索了在刻划去除过程中裂纹的扩展形式及崩边现象。
　　其次,对K9光学玻璃进行了纳米刻划实验和显微压痕实验,通过SEM扫描电子显微镜与数码显微系统检测得到纳米刻划后沟槽的表面形貌及压痕的尺寸特征。并且通过分析计算求得K9玻璃的显微硬度、断裂韧性以及脆塑转变的临界切削深度等参数。对K9玻璃在静态加载情况下材料的去除特性有了一定的理解和认识。
　　最后,在MUGK7120X5超精密卧轴矩台平面磨床上对K9玻璃进行了单颗磨粒磨削动态冲击实验,采用Kistler测力仪监测磨削力信号分析磨粒速度对磨削力及磨削过程的影响。分析了实验过程中冲击载荷对光学玻璃表层/亚表层损伤以及材料去除过程的影响。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1课题的来源

1.2课题研究的背景和意义

1.3本课题的主要研究内容

第2章 单颗磨粒磨削过程的有限元仿真

2.1引言

2.2 ANSYS/LS-DYNA软件介绍

2.3有限元模型的建立

2.4 LS-DYNA仿真结果与分析

2.5本章小结

第3章 静态加载刻划实验与压痕实验研究

3.1引言

3.2纳米划痕实验

3.3压痕实验

3.4本章小结

第4章 单颗磨粒动态冲击实验研究

4.1引言

4.2单颗磨粒刻划实验

4.3多磨粒耦合磨削实验

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢