光學(xué)玻璃因具有良好的光學(xué)特性被廣泛地應(yīng)用于航空航天、微電子機(jī)械等領(lǐng)域,但是其脆硬性的材料特性使其在光學(xué)玻璃元件精密磨削加工過(guò)程中容易形成表面、亞表面缺陷,影響加工質(zhì)量和加工效率,其中亞表面損傷還會(huì)顯著影響后續(xù)拋光工作量。超聲振動(dòng)輔助磨削加工是當(dāng)前迅速發(fā)展的一種復(fù)合加工技術(shù),相比于常規(guī)磨削加工,其在脆硬性材料降低表面粗糙度、減少亞表面損傷以及提高去除率等方面具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),但光學(xué)玻璃超聲振動(dòng)輔助磨削加工機(jī)理尚未完全掌握。為了進(jìn)一步理解光學(xué)玻璃超聲振動(dòng)輔助磨削加工機(jī)理,尤其是顯著影響后續(xù)拋光工序的亞表面損傷,本文開展K9光學(xué)玻璃超聲振動(dòng)輔助磨削的亞表面損傷機(jī)理研究。主要內(nèi)容包括:首先,基于壓痕變形區(qū)域,提出等效特征半徑計(jì)算方法,用于評(píng)估等效斷裂韌性,并以此推導(dǎo)出光學(xué)玻璃的超聲振動(dòng)輔助磨削亞表面損傷深度預(yù)測(cè)模型和超聲振動(dòng)維氏壓痕中位裂紋深度模型,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo);其次,進(jìn)行K9光學(xué)玻璃單顆隨機(jī)磨粒超聲振動(dòng)壓痕實(shí)驗(yàn),提出一個(gè)新的變量—等效平均接觸應(yīng)力,利用等效特征半徑計(jì)算超聲、非超聲加載條件下壓痕變形區(qū)域的等效平均接觸應(yīng)力,對(duì)比分析兩種加載條件下K9光學(xué)玻璃壓痕變形區(qū)域的等效平均... 

【文章來(lái)源】：上海理工大學(xué)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光學(xué)元件在日常生活中的應(yīng)用

第一章緒論3有缺陷，對(duì)現(xiàn)行的光學(xué)玻璃精密磨削加工技術(shù)來(lái)說(shuō)，還存在一些難以克服的問(wèn)題，主要包括：由于在普通加載條件下的磨削加工中具有法向磨削力較大、磨削溫度較高等特點(diǎn)，會(huì)加劇金剛石砂輪磨粒的磨損并引入更多的工件損傷，干擾了加工精度。為了找到這些問(wèn)題合理的解決方法，超聲振動(dòng)被引入到磨削加工過(guò)程中[9]，并稱之為超聲振動(dòng)輔助磨削(UltrasonicVibrationAssistedGrinding,UVAG)。超聲振動(dòng)輔助磨削是在傳統(tǒng)磨削的基礎(chǔ)上給工件或砂輪施加一維、二維的超聲振動(dòng)，如圖1-2所示，使磨削過(guò)程中呈現(xiàn)振動(dòng)沖擊、往復(fù)熨壓、超聲潤(rùn)滑、能量集中、快速切削等特性，是一種將超聲振動(dòng)與傳統(tǒng)磨削相結(jié)合的復(fù)合加工方法。很多研究結(jié)果表明：與普通磨削相比，超聲振動(dòng)輔助磨削技術(shù)在提高材料去除率、提高加工表面質(zhì)量與加工精度、降低工件表面損傷以及延長(zhǎng)砂輪壽命等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[15]。圖1-2超聲振動(dòng)輔助磨削技術(shù)R.W.Wood和A.L.Loomis在1927年首次提出超聲振動(dòng)輔助的加工技術(shù)，但當(dāng)時(shí)并未受到其他學(xué)者的廣泛關(guān)注[16]。日本是最早開始研究超聲振動(dòng)加工技術(shù)的國(guó)家，在20世紀(jì)50-60年代學(xué)者隈部淳一郎將超聲振動(dòng)引入到傳統(tǒng)切削加工中，得出了振動(dòng)切削加工理論，先后發(fā)表多篇論文，引起了極大的反響[16,17]。德國(guó)富特旺根大學(xué)Tawakoli等將超聲振動(dòng)應(yīng)用到干式磨削技術(shù)上，其研究結(jié)果表明超聲振動(dòng)改善了工件表面的粗糙度，有效降低了磨削力和磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱損傷[18]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)張飛虎等針對(duì)碳化硅陶瓷材料，在相同的磨削參數(shù)下對(duì)比兩種加載條件下磨削加工后的工件，發(fā)現(xiàn)施加超聲振動(dòng)后磨削力減小近1/3，工件表面損傷減少，亞表面的裂紋數(shù)量和深度有較大程度降低[19]。英國(guó)伯明翰大學(xué)Bhaduri等針對(duì)鎳基合金718材料進(jìn)行了超聲振動(dòng)輔助磨削實(shí)驗(yàn)，?

上海理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4效改善了砂輪的徑向磨損[20]。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Shimada等建立了超聲磨削的磨削力經(jīng)驗(yàn)公式，針對(duì)不銹鋼316L進(jìn)行了超聲磨削實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果表明施加超聲振動(dòng)后有效降低了磨削力[21]。中南大學(xué)何玉輝等綜合切削變形力和摩擦力的理論分析，建立了軸向超聲振動(dòng)輔助磨削的磨削力數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的可行性[15]。上海交通大學(xué)趙波等提出了二維超聲振動(dòng)輔助磨削技術(shù)，其裝置示意圖如圖1-3所示，施加二維超聲振動(dòng)時(shí)磨粒相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線形狀。如圖1-4所示，加工后工件表面質(zhì)量?jī)?yōu)于普通磨削后工件的表面質(zhì)量，如圖1-5所示，材料去除率提高并且二維超聲振動(dòng)磨削能夠增加塑性域切削深度[9,22]。圖1-3二維超聲振動(dòng)磨削原理圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]玻璃精密模壓成形的研究進(jìn)展[J]. 龔峰,李康森,閆超.  光學(xué)精密工程. 2018(06)
[2]Methods for Detection of Subsurface Damage:A Review[J]. Jing-fei Yin,Qian Bai,Bi Zhang.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(03)
[3]環(huán)形氣囊拋光K9光學(xué)玻璃的工藝實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王廣林,王新海,馬瑾.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程. 2018(04)
[4]高速磨削工藝參數(shù)對(duì)K9玻璃表面粗糙度的影響規(guī)律研究[J]. 張貝.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2018(02)
[5]集群磁流變拋光參數(shù)對(duì)亞表面損傷深度的影響[J]. 肖強(qiáng),陳剛.  光子學(xué)報(bào). 2018(01)
[6]燒結(jié)釹鐵硼材料壓痕斷裂力學(xué)機(jī)理研究[J]. 李立軍,李杰華,曹劍,張爽,席明龍.  三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(06)
[7]光學(xué)玻璃超聲振動(dòng)磨削亞表面損傷的試驗(yàn)研究[J]. 周明,黃鋮,趙培軼,黃劭楠.  工具技術(shù). 2017(07)
[8]光學(xué)材料亞表面損傷的表征與檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 王華東,張?zhí)┤A.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2017(10)
[9]脆性材料亞表面損傷檢測(cè)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 王寧昌,姜峰,黃輝,徐西鵬.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2017(09)
[10]基于磨削速度的K9光學(xué)玻璃平面磨削亞表面裂紋深度研究[J]. 陳江,張飛虎.  金剛石與磨料磨具工程. 2016(04)

碩士論文
[1]軸向超聲振動(dòng)輔助磨削的磨削力建模研究[D]. 郎獻(xiàn)軍.中南大學(xué) 2014
[2]光學(xué)玻璃單顆磨粒磨削過(guò)程的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李志鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[3]軸向超聲振動(dòng)輔助磨削機(jī)理的研究[D]. 肖敏.東北大學(xué) 2012
[4]面向光學(xué)玻璃的精密加工技術(shù)研究[D]. 胡紹波.東華大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3563965