第 1 章 緒論

慣性約束核聚變系統(tǒng)中的熔石英玻璃材料光學(xué)組件在大功率高能量激光束的連續(xù)照射下，當(dāng)激光束能量強(qiáng)度超過(guò)材料閾值時(shí)，材料內(nèi)部將產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力，并且由于熱量的急劇增高使得導(dǎo)電離子的數(shù)目增加，并因此導(dǎo)致材料表層和亞表層產(chǎn)生破裂、熔化和擊穿等不同形式的損傷。如圖 1-2 所示，損傷坑的典型形貌為自材料表面至材料內(nèi)部先后形成激光熔融層、機(jī)械弱化層和裂紋擴(kuò)展區(qū)域，機(jī)械弱化層內(nèi)存在著壓應(yīng)力，而裂紋擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)的不規(guī)則裂紋和小顆粒物質(zhì)則對(duì)后續(xù)光場(chǎng)有著強(qiáng)烈的調(diào)制作用。損傷處光學(xué)組件發(fā)生材料損傷后，將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的光路透射產(chǎn)生一系列的不良影響，如圖 1-3 所示。首先，材料發(fā)生損傷后，由于損傷處受激光照射發(fā)生二次損傷的閾值將會(huì)降低，使得材料更易在損傷處及其周圍區(qū)域發(fā)生損傷范圍的擴(kuò)展或產(chǎn)生新的損傷點(diǎn)；其次，由于損傷點(diǎn)處的形貌是不規(guī)則的，當(dāng)激光束透射過(guò)損傷點(diǎn)處時(shí)，入射光波波前將產(chǎn)生微小的畸變，經(jīng)過(guò)多層透射最終到達(dá)靶心處時(shí)，光場(chǎng)焦斑將受到影響，偏離預(yù)期的形狀和強(qiáng)度；最后，損傷點(diǎn)處不規(guī)則的透射面將對(duì)入射光加以不同程度和形式的相位調(diào)制，在元件后續(xù)組件中產(chǎn)生光場(chǎng)的增強(qiáng)或減弱，導(dǎo)致后續(xù)組件被損傷的概率增大[2]。

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第 2 章 熔石英玻璃力學(xué)性能研究

2.1 引言

在硬脆材料的加工中，材料的固有性質(zhì)對(duì)加工的難易程度、材料的變形方式及刀具的磨損等方面的工藝性能有著非常重要的影響。因此，研究熔石英玻璃的顯微硬度、斷裂韌性和彈性模量等機(jī)械力學(xué)性能在計(jì)算其理論脆塑轉(zhuǎn)變切削厚度中是有必要的。本課題研究中，采用壓痕法計(jì)算和確定本課題實(shí)驗(yàn)中所用的熔石英玻璃的顯微硬度值和斷裂韌性值，采用刻劃法確定其在無(wú)轉(zhuǎn)速、變進(jìn)給速度情況下發(fā)生脆塑轉(zhuǎn)變的深度，為后續(xù)臨界切削厚度的計(jì)算和工藝實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

2.2 熔石英玻璃壓痕實(shí)驗(yàn)

維氏壓痕實(shí)驗(yàn)是一種常用的光學(xué)材料力學(xué)性能分析方法，具有載荷可控性好、試件利用率高、實(shí)驗(yàn)設(shè)備易操作等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)量結(jié)果與壓頭大小、所加載荷值無(wú)關(guān)，在均勻材料的測(cè)量中用較低載荷即可得到準(zhǔn)確結(jié)果，壓痕為正方形，壓痕成核位置好，易形成發(fā)育完全的裂紋，，輪廓邊緣清晰便于后續(xù)測(cè)量，故在本課題中采用維氏硬度計(jì)進(jìn)行壓痕實(shí)驗(yàn)。

第 3 章 熔石英玻璃微銑削穩(wěn)定條件分析及實(shí)驗(yàn)研究............ 31

3.1 引言 ................. 31 
3.2 塑性域內(nèi)穩(wěn)定切削條件分析 .................... 31 
3.3 不同工藝參數(shù)下最大未變形切屑厚度計(jì)算 ......... 33 
3.4 熔石英玻璃微銑削中的銑削力研究 ................. 35 
3.5 熔石英玻璃微銑削工藝實(shí)驗(yàn) .................. 38 
3.6 本章小結(jié) ........... 47 
第 4 章 熔石英玻璃微銑削過(guò)程中刀具磨損研究 ............... 49 
4.1 引言 ............ 49 
4.2 刀具選用 ......... 49 
4.3 刀具磨損過(guò)程和現(xiàn)象 ...............5 0 
4.4 刀具磨損機(jī)理及磨損原因分析 ............ 52 
4.5 各工藝參數(shù)變化對(duì)刀具磨損影響 .... 55 
4.6 降低刀具磨損的措施 ............................. 56 
4.7 本章小結(jié) ............. 7 
結(jié)  論 ......... 59 

第 4 章 熔石英玻璃微銑削過(guò)程中刀具磨損研究

4.1 引言

通過(guò)前述對(duì)熔石英玻璃材料微銑削加工工藝的研究，刀具磨損問(wèn)題的嚴(yán)重性逐漸凸顯。熔石英玻璃材料的硬脆特性導(dǎo)致了在切削加工中，刀具的磨損相對(duì)其他材料較快，磨損程度也更為嚴(yán)重，因此研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中刀具的磨損情況對(duì)于提高加工質(zhì)量、延長(zhǎng)刀具壽命和降低加工成本具有十分重要的意義。熔石英玻璃的硬脆特性導(dǎo)致了在微銑削加工中的刀具的磨損相對(duì)較快，因此研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中刀具的磨損情況對(duì)提高加工質(zhì)量、延長(zhǎng)刀具壽命和降低加工成本具有十分重要的意義。本章首先結(jié)合實(shí)驗(yàn)中對(duì)刀具的要求和不同類型刀具的特點(diǎn)，確定了刀具的選用，觀察了刀具的磨損過(guò)程和主要磨損現(xiàn)象，分析了刀具磨損的機(jī)理和磨損原因，總結(jié)了各工藝參數(shù)的變化對(duì)刀具磨損程度的影響；最后，根據(jù)實(shí)際加工中的經(jīng)驗(yàn)和理論上的分析，提出了降低刀具磨損的措施和建議。

4.2 刀具選用

刀具是機(jī)械加工中重要的基礎(chǔ)工藝設(shè)備之一，合理選用刀具是獲得良好的加工質(zhì)量、較高的加工效率和經(jīng)濟(jì)的加工成本的基本要求。刀具的選用要在掌握加工機(jī)床的技術(shù)條件、工件材料的材料性質(zhì)和力學(xué)特性、對(duì)加工質(zhì)量的技術(shù)要求、加工中將要使用的切削參數(shù)等外部條件的基礎(chǔ)上，分析不同類型刀具的材料特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)考慮刀具的價(jià)格成本等多方面因素的影響，選擇最合理的刀具型號(hào)。本實(shí)驗(yàn)是針對(duì)熔石英玻璃材料的超精密微銑削加工實(shí)驗(yàn)，為了達(dá)到獲得高質(zhì)量加工表面的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，�?shí)驗(yàn)選用刀具應(yīng)滿足以下要求：刀具本身具有較高的制造精度，刃口半徑較小，能夠去除厚度在數(shù)納米到數(shù)百納米范圍之間的材料層，且應(yīng)在較長(zhǎng)加工時(shí)間內(nèi)保證足夠的去除穩(wěn)定性和均勻性；本課題是為熔石英玻璃光學(xué)元件的曲面型修復(fù)作前期探究，為滿足后續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)曲面加工的要求，所選刀具應(yīng)為球頭微銑刀。
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結(jié) 論

本課題以使用球頭微銑刀實(shí)現(xiàn)熔石英玻璃材料的塑性域微銑削加工為研究主旨，通過(guò)壓痕實(shí)驗(yàn)和刻劃實(shí)驗(yàn)研究了熔石英玻璃的力學(xué)性能和加工特性，計(jì)算了主要的力學(xué)性能參數(shù)，預(yù)測(cè)了其發(fā)生脆塑轉(zhuǎn)變的臨界載荷；探索了熔石英玻璃實(shí)現(xiàn)塑性域內(nèi)穩(wěn)定切削的條件，進(jìn)行了因素工藝實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了使用球頭微銑刀對(duì)熔石英玻璃進(jìn)行塑性域內(nèi)的微銑削加工；闡述了熔石英玻璃塑性域微銑削實(shí)驗(yàn)中的刀具選取標(biāo)準(zhǔn)，觀察和分析了 CBN 刀具在實(shí)驗(yàn)中的磨損過(guò)程和現(xiàn)象，分析了刀具的磨損形式、形成機(jī)理和磨損原因，研究了工藝參數(shù)變化與刀具磨損程度的關(guān)系，提出了減小刀具磨損的措施。主要結(jié)論如下：（1） 實(shí)驗(yàn)使用的 JC-K01 型熔石英玻璃維氏硬度值為 6.6710GPa，斷裂韌性值為 0.7290MPa•m1/2，硬度很高，抵抗裂紋擴(kuò)展的能力較差；基于刻劃實(shí)驗(yàn)得出，進(jìn)給速度的增大將導(dǎo)致熔石英玻璃材料發(fā)生脆塑轉(zhuǎn)變的臨界深度和臨界載荷減小，不利于塑性域加工的實(shí)現(xiàn)；通過(guò)壓痕實(shí)驗(yàn)測(cè)定熔石英玻璃的臨界載荷值為 9.5mN~15.2mN，通過(guò)刻劃實(shí)驗(yàn)測(cè)定的臨界載荷為 61.7mN~343.8mN。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：38417