發(fā)布時間：2018-04-08 09:26

  本文選題：多晶氟化鎂　切入點：超精密磨削　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：多晶氟化鎂是一種典型紅外光學材料,具有透光性好、機械強度高、抗熱沖擊性強、耐化學腐蝕、各向同性、介電常數和介電損耗較小等特點,廣泛應用于紅外窗口領域。該材料可進行超精密磨削,但難以獲得高質量表面,其表面質量以及使用性能受殘余應力制約。因此,本文對多晶氟化鎂材料的殘余應力以及磨削工藝進行研究。本課題以多晶氟化鎂為研究對象,基于超精密磨削加工技術,研究表面成型的機理。結合有限元仿真和磨削實驗,提出減小磨削后表面殘余應力、提高磨削后表面質量的加工方案,并在此基礎上優(yōu)化工藝參數,最終實現多晶氟化鎂表面的高質量超精密磨削加工�；陲@微壓痕實驗和納米壓痕實驗分析了多晶氟化鎂材料的力學性能,并建立材料本構模型。通過顯微壓痕實驗計算出了維氏硬度值;通過對壓痕形貌的分析,研究了多晶氟化鎂材料在機械載荷下的材料破壞機制,分析了脆塑轉變過程中的裂紋衍生及延展過程;通過納米壓痕實驗數據建立了應力——應變關系,為仿真模型的建立提供了依據。利用AdvantEdge有限元仿真軟件分析了磨削參數對磨削質量的影響。分析了砂輪轉速、磨削深度和砂輪粒度對磨削過程中磨削力和磨削功率的影響規(guī)律;明確了在各個工藝參數下,磨削后表面殘余應力的演變趨勢,提出了能夠實現最佳磨削效果的工藝參數選擇方案;結合實際工況,分析了材料表面缺陷(凹坑)和多次磨削對磨削力和殘余應力的影響。最終,為后續(xù)多晶氟化鎂的超精密磨削實驗的工藝參數選擇提供了依據。基于對磨削紋路的理論研究,分析了磨削軌跡的影響因素,并確定了最佳工件轉速。搭建超精密磨削實驗平臺,在位精密修整了砂輪,從而將圓跳動降到最低。完成了不同磨削深度和進給速度的超精密磨削加工實驗,監(jiān)測了加工過程中的磨削力變化,并與仿真結果進行了對比分析,結果具有一致性;利用Taylor Hobson輪廓儀檢測了工件表面粗糙度,并通過Spectrum One激光光譜儀對工件紅外透光性進行了檢測,使用X,Pert3 Powedr X射線衍射儀檢測了工件殘余應力。結果表明,在一定范圍內,磨削深度和進給速度變大導致磨削表面殘余應力變大,表面粗糙度變小;而材料透光性受磨削參數影響不明顯。最終建立了一套適用于多晶氟化鎂超精密磨削加工工藝。
[Abstract]:Polycrystalline magnesium fluoride is a typical infrared optical material with good transmittance, high mechanical strength, strong thermal impact resistance, chemical corrosion resistance, isotropy, low dielectric constant and dielectric loss, etc. It is widely used in infrared window field.The material can be ground by ultra-precision, but it is difficult to obtain high quality surface. Its surface quality and performance are restricted by residual stress.Therefore, the residual stress and grinding process of polycrystalline magnesium fluoride are studied in this paper.In this paper, the mechanism of surface forming is studied based on ultraprecision grinding technology with polycrystalline magnesium fluoride as the research object.Combined with finite element simulation and grinding experiment, the machining scheme of reducing surface residual stress after grinding and improving surface quality after grinding is put forward, and the process parameters are optimized on this basis.Finally, the high-quality ultra-precision grinding of polycrystalline magnesium fluoride surface is realized.The mechanical properties of polycrystalline magnesium fluoride were analyzed based on microindentation test and nano-indentation test, and the constitutive model of the material was established.The Vickers hardness was calculated by microindentation test, the fracture mechanism of polycrystalline magnesium fluoride under mechanical load was studied by analyzing the indentation morphology, and the crack derivation and extension process during brittle plastic transition were analyzed.The stress-strain relationship is established through the experimental data of nano-indentation, which provides the basis for the establishment of simulation model.The influence of grinding parameters on grinding quality is analyzed by AdvantEdge finite element simulation software.The influence of grinding wheel speed, grinding depth and grinding wheel granularity on grinding force and grinding power is analyzed, and the evolution trend of surface residual stress after grinding is determined under various technological parameters.According to the actual working conditions, the effects of surface defects (pits) and multiple grinding on the grinding force and residual stress are analyzed.Finally, it provides a basis for the selection of technological parameters for the subsequent ultra-precision grinding experiment of polycrystalline magnesium fluoride.Based on the theoretical study of grinding pattern, the factors affecting grinding track are analyzed, and the optimal workpiece rotation speed is determined.An experimental platform for ultra-precision grinding is set up and the grinding wheel is trimmed in position to minimize the circle runout.The experiments of ultra-precision grinding with different grinding depth and feed speed are completed, and the grinding force changes in the machining process are monitored, and the results are compared with the simulation results, and the results are consistent.The surface roughness of the workpiece was measured by Taylor Hobson profilometer, the infrared transmittance of the workpiece was measured by Spectrum One laser spectrometer, and the residual stress of the workpiece was measured by Xippert3 Powedr X-ray diffractometer.The results show that, in a certain range, the grinding depth and feed speed increase the residual stress of grinding surface and decrease the surface roughness, but the material transmittance is not affected by grinding parameters.Finally, a set of ultra-precision grinding technology for polycrystalline magnesium fluoride is established.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ132.2

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本文編號：1721004