光學玻璃因具有良好的光學特性被廣泛地應用于航空航天、微電子機械等領(lǐng)域,但是其脆硬性的材料特性使其在光學玻璃元件精密磨削加工過程中容易形成表面、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顯著影響后續(xù)拋光工作量。超聲振動輔助磨削加工是當前迅速發(fā)展的一種復合加工技術(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,但光學玻璃超聲振動輔助磨削加工機理尚未完全掌握。為了進一步理解光學玻璃超聲振動輔助磨削加工機理,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光學玻璃超聲振動輔助磨削的亞表面損傷機理研究。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算方法,用于評估等效斷裂韌性,并以此推導出光學玻璃的超聲振動輔助磨削亞表面損傷深度預測模型和超聲振動維氏壓痕中位裂紋深度模型,為后續(xù)實驗研究提供理論指導;其次,進行K9光學玻璃單顆隨機磨粒超聲振動壓痕實驗,提出一個新的變量—等效平均接觸應力,利用等效特征半徑計算超聲、非超聲加載條件下壓痕變形區(qū)域的等效平均接觸應力,對比分析兩種加載條件下K9光學玻璃壓痕變形區(qū)域的等效平均... 

【文章來源】：上海理工大學上海市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

光學元件在日常生活中的應用

第一章緒論3有缺陷，對現(xiàn)行的光學玻璃精密磨削加工技術(shù)來說，還存在一些難以克服的問題，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，會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。為了找到這些問題合理的解決方法，超聲振動被引入到磨削加工過程中[9]，并稱之為超聲振動輔助磨削(UltrasonicVibrationAssistedGrinding,UVAG)。超聲振動輔助磨削是在傳統(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，如圖1-2所示，使磨削過程中呈現(xiàn)振動沖擊、往復熨壓、超聲潤滑、能量集中、快速切削等特性，是一種將超聲振動與傳統(tǒng)磨削相結(jié)合的復合加工方法。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砂輪壽命等方面具有顯著優(yōu)勢[15]。圖1-2超聲振動輔助磨削技術(shù)R.W.Wood和A.L.Loomis在1927年首次提出超聲振動輔助的加工技術(shù)，但當時并未受到其他學者的廣泛關(guān)注[16]。日本是最早開始研究超聲振動加工技術(shù)的國家，在20世紀50-60年代學者隈部淳一郎將超聲振動引入到傳統(tǒng)切削加工中，得出了振動切削加工理論，先后發(fā)表多篇論文，引起了極大的反響[16,17]。德國富特旺根大學Tawakoli等將超聲振動應用到干式磨削技術(shù)上，其研究結(jié)果表明超聲振動改善了工件表面的粗糙度，有效降低了磨削力和磨削過程中產(chǎn)生的熱損傷[18]。哈爾濱工業(yè)大學張飛虎等針對碳化硅陶瓷材料，在相同的磨削參數(shù)下對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]。英國伯明翰大學Bhaduri等針對鎳基合金718材料進行了超聲振動輔助磨削實驗，?

上海理工大學碩士學位論文4效改善了砂輪的徑向磨損[20]。美國哥倫比亞大學Shimada等建立了超聲磨削的磨削力經(jīng)驗公式，針對不銹鋼316L進行了超聲磨削實驗，其結(jié)果表明施加超聲振動后有效降低了磨削力[21]。中南大學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輔助磨削的磨削力數(shù)學模型，并通過實驗驗證了模型的可行性[15]。上海交通大學趙波等提出了二維超聲振動輔助磨削技術(shù)，其裝置示意圖如圖1-3所示，施加二維超聲振動時磨粒相對于工件的運動軌跡為螺旋線形狀。如圖1-4所示，加工后工件表面質(zhì)量優(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磨削能夠增加塑性域切削深度[9,22]。圖1-3二維超聲振動磨削原理圖

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]光學玻璃單顆磨粒磨削過程的仿真與實驗研究[D]. 李志鵬.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]軸向超聲振動輔助磨削機理的研究[D]. 肖敏.東北大學 2012
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本文編號：3563965