超硬微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面的超聲振動磨削加工技術(shù)研究.pdf

1、微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面具有便于設(shè)計者優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點,其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)元件重量和體積的大幅減小,使光學(xué)元件實現(xiàn)功能集成,同時還能夠?qū)崿F(xiàn)普通光學(xué)元件難以達到的微小、陣列和波面轉(zhuǎn)換等新功能。因此,微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)功能元件在機械電子、航空航天、光電子以及光學(xué)領(lǐng)域都具有非常重要的應(yīng)用價值和極其廣闊的應(yīng)用前景。目前,微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)功能元件大批量高效率生產(chǎn)的主要途徑為精密復(fù)制加工,而具有微結(jié)構(gòu)表面超硬模具的超精密磨削加工是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、　　本課題以用于微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)玻璃元件模壓復(fù)制的超硬模具材料為對象,以實現(xiàn)超硬微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面模具的確定性、超精密、低損傷、高效率加工為目的。將特種加工技術(shù)和超精密加工技術(shù)相結(jié)合,研制了適用于超硬微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面的超聲振動磨削系統(tǒng),揭示了超硬微結(jié)構(gòu)表面的超聲振動磨削加工機理,分析了金剛石砂輪在加工微結(jié)構(gòu)表面時的磨削性能演化規(guī)律。同時研究了超聲振動參數(shù)、磨削工藝參數(shù)以及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)對超硬微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面完整性的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上

3、優(yōu)化了超聲振動磨削工藝方法,進而解決了現(xiàn)有超硬材料微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面超精密磨削加工中存在的關(guān)鍵問題。主要研究內(nèi)容如下:
　　運用超聲振動相關(guān)理論和有限元仿真,研制適合微結(jié)構(gòu)表面磨削的超聲振動系統(tǒng)。建立超聲振動磨削微結(jié)構(gòu)表面過程中,工件-砂輪以及工件-磨粒間的運動學(xué)關(guān)系;結(jié)合微結(jié)構(gòu)表面超聲振動磨削痕跡的仿真,分析超聲振動磨削條件下的微結(jié)構(gòu)表面形成機理及微結(jié)構(gòu)表面加工質(zhì)量不均一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。在此基礎(chǔ)上,建立超聲振動磨削微結(jié)構(gòu)表面的有

4、效磨削深度及最大未變形磨屑厚度理論模型,并分析超聲振動以及表面結(jié)構(gòu)性對材料去除率的影響規(guī)律。
　　分析金剛石砂輪在磨削微結(jié)構(gòu)表面過程中的磨損形式和磨損機制。在此基礎(chǔ)上,研究適用于微結(jié)構(gòu)表面磨削用金剛石砂輪的通用在位精密修整方法,分析修整系統(tǒng)中多種誤差對金剛石砂輪最終修整形狀精度的影響規(guī)律以及相應(yīng)的解決方法。通過工藝實驗,研究修整參數(shù)對金剛石砂輪修整效果的影響,并優(yōu)化相應(yīng)修整工藝。
　　利用陶瓷斷裂力學(xué)、微/納壓痕技術(shù)和刻劃實

5、驗,對超聲振動磨削條件下的超硬模具材料加工性能進行分析。通過正交實驗方法,確定磨削參數(shù)、振動參數(shù)以及表面結(jié)構(gòu)性等因素對超硬微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面質(zhì)量的影響規(guī)律,并對以上主要影響因素進行優(yōu)化,確立相應(yīng)的最優(yōu)加工工藝路線。應(yīng)用X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡對微結(jié)構(gòu)表面亞表層的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和損傷進行研究,分析磨削后超硬微結(jié)構(gòu)表面亞表層的完整性。
　　基于以上研究結(jié)果,進行典型超硬微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面的超聲振動磨削加工工藝研究。加工對象為無結(jié)合劑