硫化鋅晶體的超精密車削加工技術(shù)研究.pdf

1、近年來，由于空間技術(shù)的進(jìn)步、國防尖端科技的發(fā)展以及軍事科學(xué)領(lǐng)域的迫切需求，有關(guān)紅外光學(xué)材料的制備工藝、特性分析及其超光滑鏡面的加工技術(shù)等問題，均受到世界各國的特殊關(guān)注。此外，這些技術(shù)的進(jìn)步還會對計(jì)算機(jī)和光纖通訊產(chǎn)業(yè)等民用科技的發(fā)展產(chǎn)生強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，并將帶來廣泛的應(yīng)用價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，隨著單點(diǎn)金剛石超精密車削技術(shù)（SPDT）的日趨成熟，人們迫切期望采用此種高精度、高效率、低成本、工藝簡單的方法來完成多種復(fù)雜光學(xué)元器件的超精密加

2、工任務(wù)，進(jìn)而彌補(bǔ)傳統(tǒng)磨削、拋光工藝的諸多不足。據(jù)稱目前國外對于ZnS等多種紅外材料，已能夠進(jìn)行較為成熟的SPDT鏡面車削加工，但鑒于其重要的軍事科研價(jià)值，該加工工藝具有高度的保密特性且有關(guān)其具體加工形式、加工設(shè)備和工藝條件等問題的報(bào)道更為鮮見。因而，我們必須獨(dú)立研究該類材料在超精密加工中的關(guān)鍵技術(shù)問題。而探尋一種新型的、適于ZnS等軟脆多晶材料的超精密車削加工工藝將具有重大的科研價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本文首先利用維氏壓痕實(shí)驗(yàn)對Zn

3、S晶體材料的力學(xué)性能和壓痕形貌進(jìn)行了深入研究，并通過理論計(jì)算求得了該材料發(fā)生裂紋擴(kuò)展時(shí)的臨界載荷條件。而基于納米壓痕實(shí)驗(yàn)和量綱分析的方法，利用載荷-位移曲線求得了ZnS晶體材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。綜合分析兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獲得了該材料的諸多性能指標(biāo)，為后續(xù)理論建模和仿真研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。其次，基于“飛刀”斜角刻劃的實(shí)驗(yàn)方法，利用獨(dú)立振子模型和等效晶體理論，建立起了脆性材料臨界未變形切削厚度（CUCT）的預(yù)測模型，并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為揭示切削刃

4、鈍圓半徑與脆性工件最小切削厚度之間的聯(lián)系提供了理論依據(jù)。此外，深入研究了超精密斜角車削過程，并建立了耦合材料特性、刀具特征和加工參數(shù)的脆性材料的超精密斜角切削模型。基于所提出的“脆-塑耦合”臨界加工條件，利用超精密斜角切削模型分別對刀具進(jìn)給率、切削深度、刀具前角、刀尖圓弧半徑和刀具斜切角的臨界參數(shù)范圍進(jìn)行預(yù)測或優(yōu)選，這為分析此類材料鏡面加工中的脆-塑耦合去除過程提供了理論指導(dǎo)。再次，根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得的ZnS晶體材料本構(gòu)關(guān)系，應(yīng)用LS-DYN

5、A非線性有限元分析軟件對動態(tài)沖擊條件下的脆性材料切削過程進(jìn)行了模擬仿真，基于最大剪切變形理論對各工藝參數(shù)與材料去除過程之間的關(guān)系進(jìn)行了深入分析，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本吻合。此外，還利用SWOT分析方法優(yōu)化了各工藝參數(shù)，并獲得它們的工藝優(yōu)先級次序?yàn)椋?）刀具前角2）切削深度3）刀尖圓弧半徑4）刀具斜切角度5）刀具進(jìn)給率，這為后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和切削工藝參數(shù)的優(yōu)選提供了基本依據(jù)。最后，利用單因素實(shí)驗(yàn)方法對前文理論建模和有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，系統(tǒng)研究