硬脆材料微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能表面的超聲振動(dòng)拋光技術(shù)研究.pdf

1、微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)玻璃元件因其集成性高、體積小、簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于光電子系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及制導(dǎo)系統(tǒng)中。目前適用于微結(jié)構(gòu)表面光學(xué)玻璃元件大批量生產(chǎn)的有效方式為模壓加工，其中模壓用硬脆模芯的超精密磨削加工是保證微結(jié)構(gòu)表面面形精度及輪廓精度的關(guān)鍵技術(shù)，但是磨削后的微結(jié)構(gòu)往往在表面交匯處存在微破損并出現(xiàn)亞表面損傷，從而導(dǎo)致模芯使用壽命降低或失效。因此，磨削后的模芯微結(jié)構(gòu)表面必須要進(jìn)行拋光以提升其表面質(zhì)量。
　　本文搭建了微結(jié)構(gòu)表面

2、超聲振動(dòng)拋光系統(tǒng)，分析了磨削后無壓燒結(jié)碳化硅、無結(jié)合劑碳化鎢及氮化硅微結(jié)構(gòu)表面超聲振動(dòng)拋光原理，修正了拋光輪的結(jié)構(gòu)尺寸及輪廓形狀。揭示了微結(jié)構(gòu)表面超聲振動(dòng)拋光中磨粒與工件表面材料的作用機(jī)理，建立了微結(jié)構(gòu)表面超聲振動(dòng)拋光材料去除率模型。研究了拋光工藝參數(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)表面完整性的影響規(guī)律，優(yōu)化了微結(jié)構(gòu)表面超聲振動(dòng)拋光工藝方法，并拋光加工了幾種典型的微結(jié)構(gòu)陣列，主要研究工作如下：
　　搭建磨削-拋光一體化的微結(jié)構(gòu)表面超聲振動(dòng)拋光系統(tǒng)，結(jié)合微

3、結(jié)構(gòu)表面與磨粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，分析微結(jié)構(gòu)表面的結(jié)構(gòu)特性及超聲振動(dòng)對(duì)微結(jié)構(gòu)表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡即微結(jié)構(gòu)表面材料去除均勻性的影響規(guī)律，分析結(jié)果表明超聲振動(dòng)可以改善結(jié)構(gòu)特性對(duì)微結(jié)構(gòu)表面材料去除不均勻性的影響。針對(duì)不同的微結(jié)構(gòu)表面類型應(yīng)用有限元仿真及Matlab計(jì)算修正拋光輪的截面結(jié)構(gòu)尺寸和輪廓形狀以保證微結(jié)構(gòu)表面的面形精度。對(duì)微結(jié)構(gòu)拋光輪進(jìn)行精密修整，分析對(duì)中誤差對(duì)微結(jié)構(gòu)表面形狀精度及拋光輪修整形狀精度的影響規(guī)律并提出相應(yīng)的解決方法。

4、　　提出超聲振動(dòng)摩擦力完整數(shù)據(jù)采集方法。分析超聲振動(dòng)對(duì)微結(jié)構(gòu)表面超聲振動(dòng)拋光過程中摩擦行為、潤滑狀態(tài)及材料去除形式的影響，揭示超聲振動(dòng)拋光磨粒與微結(jié)構(gòu)表面的相互作用機(jī)理。研究結(jié)果表明，與普通磨粒拋光相比，超聲振動(dòng)可以減小微結(jié)構(gòu)表面摩擦力，使微結(jié)構(gòu)表面與拋光輪之間處于更接近于薄膜潤滑狀態(tài)的邊界潤滑，在低運(yùn)動(dòng)速度及拋光壓力、高振動(dòng)頻率及振動(dòng)幅值的情況下微結(jié)構(gòu)表面材料去除形式以三體磨粒磨損去除為主。
　　研究拋光工藝參數(shù)對(duì)超聲振動(dòng)拋光微

5、結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量，面形精度及材料去除率的影響規(guī)律，優(yōu)化超聲振動(dòng)拋光工藝參數(shù)。并對(duì)比分析磨削后及超聲振動(dòng)拋光后的微結(jié)構(gòu)亞表面損傷情況。研究結(jié)果表明，超聲振動(dòng)的引入可以降低微結(jié)構(gòu)表面粗糙度，獲得更尖銳的微結(jié)構(gòu)頂角及底角，提高硬脆材料的材料去除率；同時(shí)與普通磨粒拋光相比，在相同的拋光工藝參數(shù)下超聲振動(dòng)拋光可以更有效的去除微結(jié)構(gòu)亞表面裂紋。
　　基于以上研究結(jié)果，對(duì)無壓燒結(jié)碳化硅、無結(jié)合劑碳化鎢及氮化硅等硬脆材料進(jìn)行圓弧槽陣列、閃耀光柵及金字