光學(xué)玻璃超精密切削加工技術(shù)的研究.pdf

1、光學(xué)玻璃材料因具有諸多優(yōu)良性能而廣泛應(yīng)用于民用及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。然而，脆性程度高這一光學(xué)玻璃作為脆性材料的本征屬性，導(dǎo)致其可加工性較差。自19世紀(jì)中晚期現(xiàn)代光學(xué)玻璃制備工業(yè)肇始，直至當(dāng)下，傳統(tǒng)的研磨拋光工藝，仍為光學(xué)玻璃機(jī)械加工的主要方法。若能以超精密切削的方式，加工光學(xué)玻璃元器件，將擴(kuò)大可加工形狀范圍、提高加工效率、實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的數(shù)控化。因此，研究光學(xué)玻璃的超精密切削技術(shù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　光學(xué)玻璃材料特有的組分結(jié)構(gòu)為其可加

2、工性差的根本原因。本文以分析光學(xué)玻璃材料組分氧化物及由其形成的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)光學(xué)玻璃超精密切削中，材料微塑性的形成條件、脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削厚度與材料可加工性間的關(guān)系進(jìn)行研究。以此為基礎(chǔ)，分析光學(xué)玻璃材料的硬度、斷裂韌性等主要力學(xué)性能與材料可加工性間的關(guān)系，并提出脆度的概念，用以直觀評(píng)判材料的可加工性。此外，根據(jù)光學(xué)玻璃材料組分氧化物類(lèi)型，選擇BK7、Soda-lime、SF6三種光學(xué)玻璃為本文試驗(yàn)材料。
　　本文選擇維氏壓

3、痕試驗(yàn)方案，對(duì)印壓過(guò)程中光學(xué)玻璃材料的彈塑性恢復(fù)及裂紋生成擴(kuò)展等塑性、脆性變形行為進(jìn)行了分析，并對(duì)材料主要力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)算。進(jìn)而通過(guò)求解壓痕變形區(qū)彈性組元與塑性組元的應(yīng)力場(chǎng)解，推導(dǎo)了光學(xué)玻璃超精密切削中材料脆性破壞擴(kuò)展尺寸的求解公式，從而對(duì)材料微塑性形成條件進(jìn)行了參數(shù)化描述。
　　改善光學(xué)玻璃材料由高脆度決定的低可加工性，為光學(xué)玻璃超精密切削技術(shù)的難點(diǎn)之一。本文以酸堿液對(duì)組分不同光學(xué)玻璃材料的侵蝕作用的分析為基礎(chǔ)，提出了選擇

4、合適酸堿液作為光學(xué)玻璃超精密切削加工中的切削液、通過(guò)引發(fā)光學(xué)玻璃材料內(nèi)硅氧鍵的斷裂而改善其可加工性的方法。對(duì)不同種類(lèi)的光學(xué)玻璃材料進(jìn)行了切削液作用下的壓痕與變切深刻劃試驗(yàn)，驗(yàn)證了硼酸溶液對(duì)BK7與SF6材料、碳酸鈉溶液對(duì)Soda-lime材料具有降低脆度、提升脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削厚度的功效。
　　光學(xué)玻璃超精密切削中的加工條件將直接影響加工表面質(zhì)量。本文以材料微塑性形成條件的參數(shù)化描述的總結(jié)分析為基礎(chǔ)，通過(guò)光學(xué)玻璃切削試驗(yàn)分析了切削參

5、數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響，由此提出了光學(xué)玻璃超精密切削加工中切削參數(shù)的優(yōu)選原則。并通過(guò)不同切削液條件下的切削試驗(yàn)，驗(yàn)證了選擇合適酸堿液作為切削液可改善光學(xué)玻璃材料可加工性、從而提升加工表面質(zhì)量這一方法的適用性。
　　金剛石刀具磨損嚴(yán)重，為阻礙光學(xué)玻璃超精密切削技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的主要原因之一。本文通過(guò)對(duì)刀具磨損演進(jìn)過(guò)程的分析，提出應(yīng)以后刀面磨損帶寬度最大值作為光學(xué)玻璃超精密切削中刀具磨損程度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)影響