超声振动辅助磨削低膨胀玻璃技术研究

发布时间：2017-09-15 12:09

  本文关键词：超声振动辅助磨削低膨胀玻璃技术研究

  更多相关文章： 超声振动辅助磨削 传统磨削 表面粗糙度 亚表层损伤 力分析 声发射

【摘要】：玻璃材料在目前和今后的创新应用中被广泛需求。然而,加工符合结构和表面要求的玻璃却面临诸多困难。硬脆本性使它们很难用传统方法来实现精密加工,即不产生破碎和明显的亚表层影响。因此,高昂的材料加工成本限制了它们的广泛应用。在本研究中,提出了利用混合加工工艺(超声振动辅助磨削)来解决目前玻璃加工难题的方法。为了评价这种混合磨削工艺,必须将它与目前常用的传统磨削工艺进行对比。超声振动辅助磨削将超声振动与材料去除机理结合起来,通过在本加工工艺中施加一个轴向超声振动,可以降低磨削温度并减少砂轮磨损,同时获得传统磨削无法达到的高表面质量。在本研究中检验了该假设。本研究旨在介绍超声振动辅助磨削低膨胀光学玻璃的新知识。低膨胀玻璃主要应用于航天领域,例如哈勃望远镜的光学玻璃镜片,这主要是由于它优良的材料性能,本文中将会对其进一步分析。这种玻璃也在半导体工业上有着广泛的应用。近些年来,多种加工工艺被用于玻璃加工,然而,绝大多数非常耗时,例如抛光。该方法可以实现所需的无内部损伤的表面,然而耗时长的因素使得加工成本高昂,因此无法满足快速精密加工的需求。本文简要综述了本领域目前的研究现状。使用DEFORMTM软件尝试仿真了整个实验,建立了已有的模型,但由于时间关系未能得到仿真结果。通过磨削实验来对比传统磨削工艺和超声振动辅助磨削工艺。采用了安装在平面磨床上的高速空气电主轴(磨轴)来进行这两项工艺实验。当进行超声振动辅助磨削实验时,利用磨轴内的压电式换能器来输出所需的振动。对于两项工艺实验,都分析了表面粗糙度、亚表层损伤、磨削力信号、声发射信号和砂轮磨损。讨论并给出了研究结论:相对于传统超精密磨削工艺而言,超声振动辅助磨削工艺获得了更好的表面精度、更低的亚表层损伤并降低了45%的磨削力,这是由于超声振动磨削时砂轮与工件的周期性分离。声发射信号分析表明它与材料去除率存在正比例关系,而超声振动辅助磨削工艺得到了更高的材料去除率。
【关键词】：超声振动辅助磨削 传统磨削 表面粗糙度 亚表层损伤 力分析 声发射
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.684
【目录】：

• Abstract4-6
• 摘要6-12
• Chapter 1 Introduction and Literature review12-22
• 1.1 Research background12-13
• 1.2 Motivation, objectives and significance of research13-15
• 1.2.1 Motivation13
• 1.2.2 Objectives13-14
• 1.2.3 Significance of research14-15
• 1.3 Research Approaches15
• 1.4 Outline of dissertation15-16
• 1.5 General Review of Ultrasonic Machining16-18
• 1.6 Workpiece material: Ultra-Low Expansion (ULE) glass18-21
• 1.6.1 Making ULE glass19
• 1.6.2 Properties of ULE19-20
• 1.6.3 Chemical attack20-21
• 1.7 Summary21-22
• Chapter 2 Grinding principle22-30
• 2.1 Ductile regime machining23-28
• 2.1.1 Mechanism23-25
• 2.1.2 Critical cutting parameters for Ductile Regime Machining25-27
• 2.1.3 Ductile Regime Machining with Ultrasonic Vibrations27-28
• 2.2 Principle and kinematics of ultrasonic assisted grinding28-29
• 2.3 Summary29-30
• Chapter 3 Experimental Setup and Design of experiment30-52
• 3.1 Experiment performance parameters30-37
• 3.1.1 Wear of the Grinding wheel30-31
• 3.1.2 Subsurface Damage31-33
• 3.1.3 Surface roughness33-35
• 3.1.4 Material removal rate35
• 3.1.5 Grinding forces35-36
• 3.1.6 Acoustic emissions36-37
• 3.2 The experiment setup37-41
• 3.2.1 Grinding wheels40-41
• 3.3 Preliminary trials41-44
• 3.4 FE Simulation of UAVG44-46
• 3.5 Design of Experiment46-47
• 3.5.1 Taguchi design46-47
• 3.6 Equipment used for measurement and analysis47-52
• 3.6.1 Form Talysurf PGI 1240 (Taylor Hobson Ltd)47-48
• 3.6.2 Ultrasonic power supply48-49
• 3.6.3 Laser displacement sensor49-50
• 3.6.4 Scanning Electron Microscope (SEM)50
• 3.6.5 Grinding wheel dressing50-52
• Chapter 4 Results analysis, Discussion and Conclusion52-79
• 4.1 Surface Roughness52-61
• 4.2 Subsurface damage analysis61-63
• 4.3 Acoustic Emission (AE) analysis63-71
• 4.4 Grinding Force analysis71-79
• Conclusions and recommendations for future work79-80
• References80-85
• Acknowledgements85

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本文编号：856438