BK7玻璃旋转超声加工表面/亚表面损伤特征分析与评价
发布时间：2021-08-20 20:35
旋转超声加工（RUM）是一种集传统超声加工与磨削加工为一体的复合加工方法,利用金刚石刀具对BK7玻璃进行加工可以达到所需的几何形状和精度,是BK7玻璃元件高效加工的一种切实可行方法。然而在刀具主轴高频振动作用下,磨粒对工件表面产生较大的冲击载荷势必会导致表面及亚表面损伤增大,从而降低了工件的机械承载能力。因此,需要深入研究BK7玻璃旋转超声加工材料去除机理、表面/亚表面损伤特征、亚表面裂纹深度检测及预测方法,以实现BK7玻璃元件的高效低损伤加工。本文通过BK7玻璃刻划实验对旋转超声加工材料去除机理及表面损伤特征进行了分析,发现工件表面存在由材料塑性流动及脆性断裂产生的表面损伤;在不同刻划速度下进行变切深单刻划实验,同时在不同刻划间距和切深条件下进行双刻划实验,结果表明,刻划速度的增大导致脆/塑转变临界切深及临界载荷变大,刻划深度和划痕间距也对材料去除及表面损伤产生了一定地影响。深入分析BK7玻璃旋转超声加工表面创成机理,采用多种方法对工件表面及亚表面损伤形貌及裂纹深度进行了检测,研究了旋转超声加工亚表面裂纹形成机理,发现残余应力诱导中位/径向裂纹和侧向裂纹系统的产生,同时在主轴高频振动...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题的研究背景及目的和意义
1.3 BK7玻璃磨粒加工材料去除机理研究现状
1.3.1 刻划实验
1.3.2 旋转超声加工实验
1.4 亚表面损伤特征及深度检测技术研究现状
1.5 旋转超声加工亚表面损伤预测方法研究现状
1.6 BK7玻璃旋转超声加工边缘破损研究现状
1.7 本课题的主要研究内容
第2章 基于刻划实验的BK7玻璃旋转超声加工表面损伤特征分析
2.1 引言
2.2 超声振动刻划实验原理及装置
2.2.1 实验原理
2.2.2 实验装置
2.3 超声振动变切深单刻划实验研究
2.3.1 单刻划实验方案设计
2.3.2 单刻划划痕区域划分
2.3.3 单刻划表面损伤形貌分析
2.3.4 划痕表面三维形貌分析
2.3.5 划痕截面特征分析
2.3.6 刻划力特征分析
2.3.7 刻划速度对临界切深和临界载荷的影响
2.4 超声振动固定切深双刻划实验研究
2.4.1 双刻划实验方案设计
2.4.2 双刻划表面损伤形貌分析
2.4.3 双刻划刻划力特征分析
2.5 划痕亚表面损伤形貌
2.6 本章小结
第3章 旋转超声加工亚表面裂纹形成机理及深度检测
3.1 引言
3.2 旋转超声加工表面创成机理
3.3 旋转超声加工表面损伤形貌分析
3.4 基于截面显微法的亚表面损伤形貌分析
3.5 基于磁流变抛光斑点法的亚表面裂纹深度检测
3.5.1 试件制备
3.5.2 检测原理及操作步骤
3.5.3 磁流变抛光斑点法检测结果分析
3.6 BK7玻璃旋转超声加工亚表面裂纹形成机理
3.7 本章小结
第4章 BK7玻璃旋转超声端铣加工亚表面损伤深度预测方法
4.1 引言
4.2 磨粒运动特性及轨迹分析
4.3 旋转超声端铣加工要素分析
4.3.1 端面磨粒与铣削表面接触长度
4.3.2 刀具端面有效磨粒数的计算
4.4 旋转超声端铣加工亚表面裂纹深度预测模型
4.4.1 中位裂纹和侧向裂纹深度计算
4.4.2 轴向切削力与轴向最大印压载荷关系
4.4.3 端铣加工亚表面损伤深度的计算
4.5 工艺参数与粗糙度及亚表层损伤深度之间的关系
4.6 工艺参数对表面粗糙度及亚表面裂纹深度的影响
4.6.1 主轴转速对Ra及dSSDC的影响规律
4.6.2 进给速度对Ra及dSSDC的影响规律
4.6.3 切削深度对Ra及dSSDC的影响规律
4.7 旋转超声端铣加工工艺参数的优化
4.8 本章小结
第5章 BK7玻璃旋转超声铣磨加工边缘破损分析
5.1 引言
5.2 铣磨加工侧面磨粒与磨削表面接触长度
5.3 径向切削力与径向最大印压载荷关系
5.4 BK7玻璃旋转超声加工边缘破损机理
5.5 BK7玻璃旋转超声加工出口崩边发生的临界条件
5.6 BK7玻璃旋转超声加工边缘破损实验研究
5.6.1 实验准备
5.6.2 实验方案设计
5.6.3 实验结果分析
5.7 铣磨加工工艺参数对出口崩边尺寸的影响
5.7.1 进给速度对崩边尺寸的影响
5.7.2 切削深度对崩边尺寸的影响
5.7.3 主轴转速对崩边尺寸的影响
5.8 旋转超声铣磨加工边缘破损抑制策略
5.9 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiCp/Al复合材料制孔崩边缺陷及其评价方法[J]. 曹波,高航,鲍永杰,鲍子成,陈广华. 复合材料学报. 2014(04)
[2]KDP晶体超声辅助磨削的亚表面损伤研究[J]. 王强国,高航,裴志坚,鲁春朋,王碧玲,滕晓辑. 人工晶体学报. 2010(01)
[3]光学玻璃的发展及其应用[J]. 王耀祥. 应用光学. 2005(05)
[4]超声波加工机床及其发展[J]. 程学艳,郭文娟,林彬,于思远. 新技术新工艺. 2004(10)
[5]磨削技术的新进展──硬脆材料光滑表面的超精磨削[J]. 任敬心,史兴宽. 中国机械工程. 1997(04)
博士论文
[1]基于微纳米划擦特性的光学玻璃磨削机理与工艺研究[D]. 顾伟彬.上海交通大学 2012
[2]超声激励纳米复相陶瓷非局部本构关系及延性域磨削机理研究[D]. 卞平艳.河南理工大学 2012
[3]硬脆非金属材料微结构微细加工关键技术研究[D]. 王丹.上海交通大学 2011
[4]光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓.国防科学技术大学 2008
[5]旋转超声加工机床的研制及实验研究[D]. 郑书友.华侨大学 2008
[6]单晶硅片超精密磨削加工表面层损伤的研究[D]. 张银霞.大连理工大学 2006
本文编号：3354187
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题的研究背景及目的和意义
1.3 BK7玻璃磨粒加工材料去除机理研究现状
1.3.1 刻划实验
1.3.2 旋转超声加工实验
1.4 亚表面损伤特征及深度检测技术研究现状
1.5 旋转超声加工亚表面损伤预测方法研究现状
1.6 BK7玻璃旋转超声加工边缘破损研究现状
1.7 本课题的主要研究内容
第2章 基于刻划实验的BK7玻璃旋转超声加工表面损伤特征分析
2.1 引言
2.2 超声振动刻划实验原理及装置
2.2.1 实验原理
2.2.2 实验装置
2.3 超声振动变切深单刻划实验研究
2.3.1 单刻划实验方案设计
2.3.2 单刻划划痕区域划分
2.3.3 单刻划表面损伤形貌分析
2.3.4 划痕表面三维形貌分析
2.3.5 划痕截面特征分析
2.3.6 刻划力特征分析
2.3.7 刻划速度对临界切深和临界载荷的影响
2.4 超声振动固定切深双刻划实验研究
2.4.1 双刻划实验方案设计
2.4.2 双刻划表面损伤形貌分析
2.4.3 双刻划刻划力特征分析
2.5 划痕亚表面损伤形貌
2.6 本章小结
第3章 旋转超声加工亚表面裂纹形成机理及深度检测
3.1 引言
3.2 旋转超声加工表面创成机理
3.3 旋转超声加工表面损伤形貌分析
3.4 基于截面显微法的亚表面损伤形貌分析
3.5 基于磁流变抛光斑点法的亚表面裂纹深度检测
3.5.1 试件制备
3.5.2 检测原理及操作步骤
3.5.3 磁流变抛光斑点法检测结果分析
3.6 BK7玻璃旋转超声加工亚表面裂纹形成机理
3.7 本章小结
第4章 BK7玻璃旋转超声端铣加工亚表面损伤深度预测方法
4.1 引言
4.2 磨粒运动特性及轨迹分析
4.3 旋转超声端铣加工要素分析
4.3.1 端面磨粒与铣削表面接触长度
4.3.2 刀具端面有效磨粒数的计算
4.4 旋转超声端铣加工亚表面裂纹深度预测模型
4.4.1 中位裂纹和侧向裂纹深度计算
4.4.2 轴向切削力与轴向最大印压载荷关系
4.4.3 端铣加工亚表面损伤深度的计算
4.5 工艺参数与粗糙度及亚表层损伤深度之间的关系
4.6 工艺参数对表面粗糙度及亚表面裂纹深度的影响
4.6.1 主轴转速对Ra及dSSDC的影响规律
4.6.2 进给速度对Ra及dSSDC的影响规律
4.6.3 切削深度对Ra及dSSDC的影响规律
4.7 旋转超声端铣加工工艺参数的优化
4.8 本章小结
第5章 BK7玻璃旋转超声铣磨加工边缘破损分析
5.1 引言
5.2 铣磨加工侧面磨粒与磨削表面接触长度
5.3 径向切削力与径向最大印压载荷关系
5.4 BK7玻璃旋转超声加工边缘破损机理
5.5 BK7玻璃旋转超声加工出口崩边发生的临界条件
5.6 BK7玻璃旋转超声加工边缘破损实验研究
5.6.1 实验准备
5.6.2 实验方案设计
5.6.3 实验结果分析
5.7 铣磨加工工艺参数对出口崩边尺寸的影响
5.7.1 进给速度对崩边尺寸的影响
5.7.2 切削深度对崩边尺寸的影响
5.7.3 主轴转速对崩边尺寸的影响
5.8 旋转超声铣磨加工边缘破损抑制策略
5.9 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiCp/Al复合材料制孔崩边缺陷及其评价方法[J]. 曹波,高航,鲍永杰,鲍子成,陈广华. 复合材料学报. 2014(04)
[2]KDP晶体超声辅助磨削的亚表面损伤研究[J]. 王强国,高航,裴志坚,鲁春朋,王碧玲,滕晓辑. 人工晶体学报. 2010(01)
[3]光学玻璃的发展及其应用[J]. 王耀祥. 应用光学. 2005(05)
[4]超声波加工机床及其发展[J]. 程学艳,郭文娟,林彬,于思远. 新技术新工艺. 2004(10)
[5]磨削技术的新进展──硬脆材料光滑表面的超精磨削[J]. 任敬心,史兴宽. 中国机械工程. 1997(04)
博士论文
[1]基于微纳米划擦特性的光学玻璃磨削机理与工艺研究[D]. 顾伟彬.上海交通大学 2012
[2]超声激励纳米复相陶瓷非局部本构关系及延性域磨削机理研究[D]. 卞平艳.河南理工大学 2012
[3]硬脆非金属材料微结构微细加工关键技术研究[D]. 王丹.上海交通大学 2011
[4]光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓.国防科学技术大学 2008
[5]旋转超声加工机床的研制及实验研究[D]. 郑书友.华侨大学 2008
[6]单晶硅片超精密磨削加工表面层损伤的研究[D]. 张银霞.大连理工大学 2006
本文编号：3354187
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