K9光学玻璃超声振动辅助磨削的亚表面损伤机理
发布时间：2022-01-02 09:54
光学玻璃因具有良好的光学特性被广泛地应用于航空航天、微电子机械等领域,但是其脆硬性的材料特性使其在光学玻璃元件精密磨削加工过程中容易形成表面、亚表面缺陷,影响加工质量和加工效率,其中亚表面损伤还会显著影响后续抛光工作量。超声振动辅助磨削加工是当前迅速发展的一种复合加工技术,相比于常规磨削加工,其在脆硬性材料降低表面粗糙度、减少亚表面损伤以及提高去除率等方面具有一定的技术优势,但光学玻璃超声振动辅助磨削加工机理尚未完全掌握。为了进一步理解光学玻璃超声振动辅助磨削加工机理,尤其是显著影响后续抛光工序的亚表面损伤,本文开展K9光学玻璃超声振动辅助磨削的亚表面损伤机理研究。主要内容包括:首先,基于压痕变形区域,提出等效特征半径计算方法,用于评估等效断裂韧性,并以此推导出光学玻璃的超声振动辅助磨削亚表面损伤深度预测模型和超声振动维氏压痕中位裂纹深度模型,为后续实验研究提供理论指导;其次,进行K9光学玻璃单颗随机磨粒超声振动压痕实验,提出一个新的变量—等效平均接触应力,利用等效特征半径计算超声、非超声加载条件下压痕变形区域的等效平均接触应力,对比分析两种加载条件下K9光学玻璃压痕变形区域的等效平均...
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光学元件在日常生活中的应用
第一章绪论3有缺陷，对现行的光学玻璃精密磨削加工技术来说，还存在一些难以克服的问题，主要包括：由于在普通加载条件下的磨削加工中具有法向磨削力较大、磨削温度较高等特点，会加剧金刚石砂轮磨粒的磨损并引入更多的工件损伤，干扰了加工精度。为了找到这些问题合理的解决方法，超声振动被引入到磨削加工过程中[9]，并称之为超声振动辅助磨削(UltrasonicVibrationAssistedGrinding,UVAG)。超声振动辅助磨削是在传统磨削的基础上给工件或砂轮施加一维、二维的超声振动，如图1-2所示，使磨削过程中呈现振动冲击、往复熨压、超声润滑、能量集中、快速切削等特性，是一种将超声振动与传统磨削相结合的复合加工方法。很多研究结果表明：与普通磨削相比，超声振动辅助磨削技术在提高材料去除率、提高加工表面质量与加工精度、降低工件表面损伤以及延长砂轮寿命等方面具有显著优势[15]。图1-2超声振动辅助磨削技术R.W.Wood和A.L.Loomis在1927年首次提出超声振动辅助的加工技术，但当时并未受到其他学者的广泛关注[16]。日本是最早开始研究超声振动加工技术的国家，在20世纪50-60年代学者隈部淳一郎将超声振动引入到传统切削加工中，得出了振动切削加工理论，先后发表多篇论文，引起了极大的反响[16,17]。德国富特旺根大学Tawakoli等将超声振动应用到干式磨削技术上，其研究结果表明超声振动改善了工件表面的粗糙度，有效降低了磨削力和磨削过程中产生的热损伤[18]。哈尔滨工业大学张飞虎等针对碳化硅陶瓷材料，在相同的磨削参数下对比两种加载条件下磨削加工后的工件，发现施加超声振动后磨削力减小近1/3，工件表面损伤减少，亚表面的裂纹数量和深度有较大程度降低[19]。英国伯明翰大学Bhaduri等针对镍基合金718材料进行了超声振动辅助磨削实验，?
上海理工大学硕士学位论文4效改善了砂轮的径向磨损[20]。美国哥伦比亚大学Shimada等建立了超声磨削的磨削力经验公式，针对不锈钢316L进行了超声磨削实验，其结果表明施加超声振动后有效降低了磨削力[21]。中南大学何玉辉等综合切削变形力和摩擦力的理论分析，建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力数学模型，并通过实验验证了模型的可行性[15]。上海交通大学赵波等提出了二维超声振动辅助磨削技术，其装置示意图如图1-3所示，施加二维超声振动时磨粒相对于工件的运动轨迹为螺旋线形状。如图1-4所示，加工后工件表面质量优于普通磨削后工件的表面质量，如图1-5所示，材料去除率提高并且二维超声振动磨削能够增加塑性域切削深度[9,22]。图1-3二维超声振动磨削原理图
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃精密模压成形的研究进展[J]. 龚峰,李康森,闫超. 光学精密工程. 2018(06)
[2]Methods for Detection of Subsurface Damage:A Review[J]. Jing-fei Yin,Qian Bai,Bi Zhang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(03)
[3]环形气囊抛光K9光学玻璃的工艺实验研究[J]. 王广林,王新海,马瑾. 机械设计与制造工程. 2018(04)
[4]高速磨削工艺参数对K9玻璃表面粗糙度的影响规律研究[J]. 张贝. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[5]集群磁流变抛光参数对亚表面损伤深度的影响[J]. 肖强,陈刚. 光子学报. 2018(01)
[6]烧结钕铁硼材料压痕断裂力学机理研究[J]. 李立军,李杰华,曹剑,张爽,席明龙. 三峡大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]光学玻璃超声振动磨削亚表面损伤的试验研究[J]. 周明,黄铖,赵培轶,黄劭楠. 工具技术. 2017(07)
[8]光学材料亚表面损伤的表征与检测技术的研究进展[J]. 王华东,张泰华. 激光与光电子学进展. 2017(10)
[9]脆性材料亚表面损伤检测研究现状和发展趋势[J]. 王宁昌,姜峰,黄辉,徐西鹏. 机械工程学报. 2017(09)
[10]基于磨削速度的K9光学玻璃平面磨削亚表面裂纹深度研究[J]. 陈江,张飞虎. 金刚石与磨料磨具工程. 2016(04)
硕士论文
[1]轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模研究[D]. 郎献军.中南大学 2014
[2]光学玻璃单颗磨粒磨削过程的仿真与实验研究[D]. 李志鹏.哈尔滨工业大学 2013
[3]轴向超声振动辅助磨削机理的研究[D]. 肖敏.东北大学 2012
[4]面向光学玻璃的精密加工技术研究[D]. 胡绍波.东华大学 2011
本文编号：3563965
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光学元件在日常生活中的应用
第一章绪论3有缺陷，对现行的光学玻璃精密磨削加工技术来说，还存在一些难以克服的问题，主要包括：由于在普通加载条件下的磨削加工中具有法向磨削力较大、磨削温度较高等特点，会加剧金刚石砂轮磨粒的磨损并引入更多的工件损伤，干扰了加工精度。为了找到这些问题合理的解决方法，超声振动被引入到磨削加工过程中[9]，并称之为超声振动辅助磨削(UltrasonicVibrationAssistedGrinding,UVAG)。超声振动辅助磨削是在传统磨削的基础上给工件或砂轮施加一维、二维的超声振动，如图1-2所示，使磨削过程中呈现振动冲击、往复熨压、超声润滑、能量集中、快速切削等特性，是一种将超声振动与传统磨削相结合的复合加工方法。很多研究结果表明：与普通磨削相比，超声振动辅助磨削技术在提高材料去除率、提高加工表面质量与加工精度、降低工件表面损伤以及延长砂轮寿命等方面具有显著优势[15]。图1-2超声振动辅助磨削技术R.W.Wood和A.L.Loomis在1927年首次提出超声振动辅助的加工技术，但当时并未受到其他学者的广泛关注[16]。日本是最早开始研究超声振动加工技术的国家，在20世纪50-60年代学者隈部淳一郎将超声振动引入到传统切削加工中，得出了振动切削加工理论，先后发表多篇论文，引起了极大的反响[16,17]。德国富特旺根大学Tawakoli等将超声振动应用到干式磨削技术上，其研究结果表明超声振动改善了工件表面的粗糙度，有效降低了磨削力和磨削过程中产生的热损伤[18]。哈尔滨工业大学张飞虎等针对碳化硅陶瓷材料，在相同的磨削参数下对比两种加载条件下磨削加工后的工件，发现施加超声振动后磨削力减小近1/3，工件表面损伤减少，亚表面的裂纹数量和深度有较大程度降低[19]。英国伯明翰大学Bhaduri等针对镍基合金718材料进行了超声振动辅助磨削实验，?
上海理工大学硕士学位论文4效改善了砂轮的径向磨损[20]。美国哥伦比亚大学Shimada等建立了超声磨削的磨削力经验公式，针对不锈钢316L进行了超声磨削实验，其结果表明施加超声振动后有效降低了磨削力[21]。中南大学何玉辉等综合切削变形力和摩擦力的理论分析，建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力数学模型，并通过实验验证了模型的可行性[15]。上海交通大学赵波等提出了二维超声振动辅助磨削技术，其装置示意图如图1-3所示，施加二维超声振动时磨粒相对于工件的运动轨迹为螺旋线形状。如图1-4所示，加工后工件表面质量优于普通磨削后工件的表面质量，如图1-5所示，材料去除率提高并且二维超声振动磨削能够增加塑性域切削深度[9,22]。图1-3二维超声振动磨削原理图
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃精密模压成形的研究进展[J]. 龚峰,李康森,闫超. 光学精密工程. 2018(06)
[2]Methods for Detection of Subsurface Damage:A Review[J]. Jing-fei Yin,Qian Bai,Bi Zhang. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(03)
[3]环形气囊抛光K9光学玻璃的工艺实验研究[J]. 王广林,王新海,马瑾. 机械设计与制造工程. 2018(04)
[4]高速磨削工艺参数对K9玻璃表面粗糙度的影响规律研究[J]. 张贝. 组合机床与自动化加工技术. 2018(02)
[5]集群磁流变抛光参数对亚表面损伤深度的影响[J]. 肖强,陈刚. 光子学报. 2018(01)
[6]烧结钕铁硼材料压痕断裂力学机理研究[J]. 李立军,李杰华,曹剑,张爽,席明龙. 三峡大学学报(自然科学版). 2017(06)
[7]光学玻璃超声振动磨削亚表面损伤的试验研究[J]. 周明,黄铖,赵培轶,黄劭楠. 工具技术. 2017(07)
[8]光学材料亚表面损伤的表征与检测技术的研究进展[J]. 王华东,张泰华. 激光与光电子学进展. 2017(10)
[9]脆性材料亚表面损伤检测研究现状和发展趋势[J]. 王宁昌,姜峰,黄辉,徐西鹏. 机械工程学报. 2017(09)
[10]基于磨削速度的K9光学玻璃平面磨削亚表面裂纹深度研究[J]. 陈江,张飞虎. 金刚石与磨料磨具工程. 2016(04)
硕士论文
[1]轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模研究[D]. 郎献军.中南大学 2014
[2]光学玻璃单颗磨粒磨削过程的仿真与实验研究[D]. 李志鹏.哈尔滨工业大学 2013
[3]轴向超声振动辅助磨削机理的研究[D]. 肖敏.东北大学 2012
[4]面向光学玻璃的精密加工技术研究[D]. 胡绍波.东华大学 2011
本文编号：3563965
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3563965.html
