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K9光学玻璃超声振动辅助磨削的亚表面损伤机理

K9光学玻璃超声振动辅助磨削的亚表面损伤机理

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作者：高睿上海理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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接触应力与平均接触应力的变化趋势,结果表明平均接触应力与未施加超声振动条件下等效平均接触应力较为接近,此外超声振动降低了等效平均接触应力,以及单位体积材料去除下的等效平均接触应力;接着,针对K9光学玻璃进行超声振动辅助维氏压痕实验,对普通加载条件下的压痕中位裂深度纹模型进行系数修正,从而获得较为准确的超声振动维氏压痕中位裂纹深度模型;最后,进行超声振动辅助磨削实验,对不同磨削进给深度的亚表面损伤深度进行分析,验证了超声振动辅助磨削亚表面损伤深度预测模型的准确性,并分析了等效平均接触应力和超声振动维氏压痕中位裂纹深度模型以及超声振动辅助磨削亚表面损伤深度之间的关系,进一步揭示超声振动磨削加工亚表面损伤机理,对推动超声振动辅助磨削加工技术发展具有积极意义。

关键词：光学玻璃单颗磨粒亚表面损伤机理中位裂纹等效特征半径等效平均接触应力

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