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光学玻璃磨削裂纹形成过程仿真及试验研究

孟彬彬  
【摘要】:光学玻璃等硬脆材料磨削亚表面裂纹生成机理是光学制造领域的重要基础性科学问题之一。光学玻璃等硬脆材料磨削中会引入微裂纹等亚表面损伤,对光学系统性能造成极大影响甚至破坏,因此减少磨削造成的微裂纹等亚表面损伤对提高光学元件的表面质量和加工效率具有重要意义。现有关于光学玻璃磨削机理及亚表面裂纹的研究都是基于压痕断裂力学和静态加载条件,没有考虑磨削过程中砂轮磨粒高速动态冲击效应的影响。 本课题通过对光学玻璃在单颗磨粒动态冲击作用下破坏行为仿真分析和试验验证,建立基于磨粒动态冲击效应的光学玻璃磨削亚表面裂纹生成及材料去除的有限元模型,仿真光学玻璃在崩碎去除方式下磨削加工材料的去除过程,探索脆性材料崩边及表面材料的去除过程中裂纹的扩展以及亚表面裂纹的开裂与生长机理。 搭建单颗粒磨削试验平台,选择合理的焊接及定位方式制作单颗粒金刚石砂轮,采用实际加工中典型参数验证仿真的可靠性,在超精密磨床上进行单颗粒磨削试验。 以砂轮转速和磨削深度为参变量仿真分析对亚表面裂纹生成的影响规律,并提出抑制亚表面裂纹生成的措施,为提高光学玻璃等硬脆材料的磨削表面质量提供依据。该研究对硬脆材料精密超精密加工有普遍意义,具有重要的理论与工程应用价值。


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