切削液对光学玻璃精密切削临界切削条件影响的研究

论文摘要

光学玻璃作为典型的脆性材料广泛地用于航空航天、微电子、光学工业等诸多高新技术领域;但其因硬度高、断裂韧性低而导致可加工性较差。目前,光学玻璃元器件的加工仍采用研磨、抛光等传统工艺,这些方法存在低效率、高成本等不足。随着精密超精密加工技术的发展,金刚石超声振动切削因自身的技术优势已逐渐成为脆性材料精密加工的一个主要研究方向。本论文主要研究切削液对光学玻璃精密切削临界切削条件的影响,试图通过切削液对材料表面的改性作用来提高光学玻璃精密切削的临界切削深度,达到高效加工和改善表面加工质量的目的。利用改性的工艺手段来提高光学玻璃的可加工性,既可提高塑性切削的临界切深,又能有效地降低对精密加工设备的要求。本文首先对脆性材料的塑性域精密切削技术、超声振动加工技术的发展及切削液的作用原理研究做了较全面的综述,总结了国内外研究状况。在分析光学玻璃表面结构和组成特性的基础上,从玻璃表面吸附与侵蚀原理出发,结合光学玻璃精密切削的实际需求,完成了切削液的选择。分组进行了切削液作用下三种光学玻璃的压痕试验,通过比较分析表面压痕尺寸、裂纹尺寸、材料表层硬度等数据及压痕形貌,对切削液在试验中的作用原理加以阐述。进而完成了光学玻璃的超声振动刻划试验,由共聚焦显微镜测得到了光学玻璃在不同切削液作用下的刻划形貌及临界刻划深度值。同时,结合压痕试验的结果,确定了三种光学玻璃较为理想的切削液参数。最后,在高精度车床上完成了光学玻璃精密切削的对比试验。试验结果表明,选定的切削液在一定程度上提高了光学玻璃的表面加工质量。并结合玻璃表面侵蚀原理、光学玻璃组成理论,对切削液的作用机理作了相关解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 脆性材料塑性域精密切削技术的综述
• 1.2.1 脆性材料塑性域切削理论的发展
• 1.2.2 超声振动切削加工技术的发展
• 1.2.3 切削液的作用原理及相关研究
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 切削液的设计与选择
• 2.1 引言
• 2.2 玻璃表面结构与特性
• 2.3 玻璃表面吸附与侵蚀原理
• 2.3.1 玻璃表面的吸附原理
• 2.3.2 玻璃表面的侵蚀原理
• 2.3.3 玻璃表面的水解
• 2.3.4 玻璃表面受碱的侵蚀
• 2.3.5 玻璃表面受酸的侵蚀
• 2.4 切削液的设计选用
• 2.4.1 切削液的设计选用原则
• 2.4.2 中性切削液
• 2.4.3 碱性切削液的选用
• 2.4.4 酸性切削液的选用
• 2.5 本章小结
• 第3章 光学玻璃的压痕试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 脆性材料压痕裂纹扩展机理的研究
• 3.3 光学玻璃压痕试验的方案设计
• 3.4 光学玻璃的压痕试验结果及分析
• 3.4.1 BK7 的压痕试验结果及分析
• 3.4.2 SF6 的压痕试验结果及分析
• 3.4.3 Soda-lime的压痕试验结果及分析
• 3.4.4 压痕试验试验结果综合分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 光学玻璃的超声振动变切深刻划试验的研究
• 4.1 引言
• 4.2 超声振动变切深刻划试验的设计
• 4.3 超声振动变切深刻划试验结果及分析
• 4.3.1 BK7 的变切深刻划试验结果分析
• 4.3.2 SF6 的变切深刻划试验结果分析
• 4.3.3 Soda-lime的变切深刻划试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 光学玻璃的超声振动精密切削试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验参数的确定
• 5.2.1 切削液参数的确定
• 5.2.2 切削参数的确定
• 5.3 超声振动切削试验结果及分析
• 5.3.1 BK7 的切削试验结果分析
• 5.3.2 SF6 的切削试验结果分析
• 5.3.3 Soda-lime的切削试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢