微小非球面碳化钨模具的斜轴磨削及超声抛光工艺研究

论文摘要

微小光学元件的制造技术主要有超精密机械加工和模压成型两种，其中，模压成型作为一种面型复制技术，是一种适合批量生产的低成本、高效率技术。模压所用的模具需要光整加工，以进一步提表面质量和面型精度，达到应用要求。本研究提出非球面的斜轴磨削方式和超声椭圆振动抛光技术，以获得所需的形状精度和表面质量。超声抛光技术是一种非传统的加工技术，其抛光效率高，抛光时磨粒的切削力小，抛光后表面质量高。特别是抛光硬脆材料时，超声抛光易于实现脆性材料的延性去除,加工表面不易产生裂纹，能达到较高的面形精度。本文将超声抛光技术应用于透镜模具加工，希望实现透镜模具的精密抛光。本课题来源于国家科技支撑计划重点项目(车用光学透镜及模具超精密抛光加工装置与工艺)，论文主要围绕微小非球面模具的加工和超声椭圆振动抛光工艺研究进行展开：（1）从现有的模具加工理论和相关文献出发，概括总结了模具加工的基本方法和模型，并根据微小透镜模具的加工特点，研究了针对微小非球面模具加工的斜轴磨削方法；（2）根据选定的用于微小非球面模具加工的磨削方式，对其进行加工干涉情况分析和数学建模，获得无干涉情况下的边界条件，对边界条件进行编程计算获得磨削选定非球面的最大砂轮直径和最大砂轮长度；（3）根据对超声抛光方式的分析对比，设计了接触式超声游离磨粒抛光方式进行椭圆振动抛光实验，并对设计的超声振动系统进行振幅和频率的测试；（4）通过平面抛光实验，对所测表面粗糙度和表面微观形貌进行对比分析，综合考虑抛光效率和抛光效果，确定各抛光参数的最优值，并将最优抛光参数应用于非球面抛光实验，以达到提高非球面形状精度和表面质量的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号物理含义表
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 非球面模具的加工方法
• 1.3 超声抛光技术
• 1.4 课题研究的目的与内容
• 1.4.1 课题来源、研究目的及研究意义
• 1.4.2 研究内容与论文结构
• 第2章 微小非球面的磨削方式及砂轮的选择
• 2.1 非球面的基本概念
• 2.2 非球面磨削方式的选择
• 2.2.1 X、Z 轴两轴联动方式斜轴磨削
• 2.2.2 X、Z、B 轴三轴联动方式斜轴磨削
• 2.3 微小砂轮直径的选择
• 2.3.1 几何干涉分析
• 2.3.2 几何干涉的数学模型
• 2.3.3 砂轮直径的计算
• 2.4 微小砂轮的特性及选择
• 2.4.1 微粉砂轮的分类
• 2.4.2 微粉砂轮的磨削特性
• 2.4.3 微粉砂轮的修整
• 2.5 本章小结
• 第3章 碳化钨模具材料的磨削实验与分析
• 3.1 模具材料的选择
• 3.2 磨削实验方案
• 3.3 YG15 碳化钨平面的磨削实验
• 3.4 YG15 碳化钨非球面的磨削实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 微小非球面的超声抛光系统设计
• 4.1 超声波的产生及其特性
• 4.2 超声抛光的类型与特点
• 4.2.1 超声抛光的类型
• 4.2.2 超声抛光的特点
• 4.3 硬脆材料的超声抛光机理
• 4.4 超声抛光系统的设计与测试
• 4.4.1 超声抛光系统的设计
• 4.4.2 超声抛光系统的测试
• 4.5 抛光粉的选择
• 4.6 本章小结
• 第5章 超声抛光实验与分析
• 5.1 超声抛光实验方案
• 5.2 YG15 碳化钨平面的超声抛光实验
• 5.2.1 抛光时间对抛光表面粗糙度的影响
• 5.2.2 工件转速对抛光表面粗糙度的影响
• 5.2.3 进给速度对抛光表面粗糙度的影响
• 5.2.4 抛光间隙对抛光表面粗糙度的影响
• 5.2.5 抛光粉粒度对抛光表面粗糙度的影响
• 5.3 YG15 碳化钨非球面的超声抛光实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录B 参与研究课题
• 附录C 几何干涉分析部分程序代码