影響光學玻璃超精密磨削表面質(zhì)量因素分析(1080830219 羅炎冰)

1、精密與超精密加工技術(shù)概論課程大作業(yè) 題 目：_影響光學玻璃超精密磨削表面質(zhì)量因素分析_ _姓 名： 羅炎冰_學 號：_1080830219_班 號：_ _0808302_授課教師：_ _張飛虎_得分哈爾濱工業(yè)大學2011年 4 月 2 日摘要：本文以光學玻璃為例，分析了脆性材料在超精密磨削過程中影響表面質(zhì)量的各種主要因素。然后針對影響光學鏡片已加工表面質(zhì)量的各種主要因素做了大量的實驗研究，并給出了合理的加工工藝參數(shù)選用原則。一、m，表面粗糙度小于m,是一種亞微米級的加工方法，并正向納米級發(fā)展。超精密磨削的發(fā)展遠比超精密金剛石車削緩慢，金剛石刀具超精密切削技術(shù)的研究比較成熟，但是金剛石刀具不宜切

2、削陶瓷、玻璃等硬脆，因為在微量切削陶瓷、玻璃時，切應力很大，臨界剪切能量密度也很大，切削刃處的高溫和高應力使金剛石產(chǎn)生較大的機械磨損。因此，對于陶瓷、玻璃等硬脆材料，超精密磨削顯然是一種重要的理想的加工方法，這就促進了超精密磨削的發(fā)展。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，脆性材料如各種光學玻璃、單晶硅、微晶玻璃及陶瓷等在航空、航天及軍用設(shè)備中應用得越來越廣泛，而且對零件表面質(zhì)量要求極高。為了獲得高質(zhì)量的脆性材料零件加工表面，常采用超精密磨削、研磨及拋光等方法。然而研磨及拋光等方法加工脆性材料時不可避免地具有生產(chǎn)效率低，加工表面的面形精度不高等缺點。年來，超精密磨削加工技術(shù)得到了極大發(fā)展，它能大大地提高零件

3、的加工精度和加工效率。但是，對于脆性材料的磨削加工，材料的去除方式將對已加工表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，根據(jù)脆性材料磨削加工的最新研究表明，盡管脆性材料有很大的脆性，但在選擇適當?shù)膮?shù)條件下脆性材料仍能以塑性去除的方式進行磨削加工，脆性材料的塑性方式磨削加工能極大地提高零件的加工表面質(zhì)量。二、影響超精密切削表面質(zhì)量的主要因素及其影響規(guī)律(1) 金剛石砂輪平均磨粒尺寸(2) 砂輪磨削速度(3) 進給量(4) 磨削深度2.2.1超精密磨床 超精密磨床的磨頭主軸采用空氣軸承主軸，磨頭主軸最高轉(zhuǎn)速為80 kr/min，回轉(zhuǎn)精度為0.1 m;m，并且主軸有很高的剛度和振動吸收率。該機床的磨削深度能控制到0

4、.1 m之內(nèi)。在磨削過程中，采用高壓、大流量冷卻液對工件進行冷卻。2.2.2磨削砂輪、磨削參數(shù)及檢測儀器在試驗中我們采用樹脂粘接的金剛石砂輪，砂輪直徑為8 mm，金剛石砂輪的平均磨粒尺寸分別為40 m,28 m,20 m,14m,10 m,7 m及2 .5 m等7種。金剛石砂輪是采用Gc400型修整器在砂輪圓周速度v9 = 160 m/min、修整器速度m/min、切削深度= 1m的參數(shù)條件下進行修整。試驗材料選用的是光學玻璃(K9)，擬采用的磨削參數(shù)為。= 1200 m/min, f =0 -200 m/r, =-10m的磨削條件下對之進行磨削加工。磨削表面則是用DI公司的Nanoscope

5、 III a,Dimension 3100型掃描探針顯微鏡進行觀察并用它測量該磨削加工表面的表面粗糙度及表面輪廓。試驗結(jié)果與討論首先我們用K9進行磨削試驗，當采用以上7種不同平均磨粒尺寸的金剛石砂輪并在=1200m/min,f=3 m/r, = 1 m的磨削條件下對之進行磨削加工。加工完畢后，該K9樣品用NanoscopeIIIa, Dimension 3100型掃描探針顯微鏡進行觀察，從觀察中得知，在磨削過程中存在著三種磨削模式:斷裂模式、斷裂和塑性模式、塑性模式，如圖1所示。其磨削后的砂輪平均磨粒尺寸與表面粗糙度的關(guān)系如圖2所示，從圖中可明顯看出，砂輪平均磨粒尺寸對表面粗糙度有很大的影響。

6、試驗還表明，在其他磨削條件不變的情況下，只有采用平均磨粒尺寸低于20 m的金剛石砂輪才能獲得塑性域的超精密磨削加工。 m的金剛石砂輪，并在磨削參數(shù)f = 1 m/r、= 1m不變的情況下，只改變砂輪速度對光學玻璃(K9)進行磨削加工。磨削后砂輪速度與表面粗糙度的關(guān)系如圖3所示。從圖中可看出，表面粗糙度隨砂輪速度的改變其變化幅度明顯小于平均磨粒尺寸對表面粗糙度的影響。m的金剛石砂輪在磨削參數(shù)= 20m/ s, = 1 m不變的情況下，只改變進給量f的大小，對光學玻璃(K9)進行磨削加工后用NanoscopeIIIa, Dimension 3100型檢測而得。從圖中可以看出，進給量對表面粗糙度的影

7、響程度與砂輪速度相差不多，均明顯小于平均磨粒尺寸對表面粗糙度的影響。 圖5則是表面粗糙度與磨削深度之間的關(guān)系圖。它是采用平均磨粒尺寸為10 m的金剛石砂輪在磨削參數(shù)=20 m/s, f = 1 m/r不變的情況下，只改變磨削深度的大小，對光學玻璃(K9)進行磨削加工后用NanoscopeIII a, Dimension 3100型檢測而得。從圖中可以看出，磨削深度對表面粗糙度的影響是比較小的，它對表面粗糙度的影響要小于砂輪速度及進給量對表面粗糙度的影響。對于微晶玻璃(GC1 )來說，當采用平均磨粒尺寸為2.5 m金剛石砂輪并在=1 200 m/min, f =3 m/r, = 1 m條件下進行

8、的磨削時，此時微晶玻璃表面處于塑性域磨削模式，圖6和圖7給出了磨削后用Nanoscope IIIa, Dimension 3100型掃描探針顯微鏡測得的微晶玻璃顯微圖形及其表面形貌，所測得的微晶玻璃表面粗糙度值為rms : 8 . 021 nm , : 6.200nm，其表面粗糙度值優(yōu)于用拋光方法加工的光學表面。三、合理的加工工藝參數(shù)選用原則 (1)金剛石砂輪的平均磨粒尺寸是影響磨削表面粗糙度的一個很重要的因素，采用平均磨粒尺寸小于20 m的金剛石砂輪進行磨削，可使光學玻璃在塑性模式下進行磨削加工，從而消除表面的裂紋缺陷。 (2)磨削表面粗糙度是砂輪速度及進給量的一個函數(shù)，它們對表面粗糙度的影響要明顯小于砂輪平均磨粒尺寸對表面粗糙度的影響。 (3)磨削深度對已加工零件的表面質(zhì)量影響最小，當脆性材料在塑性域進行磨削加工時，磨削對表面粗糙度基本上沒有影響，因而可綜合砂輪磨損情況、工作效