影響光學(xué)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(xué)玻璃超精密磨削表面質(zhì)量因素分析_ _姓 名： 羅炎冰_學(xué) 號(hào)：_1080830219_班 號(hào)：_ _0808302_授課教師：_ _張飛虎_得分哈爾濱工業(yè)大學(xué)2011年 4 月 2 日摘要：本文以光學(xué)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(duì)影響光學(xué)鏡片已加工表面質(zhì)量的各種主要因素做了大量的實(shí)驗(yàn)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(jí)的加工方法，并正向納米級(jí)發(fā)展。超精密磨削的發(fā)展遠(yuǎn)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?yàn)樵谖⒘壳邢魈沾伞⒉Ａr(shí)，切應(yīng)力很大，臨界剪切能量密度也很大，切削刃處的高溫和高應(yīng)力使金剛石產(chǎn)生較大的機(jī)械磨損。因此，對(duì)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(jìn)了超精密磨削的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，脆性材料如各種光學(xué)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(yīng)用得越來越廣泛，而且對(duì)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(shí)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(diǎn)。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(duì)于脆性材料的磨削加工，材料的去除方式將對(duì)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(dāng)?shù)膮?shù)條件下脆性材料仍能以塑性去除的方式進(jìn)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(jìn)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(dòng)吸收率。該機(jī)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(duì)工件進(jìn)行冷卻。2.2.2磨削砂輪、磨削參數(shù)及檢測(cè)儀器在試驗(yàn)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(jìn)行修整。試驗(yàn)材料選用的是光學(xué)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(duì)之進(jìn)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(jìn)行觀察并用它測(cè)量該磨削加工表面的表面粗糙度及表面輪廓。試驗(yàn)結(jié)果與討論首先我們用K9進(jìn)行磨削試驗(yàn)，當(dāng)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(duì)之進(jìn)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(jìn)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(duì)表面粗糙度有很大的影響。

6、試驗(yàn)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(duì)光學(xué)玻璃(K9)進(jìn)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(duì)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(jìn)給量f的大小，對(duì)光學(xué)玻璃(K9)進(jìn)行磨削加工后用NanoscopeIIIa, Dimension 3100型檢測(cè)而得。從圖中可以看出，進(jìn)給量對(duì)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(duì)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(duì)光學(xué)玻璃(K9)進(jìn)行磨削加工后用NanoscopeIII a, Dimension 3100型檢測(cè)而得。從圖中可以看出，磨削深度對(duì)表面粗糙度的影響是比較小的，它對(duì)表面粗糙度的影響要小于砂輪速度及進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的影響。對(duì)于微晶玻璃(GC1 )來說，當(dāng)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(jìn)行

8、的磨削時(shí)，此時(shí)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(cè)得的微晶玻璃顯微圖形及其表面形貌，所測(cè)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(xué)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(gè)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(jìn)行磨削，可使光學(xué)玻璃在塑性模式下進(jìn)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(jìn)給量的一個(gè)函數(shù)，它們對(duì)表面粗糙度的影響要明顯小于砂輪平均磨粒尺寸對(duì)表面粗糙度的影響。 (3)磨削深度對(duì)已加工零件的表面質(zhì)量影響最小，當(dāng)脆性材料在塑性域進(jìn)行磨削加工時(shí)，磨削對(duì)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