非球面透鏡的材料可加工性及其磨削加工的實驗研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展,非球面光學元件憑借其優(yōu)良的光學特性廣泛應用于軍事戰(zhàn)爭裝備及民用光電產(chǎn)品的領域中。由于紅外探測和紅外制造技術日漸成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要技術手段,因此具備先進性能的紅外非球面光學元件的研制與加工已成為當前研究熱點。單晶硅和硫化鋅材料為常用的紅外窗口和整流罩材料,二者均為脆性材料。為了獲得高質(zhì)量的非球面光學元件,首先通過壓痕和刻劃實驗分別對兩種材料的磨削可加工性進行分析,然后采用超精密磨削技術實現(xiàn)高精度高效率加工。
　　

2、本課題首先對單晶硅和硫化鋅材料進行微/納米壓痕實驗,測定材料的硬度、斷裂韌性和臨界切削深度等物理力學參數(shù),為其磨削加工提供參數(shù)依據(jù);由納米壓痕實驗獲得的載荷-深度曲線建立材料的本構模型,通過壓痕仿真揭示實驗過程中硫化鋅材料內(nèi)部的應力變化及分布,并對顯微壓痕形貌作出進一步解釋,同時研究不同載荷及壓頭形狀對材料內(nèi)部應力的影響。然后進行了單顆粒金剛石刻劃實驗和仿真,并對刻劃后的工件進行角度拋光,通過掃描電子顯微鏡觀察劃痕表面形貌和亞表層損傷,

3、結果表明硫化鋅材料可實現(xiàn)塑性域去除,亞表層損傷的主要形式為位錯。
　　基于以上磨削可加工性的分析結果,采用正交實驗方法,對硫化鋅進行平面磨削,分析磨削深度、砂輪轉速及工作臺進給速度對磨削力及表面粗糙度、面形精度的影響趨勢,并對三種影響因素進行優(yōu)化確定最佳磨削工藝參數(shù),為非球面磨削實驗提供參數(shù)依據(jù)。
　　最后,選用最佳工藝參數(shù),在超精密非球面加工機床上進行單晶硅的非球凸面和硫化鋅的非球凹面磨削實驗,分析工件的表面形成機理,結果