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光学玻璃切削过程中金刚石刀具磨损规律的实验研究

 

近年来,随着光电子技术、原子能技术、航空航天技术、光通信技术、红外技术和激光技术等尖端科技的飞速发展,光学玻璃的应用越发广泛。作为典型的脆性材料,光学玻璃存在着硬度高、脆性大、断裂韧性低和可加工性差等特点,所以一般采用传统的磨削、研磨和抛光等加工方法,这些方法加工效率低、生产周期长、成本高、加工精度不易保证,而且对于复杂曲面加工困难。 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。本论文主要研究金刚石刀具超声振动辅助切削光学玻璃时刀具的磨损机制。结合实验研究切削参数、振动参数和切削液对刀具磨损的影响,分析刀具磨损的特征和规律;通过优化切削参数、改变切削条件,探索减少刀具磨损的技术途径。 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、金刚石刀具磨损机制和切削液的作用原理等做了较全面的综述,分析了国内外相关技术的研究现状。 为了观察刀具的磨损现象,研究切削参数、振动参数等对刀具磨损的影响,本文根据正交实验设计方法,结合实际的加工条件,设计了以刀具前角、主轴转速、进给量和超声振动振幅四个参数为因素的四因素三水平的正交实验方案。 在此基础上分组进行了金刚石刀具切削三种典型光学玻璃的正交实验,由激光共聚焦显微镜检测到刀具磨损的二维、三维形貌图,并测得刀具后刀面的磨损带宽度值。通过对实验结果进行极差分析,获得了工艺参数的最优组合及其对刀具磨损的影响规律。并为后续的刀具磨损机制分析和切削液对刀具磨损影响的实验研究提供了基础。 通过分析磨损后刀具的形貌特征,发现金刚石刀具切削光学玻璃时刀具的磨损机制主要为机械磨损。同时,参照正交实验确定的最优参数组合进行了在不同切削液作用下金刚石刀具超声振动辅助切削光学玻璃的实验,结合切削液的作用原理,研究了切削液对刀具磨损的影响。研究结果表明,选用合理的切削液能降低刀具的磨损,提高刀具的耐用度。

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