微晶玻璃磨削表面的残余应力研究

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微晶玻璃又称玻璃陶瓷,具有良好的机械性能和化学稳定性,在诸多光学系统中应用广泛。作为脆性材料,常采用磨削工艺以去除多余材料成型,在此过程中必然在元件表面产生缺陷,使元件产生不该有的残余应力,此残余应力将直接影响元件的强度和尺寸稳定性(包括光学元件的表面面形质量),从而影响系统的性能和寿命使用安全性,因此,研究微晶玻璃磨削过程中所产生的残余应力是很有必要的。本文针对工艺参数对工件磨削残余应力的影响,采用理论研究、有限元模拟和实验分析相结合,具体研究内容如下:1、基于压痕断裂力学理论,分析了磨削过程中材料去除机理;并从压痕模型中提出残余应力的分布猜想。最后通过理论分析出热冲击对残余应力的产生基本没有影响。2、根据磨削力的理论计算公式,得到工艺参数与磨削力之间的关系。进行磨削过程有限元模拟,计算出不同磨削载荷条件下所产生的残余应力,最后分析出各工艺参数对残余应力的影响。3、以ZERODUR○R微晶玻璃为研究对象,采用电镀金刚石磨头进行磨削实验,实验中考虑四种工艺参数对残余应力的影响。实验结果表明:磨削深度越浅、工件进给速度越慢、砂轮转速越快所产生的残余应力越小,这与模拟结果基本一致;对于磨粒粒度,其尺寸越小,所产生的残余应力也越小。这为微晶玻璃磨削的实际工艺参数选择提供参考依据。
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