KDP软脆功能晶体可磨削性的试验研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:limihu93
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KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate,化学式为KH2PO4)晶体因具有较高的非线性和激光损伤阀值,作为一种优质的非线性光学材料,目前广泛应用于激光频率转换器和光电开关。但是因其具有各向异性、质软、易潮解、脆性高、对温度变化敏感和易开裂等不利于材料加工的特点,使得KDP晶体的加工周期长、合格率低、质量不稳定,因此KDP晶体成为目前最难加工的晶体材料之一。寻求高效、高表面质量的加工方法成为迫切需要解决的问题。为了探索KDP晶体的“磨削+无磨料抛光”新工艺,本文依托国家自然科学重点基金项目,开展了KDP晶体可磨削性的试验研究。论文首先以精密卧矩台平面磨床为试验平台,研究了周边磨削方式下各项磨削工艺参数(切削深度、工件速度等)以及砂轮特性对磨削力和表面质量的影响规律。试验结果表明:在一定的加工条件下,工件速度对磨削力的影响存在一个临界点,当工件速度低于此值时,磨削力随着工件速度的增加相应的增大;当工件速度高于此值时,磨削力逐渐减小。通过工艺参数优化组合,加工后的晶体表面粗糙度与实际要求存在一定差距,因此,采用精密卧矩台平面磨床难以实现KDP晶体的超精密加工。为了探索立轴自旋转磨削方式下KDP晶体的可磨削性,本文根据自旋转磨削原理建立了砂轮磨粒在晶体表面的磨削运动轨迹的数学模型,并利用MATLAB工具几种典型转速比情况下的磨削运动轨迹进行了预测仿真,分析说明了磨削中心的磨纹轨迹产生机理;在此基础上,以日本进口的超精密立轴圆台磨床为试验平台,进行了KDP晶体的磨削试验,对仿真结果进行了试验验证和理论分析,得出各工艺参数对磨削力及主轴功耗(电流)的影响规律,得到了能够获得较好表面粗糙度的工艺参数组合,为进一步改进磨削加工表面质量提供了理论依据。此外,对影响KDP晶体断裂韧性的KDP晶体硬度和其弹性模量进行了分析,并以此为基础预测了KDP晶体最优的加工晶向。为了揭示材料的去除机理,进行了KDP晶体的单颗粒磨削试验,通过理论建模得出单颗粒磨削的材料去除体积公式。
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