实现高效率低损伤研磨加工的磨料优化研究

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1、论坛实现高效率低损伤研磨加工的磨料优化研究林昱轩，宋辞，石峰，李圣怡（国防科技大学机电工程与自动化学院,长沙410073）[摘要]大功率激光系统对于熔石英光学元件提出了苛刻的加工要求，研磨作为加工环节之一，对于光学元件的加工周期和损伤控制具有非常重要的作用。采用计算机控制小磨头方法进行研磨加工时，在加工工艺参数相同的条件下，磨料是直接决定效率和损伤的关键因素。本文分别从材料去除效率和研磨加工损伤两方面对磨料进行对比分析，通过理论仿真得出磨料的规律特性，再结合实验研究进行规律验证，基于高效率和低损伤进行磨料优化选取，并讨论分别给出粗研、精研的磨料和工艺。[关键词]损伤；

2、效率；研磨加工；优化[中图分类号]TG580.68[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2017)04-0011-05ResearchonOptimizationofAbrasiveinHighEfficiencyandLowDamageLap-pingLINYu-xuan,SONGCi,ShIFeng,etal.（CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073）[Abstract]Largepowerlase

3、rsystemhasputforwardharshprocessingrequirementsforfusedquartzopticalelements,lappingasoneoftheprocessinglinks,hasaveryimportantroleontheprocessingcycleanddamagecontrol.Usingcomputercontrolledopticalsurface,theabrasiveisthekeyfactortodirectlydeterminetheefficiencyanddamageunderthesamecon

4、ditionofprocessingparameters.Thematerialremovalefficiencyandsubsurfacedamagearecomparedandanalyzed,andtheregularitycharacteristicsofabrasiveareobtainedthroughtheoreticalsimulation,andtheresultsareverifiedbyexperiment,andtheabrasiveoptimizationischosenbasedonhighefficiencyandlowdamagereg

5、ularity,andthecoarselappingandfinelappingcraftarediscussed.[Keywords]damage;efficiency;optimization命、光学系统稳定性、激光损伤阈值等，因此强激光系1绪论统对这类光学元件的亚表面损伤深度具有较高的要求，其次强激光系统迅速发展，对光学元件的加工需求光学元件亚表面损伤会降低光学元件的使用寿量越来越大。这就要求在加工过程中能够保持高效同作者简介：林昱轩（1992-），男，硕士，研究方向为精密工程。·11·实现高效率低损伤研磨加工的磨料优化研究[1-2]时减低损伤。在研磨阶段，主

6、要采用计算机控制小研磨头方式进行研磨加工，现有的一些高效率低损伤措施主要是优化一些加工参数，比如压强、转速、浓度、磨粒粒度等，但很少有人对磨料种类进行优化。研究表明，亚表面损伤深度以及材料去除效率与[3-4]磨粒种类（粒径分布、尖锐角）有关，因此选用合适图1金刚石微粉SEM图像图2金刚砂SEM图像的磨料对实现高效低损伤加工具有重要意义。仿真分析了同种粒径下金刚石与金刚砂的效率规2材料去除效率模型及仿真分析律，如图5所示，仿真参数如下：压强0.1MPa，公转转速125r/min，自转转速120r/min,浓度5%,工件熔石英（弹2.1材料去除效率模型性模量73Gpa，硬

7、度5.6GPa，断裂韧性为0.75Mpa*m1/2）[8]研磨作为磨削与抛光的衔接阶段，主要有两体脆，粒径为W7、W10、W14、W20。性去除机理、两体延性去除机理、三体脆性去除机理、[5]三体延性去除机理四种,本文以三体脆性去除机理的磨粒为研究对象。在三体脆性去除机理中，侧向裂纹延伸至工件表面是导致材料去除的主要原因，侧向裂百分比/%纹的深度计算公式在文献[6]已经给出，见式（1）。1/21/3Ew1/2h=cot(ψ)F（1）Hw粒径/μm式中：Ew——工件弹性模量；图3金刚石粒径分布Hw——工件硬度；ψ——磨粒尖锐角。侧向裂纹的长度定义为ξ3