微晶玻璃研磨加工亚表面损伤深度预测方法及测量-论文.pdf

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1、第41卷第7期中国激光VoL41，No．72014年7月CHINESEJOURNAL0FLASERSJuly，2014微晶玻璃研磨加工亚表面损伤深度预测方法及测量向勇任杰白满社陈静张晋宽(飞行自动控制研究所，陕西西安710065)摘要将研磨加工中磨粒与工件表面作用过程近似为受法向载荷和切向载荷共同作用下移动的尖锐压头对表面的作用过程，基于压痕断裂力学理论，分析了移动磨粒作用下材料的应力状态、中位裂纹的成核位置和扩展方向。综合考虑弹性应力场、残余应力场及切向载荷对中位裂纹扩展的影响，给出了中位裂纹扩展长度计算公式。建立了亚表面损伤深度与表面粗糙度之间的理论模型。

2、使用磁流变抛光斑点技术测量了微晶玻璃研磨亚表面损伤层深度。将模型预测理论值与实验测量值进行对比，结果表明两者之间的误差控制在5．56以内，吻合较好。利用该模型可以实现光学材料研磨亚表面损伤深度的快速、简便和准确预测。关键词光学制造；研磨；亚表面损伤；磁流变抛光中图分类号TN244；TG73文献标识码Adoi：10．3788／CJL201441．0708006PredictionMethodandMeasurementoftheDepthofSubsurfaceDamageofGlass-CeramicbyLappingProcessXiangYongRenJi

3、eBaiMansheChenJingZhangJinkuan(F1iFfhtAutomaticControlResearchInstitute，Xian，Shaanxi710065，China)AbstractTheprocessofabrasivemachininginlappingisconsideredasamovingsharpindentorsubjectedtonormalforceandtangentialforce．BasedODindentationfracturemechanicstheory，thegrindingstressesofma

4、terial，thelocationofmediancrackinitiationandthedirectionofmediancrackpropagationbeneathaDabrasiveareanalyzed．Thecalculationformulaofmediancrackpropagationlengthisanalyzedbysyntheticallyconsideringthecontributionofelasticstressfield，residua1stressfieldandtangentialforcebeneaththeabra

5、sive．Atheoreticalmodelofrelationshipbetweensubsurfacedamageandsurfaceroughnessisestablished．Amethodofmagnetorheologica1finishing(MRF)spottechniqueisproposedtothedepthofsubsurfacedamage．Predictedresultsarecomparedwithexperimentalresults，resultshowsthattheerrorbetweenpredictedresultsa

6、ndexperimentalresultsislessthan5．56％．Thetheoreticalmodelcanbeusedforpredictionthedepthofsubsurfacedamageofopticalmaterialsinlappingprocessrapidly，expedientlyandaccurately．Keywordsopticalfabrication；grinding；subsurfacedamage；magnetorheologicalfinishing0CIScodes220．461O；220．5450；240．5

7、770；160．2750；350．18201引言也越来越受到关注L1]。研磨加工后光学元件亚表面损伤由外层、中间层和内层三个区域相互叠加而微晶玻璃材料因具有机械强度高、硬度大、耐磨成，其中，外层由材料表面残余应力、破碎和划痕组性能好、零膨胀系数等优点，而被广泛应用于国防军成，中间层主要是微裂纹，而内层可能是源自磨粒加事及民用技术领域，常常被用来制作激光陀螺反射镜基片、天文望远镜主镜和大型光学仪器等超精密工局部应力的弹性变形层，又被称为亚表面残余应力层。研磨作为最后成形的加工方式，研磨过程中器件。随着尖端武器对光学元件表面性能要求逐渐残留的亚表面损伤会降低光学元

8、件力学性能，改变提高，不但对其表面质量