光学脆性材料的金刚石切削加工

重点对脆性材料的超精密研磨、抛光加工技术及超精密磨削加工技术和超精密切削加工技术进行了分析研究。分析表明,硬脆材料光学元件主要应进行超精密研磨、抛光及超精密磨削加工;软脆材料光学元件主要应进行金刚石切削加工。对软脆材料金刚石切削进行了试验设计,指出了光学脆性材料的金刚石切削加工过程不同于金属加工过程,通过控制切削条件可以实现脆性材料塑性域加工,提高光学脆性材料的表面加工质量。

固结磨料研磨硫化锌的亚表面损伤预测分析

研磨抛光后产生的工件亚表面损伤是评价工艺优劣及确定加工余量的主要参考,因此对亚表面损伤准确的预测有助于提高加工效率。采用离散元法对典型的软脆材料硫化锌固结磨料研磨过程中产生的亚表面损伤进行模拟,预测不同粒径金刚石加工工件后的亚表面微裂纹层深度。利用角度抛光法将工件抛光出一个斜面,作为亚表面损伤观测平面,通过盐酸的腐蚀使亚表面微裂纹显现,在金相显微镜下寻找微裂纹消失的终点位置并转换成亚表面微裂纹层深度,对仿真结果进行实验验证。结果表明:粒径为5、15、25、30μm的磨粒造成的亚表面微裂纹层深度预测值分别为2.28、3.62、5.93、7.82μm,角度抛光法实测值分别为2.02、3.98、6.27、8.27μm。以上结果表明磨粒粒径对硫化锌亚表面损伤情况有很大的影响,随着磨粒粒径的增大,亚表面微裂纹深度增加,微裂纹数量增多。离散元法预测值与实测值偏差范围处在5%~15%之间,利用离散元法能有较为准确的预测软脆材料硫化锌加工后的亚表面损伤情况,为其研抛工艺的制定提供参考。

脉冲光纤激光控制断裂切割超薄钛酸锶陶瓷基片

钛酸锶陶瓷是软脆难加工的材料,机械加工容易导致表面产生划痕和破裂。采用主控振荡器的功率放大器(MOPA)脉冲光纤激光控制断裂切割钛酸锶陶瓷基片,通过实验得到了激光控制切割机理。首先用激光扫描去除材料,形成应力槽;随着扫描次数的增加,切槽深度增加;热应力达到该材料的断裂阈值,使裂纹沿应力槽扩展,直至完全断裂。该过程属于自适应裂片,无需后续裂片工艺。此外还发现在激光烧蚀材料过程中出现表面平坦化现象。通过选择合适的工艺参数,可以实现0.3mm厚钛酸锶陶瓷基片的成形切割。