玻璃微小零件的高效精密超聲振動銑削加工技術研究

《玻璃微小零件的高效精密超聲振動銑削加工技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由周明擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：玻璃微小零件的高效精密超聲振動銑削加工技術研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：周明

項目摘要

玻璃具有良好的透光性和絕緣性，在雷射約束核聚變微靶中得到廣泛套用，特別是在新概念靶型中，套用需求日益迫切。微靶用玻璃零件的特徵尺寸小、面型複雜、對亞表層損傷異常敏感，採用傳統加工方法難以實現高效低損傷精密加工。本課題針對新型微靶黑腔製備用微小玻璃芯軸所面臨的精密加工難題，系統研究超聲振動效應對硬脆玻璃高速變形條件下裂紋成核及擴展的影響機制，為實現硬脆玻璃加工亞表層裂紋損傷的有效抑制提供理論基礎；研究玻璃材料超聲振動銑削加工亞表層損傷的預測方法，揭示超聲振動銑削工藝條件與亞表層損傷程度的映射關係，探尋抑制亞表層損傷的技術措施；提出玻璃微小結構件加工精度的控制方法，通過微小零件超聲振動銑削最佳化工藝實驗研究，獲得實現玻璃微小零件高效精密超聲振動銑削的最佳化工藝條件，解決玻璃微小零件的高效精密超聲振動銑削加工技術難題，為國家點火工程用新型玻璃微靶結構件的高效精密製造提供理論基礎與工藝技術支撐。

結題摘要

本項目針對雷射約束核聚變用微小玻璃結構件所面臨的加工質量差、加工精度難以保證等問題，開展了硬脆玻璃材料超聲振動銑磨加工裂紋成核及擴展機制、亞表面損傷形成機理及預測、加工精度控制及工藝最佳化等方面的研究。通過霍普金森壓桿實驗獲得了高頻振動衝擊作用下光學玻璃的應力-應變曲線及材料的破壞形式，計算獲得了不同衝擊速度下光學玻璃材料的應力、應變及應變率等動態力學性能參數；基於仿真分析和超聲振動輔助刻劃實驗，獲得了超聲振動參數對刻劃力及加工微裂紋分布的影響規律，闡明了高應變率狀態下玻璃材料的微觀變形行為，揭示了高頻超聲衝擊效應和加工微裂紋互動作用效應對硬脆玻璃材料加工表面創成及亞表面損傷的影響機制，為探尋加工亞表面損傷深度的預測方法提供了理論與實驗基礎。基於加工表面微觀形貌特徵和亞表層損傷深度之間內在聯繫的理論與實驗分析，建立了基於加工表面粗糙度的超聲振動銑磨加工亞表面裂紋損傷深度的預測模型，為探索提高加工表面質量和加工精度的工藝措施提供了理論依據。基於超聲振動作用下磨粒的運動學和動力學特徵分析，建立了硬脆玻璃超聲振動銑磨加工磨削力模型，揭示了超聲振動銑磨加工工藝參數與磨削力之間的映射關係。在以上研究的基礎上，建立了玻璃材料高效低損傷超聲振動銑磨加工工藝參數最佳化模型。本項目的研究結果為實現玻璃微小零件高效精密超聲振動銑磨加工提供了理論基礎與工藝技術支撐。結合項目研究成果，發表學術論文3篇，培養研究生4人，其中博士研究生1人（在讀），碩士研究生3人（已畢業2人、在讀1人）。