現代光學材料高速高效低損傷磨削機理與模型研究

《現代光學材料高速高效低損傷磨削機理與模型研究》是依託湖南大學，由金灘擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：現代光學材料高速高效低損傷磨削機理與模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：金灘
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

大型精密光學鏡面的高效加工是世界性的難題。有效控制和減少磨削表面及亞表面損傷，可顯著降低後續研拋周期，降低大型光學鏡片的加工成本，為大型天文望遠鏡和雷射核聚變項目的實施提供有力支撐。本課題將開展高速及超高速條件下磨削區局部熱、力耦合作用對脆性光學材料磨削裂紋擴展和材料去除機制影響的研究，建立亞表面損傷實用預測模型,並建立不同磨削條件和參數下延塑性磨削臨界磨削深度隨磨削區以及磨粒點溫度、局部應力的變化圖譜。基於對磨削區應力、溫度、亞表面損傷和延塑性磨削的臨界磨削深度變化的定量性研究，對脆性材料磨削機制進行重新認識，開發脆性光學材料高速/超高速高效低損傷乃至無損傷磨削技術。通過工藝數據與模型集成，建立現代光學材料高效低損傷智慧型化磨削最佳化軟體，最佳化磨削過程，提高磨削效率、減少亞表面損傷、大幅度降低後續拋光周期，為大型光學鏡面的高效加工提供實用工具。

結題摘要

大型精密光學鏡面的高效加工是世界性的難題。近年來，大中型光學元件（包括平面、球面、非球面及自由曲面）在大型天文望遠鏡、高功率雷射核聚變裝置及精密光學測量裝置的套用日益廣泛，其大批量生產需求驅動了相關加工製造技術的長足發展。然而，超精密大中型光學元件的短周期、大批量生產對現階段光學製造能力提出了巨大挑戰，同時也推動著其裝備技術和工藝技術向更高效率、更高精度及更高自動化水平的方向發展。本課題針對KDP晶體的精密磨削階段，開展了樹脂結合劑金剛石砂輪對KDP晶體的磨削加工，研究了砂輪磨粒粒度、切削深度等加工參數對其表面加工質量的影響；針對砂輪磨削的磨粒嵌入問題，開發了一種無結合劑的超硬金剛石砂輪，提高了KDP晶體加工效率，且實現了KDP晶體的無磨粒嵌入的精密加工。此外，本課題提出了一種粗磨-半精磨-精磨的磨削工藝鏈方案，重點開展了高速及超高速條件下熔石英玻璃的磨削力、比磨削能、表面粗糙度、表面形貌、亞表面損傷及材料去除機理等方面的研究，建立了不同磨削條件和參數下延塑性磨削臨界磨削深度隨磨削區以及磨粒點溫度、局部應力的變化圖譜，證實了高速磨削條件下的磨削速度效應及磨削工藝優選方案可以有效地提高材料去除率同時降低表面/亞表面損傷。相關技術成果已成功套用於大口徑光學元件的製造過程中，產品的檢測結果達到了國內外先進水平。通過工藝數據與模型集成，建立現代光學材料高效低損傷智慧型化磨削最佳化軟體，最佳化磨削過程，提高磨削效率、減少亞表面損傷、大幅度降低後續拋光周期，為大型光學鏡面的高效加工提供實用工具。課題研究成果將推動高效精密加工裝備和加工技術的快速發展，大大提升我國大中型光學元件的製造技術水平。