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光学玻璃材料因具有诸多优良性能而广泛应用于民用及国防工业等领域。然而,脆性程度高这一光学玻璃作为脆性材料的本征属性,导致其可加工性较差。自19世纪中晚期现代光学玻璃制备工业肇始,直至当下,传统的研磨抛光工艺,仍为光学玻璃机械加工的主要方法。若能以超精密切削的方式,加工光学玻璃元器件,将扩大可加工形状范围、提高加工效率、实现加工过程的数控化。因此,研究光学玻璃的超精密切削技术具有重要现实意义。 光学玻璃材料特有的组分结构为其可加工性差的根本原因。本文以分析光学玻璃材料组分氧化物及由其形成的玻璃网络结构为出发点,对光学玻璃超精密切削中,材料微塑性的形成条件、脆塑转变临界切削厚度与材料可加工性间的关系进行研究。以此为基础,分析光学玻璃材料的硬度、断裂韧性等主要力学性能与材料可加工性间的关系,并提出脆度的概念,用以直观评判材料的可加工性。此外,根据光学玻璃材料组分氧化物类型,选择BK7、Soda-lime、SF6三种光学玻璃为本文试验材料。 本文选择维氏压痕试验方案,对印压过程中光学玻璃材料的弹塑性恢复及裂纹生成扩展等塑性、脆性变形行为进行了分析,并对材料主要力学性能参数进行了测算。进而通过求解压痕变形区弹性组元与塑性组元的应力场解,推导了光学玻璃超精密切削中材料脆性破坏扩展尺寸的求解公式,从而对材料微塑性形成条件进行了参数化描述。 改善光学玻璃材料由高脆度决定的低可加工性,为光学玻璃超精密切削技术的难点之一。本文以酸碱液对组分不同光学玻璃材料的侵蚀作用的分析为基础,提出了选择合适酸碱液作为光学玻璃超精密切削加工中的切削液、通过引发光学玻璃材料内硅氧键的断裂而改善其可加工性的方法。对不同种类的光学玻璃材料进行了切削液作用下的压痕与变切深刻划试验,验证了硼酸溶液对BK7与SF6材料、碳酸钠溶液对Soda-lime材料具有降低脆度、提升脆塑转变临界切削厚度的功效。 光学玻璃超精密切削中的加工条件将直接影响加工表面质量。本文以材料微塑性形成条件的参数化描述的总结分析为基础,通过光学玻璃切削试验分析了切削参数对加工表面质量的影响,由此提出了光学玻璃超精密切削加工中切削参数的优选原则。并通过不同切削液条件下的切削试验,验证了选择合适酸碱液作为切削液可改善光学玻璃材料可加工性、从而提升加工表面质量这一方法的适用性。 金刚石刀具磨损严重,为阻碍光学玻璃超精密切削技术应用于实际生产的主要原因之一。本文通过对刀具磨损演进过程的分析,提出应以后刀面磨损带宽度最大值作为光学玻璃超精密切削中刀具磨损程度的评价标准。根据此标准,通过正交试验对影响刀具磨损各因素的显著性进行了分析。并通过切削路程渐增的刀具磨损试验,研究了刀具磨损形貌对加工表面质量的影响及其成因,试验结果表明机械摩擦作用及热化学作用为导致刀具磨损的主要原因。