红外与激光工程
2023, 52(9): 20230471
1 哈尔滨工业大学 机电工程学院 精密工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
3 哈尔滨工业大学 航天学院 光电子技术研究所, 哈尔滨 黑龙江 150080
为了实现新型红外陶瓷ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工, 首先根据ALON的材料属性和高陡度薄壁保形非球面的结构特性, 进行了其超精密磨削加工工艺性分析, 并基于有限元计算方法, 完成了面向ALON高陡度薄壁保形非球面的精密夹具的设计以及关键参数的优化。然后完成了ALON的超精密磨削工艺实验, 工艺实验结果表明减小工件转速和砂轮粒度都会降低ALON的平均表面粗糙度Ra值, 但砂轮粒度对磨削后ALON的表面粗糙度影响更显著。最后实现了ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工, 磨削后的ALON高陡度薄壁保形非球面的面形精度PV值为2 μm, 表面粗糙度Ra值可达8.6 nm。
高陡度薄壁结构 保形非球面 超精密磨削 夹具设计 high-gradient thin structure conformal aspheric ALON ALON ultra-precision grinding jig design
1 哈尔滨工业大学可调谐激光国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
2 北京星航机电装备有限公司，北京 100074
3 哈尔滨工业大学软件学院，黑龙江 哈尔滨 150080
4 哈尔滨工业大学精密机械中心,黑龙江 哈尔滨 150080
分别利用脉宽在40 fs和5 ns的飞秒及纳秒激光脉冲加工了钎焊在不锈钢底板上的金刚石阵列。通过测量加工区域面积和入射激光功率的关系推断出了飞秒和纳秒激光脉冲加工金刚石材料的阈值。实验结果表明，相比于纳秒激光加工，利用飞秒激光加工金刚石的阈值更低。也利用显微镜比较了利用不同种类光源加工金刚石后加工区域的形貌。研究结果证明了利用飞秒激光加工金刚石相比于纳秒激光更为有效。
金刚石 飞秒 纳秒 diamond femtosecond nanosecond
1 哈尔滨工业大学 可调谐激光国家级重点实验室, 哈尔滨 150080
2 北京星航机电装备有限公司, 北京 100074
3 哈尔滨工业大学 精密机械中心, 哈尔滨 150001
为验证光学加工碳纤维材料的可行性,利用飞秒激光和连续激光对碳纤维块体材料进行了加工。获得了利用飞秒和连续激光加工的表面形貌。与连续激光加工相比,利用脉宽40 fs的激光加工效率较高,加工区边缘形貌较好,加工质量较高。通过不同激光功率下加工孔径尺寸的研究获得了飞秒激光加工阈值在1012 W/cm2量级。研究结果证明了光学加工碳纤维体材料的可行性。
碳纤维 飞秒 加工 carbon fiber femtosecond processing 强激光与粒子束
2014, 26(11): 111004
1 哈尔滨工业大学 机电工程学院 精密工程研究所,哈尔滨 黑龙江 150001
2 哈尔滨工业大学 航天学院 光电子技术研究所,哈尔滨 黑龙江 150080
为了降低大磨粒金刚石砂轮磨削光学玻璃时的亚表层损伤,利用纳秒脉冲激光对金刚石砂轮进行了表面微结构化加工,并采用该砂轮研究了光学玻璃的精密磨削加工。首先,计算了金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值和激光束腰半径;然后,分析了纳秒脉冲激光在金刚石磨粒上加工的微结构形貌以及微结构化过程中的热损伤;最后,采用微结构化大磨粒金刚石砂轮进行光学玻璃的磨削实验,并分析了亚表层的损伤情况。实验结果表明：金刚石磨粒在纳秒脉冲激光辐射下的烧蚀阈值为0.89 J/cm,激光束腰半径为17.16 μm。在粒度为150 μm的大磨粒电镀金刚石砂轮上可以实现结构尺寸为20 μm的微结构表面加工。与传统金刚石砂轮相比,微结构化砂轮磨削后的光学玻璃亚表层损伤深度降低了40 %,达到了降低光学玻璃磨削亚表层损伤的目的。
光学玻璃 微结构化 金刚石砂轮 纳秒激光 精密磨削 亚表层损伤 optical glasses micro-structuring diamond grinding wheel ns laser precision grinding subsurface damage 光学 精密工程
2014, 22(10): 2659
1 哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国航天科技集团 长征机械厂，四川 成都 610100
针对用传统车削或研磨抛光方法加工大尺寸非球面热压硫化锌透镜存在的不足，采用金刚石砂轮磨削加工方法对热压硫化锌材料进行了加工实验。通过压痕、单颗粒金刚石刻划和磨削正交实验，研究了该方法在磨削加工过程中的塑性域去除机理及其亚表面损伤情况，并优化了超精密磨削加工工艺参数。压痕实验发现热压硫化锌材料在载荷作用下易于出现径向裂纹和微裂纹，其断裂韧性为2.643842 MPa/m1/2，临界切削深度为1.808 μm。单颗粒金刚石刻划实验结果表明，热压硫化锌材料在较小的切削深度下可以实现塑性域去除，但在机械去除过程中易出现多种形式的亚表层损伤。磨削实验结果表明，磨削深度是影响表面光洁度的主要因素，随着磨削深度的增大表面光洁度降低，最佳表面粗糙度为7.6 nm。工作台进给速度是影响面形精度的主要因素，且平面磨削的面形精度PV值为0.185~0.395 μm。研究结果表明，磨削加工热压硫化锌材料可以获得纳米级表面粗糙度。
热压硫化锌透镜 压痕实验 临界切削深度 单颗粒刻划 平面磨削 亚表面损伤 表面质量 hot-pressed zinc sulfide lens micro-indentation experiment critical cutting thickness single-point diamond scratching surface grinding subsurface damage surface quality
1 哈尔滨工业大学 精密工程研究所，黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国航空精密机械研究所，北京 100076
为了获得具有纳米级表面质量的微结构表面，利用‘Nanosys-300’超精密复合加工系统实现了微结构表面的三维金刚石飞切加工，研究了主轴转速、进给量以及背吃刀量对微结构表面粗糙度的影响。理论分析表明，金刚石飞切加工微结构时理论表面粗糙度沿法线方向并没有变化，而沿进给方向存在着周期变化。减小进给量和金刚石飞刀前端角或增大切削半径可以降低理论粗糙度值。实验分析表明，表面粗糙度值Ra随进给量的增加而增加，主轴转速对Ra影响不大。切削聚碳酸酯(PC)时，在5~40 μm Ra随背吃刀量的增加而增加；而切削铝合金(LY12)时，在2~10 μm Ra随背吃刀量的增加而减小。实验中Ra最好可达38 nm(LY12)和43 nm(PC)。最后，利用优化工艺参数加工出了微沟槽阵列和微金字塔矩阵微结构。
超精密加工 微结构表面 飞切加工 金刚石刀具 表面粗糙度 ultra-precision machining micro-structured surface fly-cutting diamond tool surface roughness 光学 精密工程
2009, 17(10): 2512
