YAG晶体磨削去除机理及其超声椭圆无心磨削技术研究

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

高性能激光晶体元件的精密加工制造对激光系统的能量转化效率、减小激光器体积等方面具有重要的意义。由于激光晶体大多为硬脆材料，目前一般采用研磨抛光的方法进行加工，效率较低，因此研究激光晶体新的加工方法有重要意义。本文以钇铝石榴石(YAG)单晶为研究对象，从材料去除机理方面研究影响材料去除的主要因素，提出适用于硬脆材料微细圆柱磨削的磨削方法，并进行试验验证。

首先通过纳米压痕试验获得了YAG单晶的载荷-深度特性、弹性模量、微纳米硬度和断裂韧性。通过纳米刻划试验研究不同法向载荷、刻划速度等因素对YAG晶体刻划后划痕表面形貌、切屑及裂纹的影响。建立了法向载荷与刻划过程中横向裂纹宽度之间的数学模型。指出YAG单晶磨削时材料的去除是塑性去除和脆性去除共同作用的结果。

其次，设计制作了28KHz换能器，过有限元仿真分析了换能器的各阶模态和振动形式。对超声椭圆振动系统的结构形式及具体结构进行设计。研究了电压、相位差等不同因素对产生的椭圆振动的影响。通过阻抗分析仪、位移传感器等对超声椭圆振动系统的振动状态进行检测。

最后结合无心磨削与超声椭圆振动加工技术设计并搭建超声椭圆振动无心磨实验平台，对直径1mmYAG单晶微细圆柱进行磨削试验。通过设计正交试验研究不同因素对磨削后表面质量和形状精度的影响，提出改善加工质量的方法。通过对比超声椭圆无心磨削与普通无心磨削的磨削质量，结合YAG单晶磨削去除机理，分析超声椭圆振动在材料去除过程中的作用。

关键词：去除机理；刻划；超声椭圆振动；无心磨削；微细圆柱

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