光学玻璃磨削机理的仿真研究

工艺与检测Ｍ咖ａｎｄ例

光学玻璃磨削机理的仿真研究４

沈琳燕李蓓智杨建国

（东华大学机械工程学院，上海２０１６２０）

摘要：采用有限元仿真分析方法。利用有限元增量理论建立了玻璃材料的弹塑性本构关系，对单颗金刚石磨粒的磨削过程进行了仿真，最后从最大拉应力、磨削力、磨削力比３个方面对仿真结果进行了分析

研究，为玻璃磨削加工的工艺参数优化和工艺规划奠定了基础。

关键字：高速磨削光学玻璃仿真磨削力

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｆＯｐｔｉｃａｌＧｌａｓｓＧｒｉｎｄｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍ

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随着尖端科学技术的不断发展，高质量的玻璃等脆性材料产品的需求大大增加。冈此，需要对它们进行精密及超精密加工。这些材料虽然用处十分广泛，但其硬度高，脆性大，其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异。由于玻璃等脆性材料在韧性和强度方面相互之间差异较大，所以玻璃材料的磨削既不同于一般高脆性材料（如金刚石）的纯断裂过程，又不同于金属材料的塑性剪切过程。为了获得高质量的玻璃材料产品，现在一般采用研抛技术加工，但研抛技术生产周期长，产品成本高。近年来，超精密磨削技术的进步，使得磨削表面的质量等同甚至优于研抛表面¨’２Ｊ，并且加工效率得以大幅度提高。因此，研究玻璃等脆性材料超精密磨削过程中的磨削特性是很有必要的，这将对脆性材料的超精密加工提供一定的科学参考价值。

由于实际加工过程中的切削温度、应力、应变等的测量极其困难，单纯依靠实验很难对磨削机理进行深入的研究。计算机仿真方法能够揭示实验很难获得的物理力学现象，从而为深入研究磨削机理奠定基础。因此本文从仿真角度对单颗金刚石磨粒磨削玻璃进行机理研究，通过分析单颗磨粒的理想磨削过程，建立了单颗磨粒磨削的仿真模型。基于该模型，利用有限元软件对不同磨削条件下的磨削过程进行仿真，分析了砂轮线速度、磨削深度同应力、磨削力之间的关系，并得出磨削过程中玻璃的变形，进而町对磨削过程的参数进行优化，使磨削过程的研究更加快捷、有效［３］。

１有限元分析模型

１．１三维几何模型的建立

用于切削仿真的数值模拟计算方法主要有两种，即欧拉方法及拉格朗日方法。欧拉方法中有限元网格描述空间域，材料可以在网格间流动。欧拉方法可以模拟稳态切削过程，但无法模拟切屑的形成。拉格朗日方法是固体分析方法，有限元网格紧紧贴在材料上，随着工件的变形而变形，此方法可以模拟切屑的形成，但必须定义切屑的分离准则。本文采用拉格朗日方法建立了玻璃三维磨削的有限元模型，如图１所示。其中工件以速度口。沿算轴正方向运动，砂轮以线速度ｑ沿二轴顺时针旋转。切屑分离准则采用物理量分离准则，即单元节点分离，充分采用网格划分工具ＭｅｓｈＴｏｏｌ

｝上海市重点学科建设项目资助（Ｉ撕０２），国家９７３计划项目资助（２００９ＣＢ７２４４０３）?１０４?

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