KDP晶体环形金刚石线锯切割技术研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:candry
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KDP晶体是惯性约束核聚变装置中唯一适用的光学晶体,随着我国可控核聚变技术发展,对KDP晶体的需求逐年上升。本文分析KDP晶体的物理化学性质,并进行了切割研究,发现其“软脆”的性质对加工带来了很大的困难。本文采用的电镀金刚石线切割技术具有切割效率高、质量好等优点,广泛应用于脆性材料切割。其使用的金刚石线锯是一种低刚度工具,可以有效避免由于机床震动等原因造成的KDP晶体崩裂现象。  本文对电镀金刚石线锯切割机理进行了分析,探究电镀金刚石线锯切割工艺中线锯线速度、进给速度等对加工表面质量及材料去除率的影响,发现高速切割是提高切割表面质量及切割效率的有效途径之一。本文分析了3种常见的金刚石线锯切割机床结构(往复式、单向往复式、单向循环式)的优缺点,发现:单向循环式金刚石线锯机床具有无需换向,可高速切割,线锯线速度稳定等优点,可以实现硬脆材料的精密超精密切割,是未来发展的主流。  单向循环式线锯切割技术,采用环形线锯作为切割锯丝,可有效避免切割过程中的换向动作,保证线锯线速度的稳定,因此可以获得更好的切面表面质量。其中环形电镀金刚石线锯是单向循环式线锯切割机床的重要一环,如何获得具有长寿命、高质量的环形固结金刚石线锯基体材料是研究难点。本文进行了环形电镀金刚石线锯的试研制:采用焊接法将琴钢丝焊接成环,再通过埋砂法电镀金刚石磨粒。同时对其使用性能进行测试,发现焊点附近的热影响区即使经过热处理之后,疲劳强度仍然无法满足原有机床工况参数。  为避免环形线材焊点附近疲劳强度不足的缺陷,本文对现有机床进行改造。通过线锯疲劳失效机理进行分析,发现:增加导线轮半径、减少导线轮个数可以有效提高线锯使用寿命。基于山东大学晶体材料实验室XJ—850X1200型环形金刚石线锯切割机床平台,本文对其进行改造设计。由于尺寸的限制,最终采用4个直径350 mm的导线轮(1个主动轮、2个从动轮、1个涨紧轮)等腰梯形布局。并对KDP晶体进行切割试验,研究线锯线速度、进给速度、张紧力3个因素对KDP晶体切割表面质量的影响。由于实验变量较多,本文采用正交控制变量法。通过实验发现:线锯线速度越大、进给速度越小、张紧力适当减小都会使切割表面质量更好。但张紧力过小会导致线锯切割偏斜严重,进给速度过小也会导致切割效率过低。因此,提高线锯线速度,实现高速、超高速切削是最有效提高KDP晶体切割效果的因素。
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