双圆锥形圆弧刀刻划衍射光栅的槽形控制研究

论文摘要

衍射光栅是一种精密的光学元件,广泛地应用于各种现代光谱分析、精密测量中。利用金刚石刻划刀在膜层上机械刻划衍射光栅,是一种不可替代的光栅制作方法。因此,开展衍射光栅机械刻划理论及槽形控制技术研究是非常必要的。针对金刚石弧形刻刀刻划衍射光栅的过程,本文建立了等效下压速度模型；根据滑移线场理论,建立了光栅机械刻划过程的刻划深度模型,为铝膜蒸镀及刻刀定位提供理论指导依据。在压痕、划痕试验的基础上,测得铝膜属性,建立了光栅刻划的有限元模型；采用Deform-3D有限元分析软件,对光栅槽形形成过程进行了模拟仿真,分析了刻划参数、刀具参数对光栅槽形形成的影响规律。采用正交试验方法,优化刻划参数、刀具参数,分析了铝膜材料流动规律以及刻划载荷,提出了光栅槽形形成的控制策略。最后,本文还根据金刚石刻划刀的磨损情况,进行了刀具金刚石定向设计,为大面积衍射光栅刻划提供了长寿命刀具。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 光栅机械刻划介绍
• 1.3.1 光栅刻划的运动
• 1.3.2 光栅刻划刀的分类
• 1.3.3 弧形刻刀参数
• 1.4 超精密加工的有限元研究现状
• 1.5 课题的内容
• 第二章 光栅刻划的机理研究
• 2.1 滑移线场理论介绍
• 2.2 刻划过程的近似与转化
• 2.2.1 刻划过程的等效下压转化
• 2.2.2 铝膜材料刚塑性近似
• 2.2.3 平面问题的近似
• 2.3 楔体压入的滑移线场
• 2.4 单槽的刻划深度模型
• 2.4.1 单槽的刻划深度模型
• 2.4.2 单槽的刻划深度计算
• 2.5 双槽时刻刀的落刀位置
• 2.6 双槽的槽形轮廓
• 2.7 双槽的刻划深度模型
• 2.8 刻划深度的有限元验证
• 第三章 光栅刻划的工艺参数规律研究
• 3.1 铝膜的材料属性
• 3.1.1 压痕和划痕试验设备
• 3.1.2 压痕试验及试验结果
• 3.1.3 划痕试验及试验结果
• 3.2 有限元软件介绍
• 3.3 刻划过程的有限元关键技术
• 3.3.1 材料本构关系
• 3.3.2 接触与摩擦
• 3.3.3 材料分离及断裂
• 3.3.4 网格重划分
• 3.4 刻划光栅的工艺参数规律研究
• 3.4.1 刻划模型的建立
• 3.4.2 铝膜厚度对槽形的影响规律
• 3.4.3 刻划速度对槽形的影响规律
• 3.4.4 方位角对槽形的影响规律
• 3.4.5 刀刃圆弧半径对槽形的影响规律
• 3.4.6 刃口半径对槽形的影响规律
• 3.4.7 刀尖角对槽形的影响规律
• 3.4.8 定向角对槽形的影响规律
• 第四章 光栅刻划的工艺参数优化
• 4.1 光栅工作原理
• 4.2 光栅刻划的工艺参数优化
• 4.2.1 试验优化方法
• 4.2.2 工艺参数的正交试验优化
• 4.2.3 正交试验优化结果及结果分析
• 4.3 刻划过程中铝膜的塑性流动规律
• 4.3.1 刻划过程中铝膜的速度场分布规律
• 4.3.2 刻划过程中铝膜的位移场分布规律
• 4.3.3 刻划过程中铝膜的应力场分布规律
• 4.3.4 刻划过程中铝膜的应变场分布规律
• 4.4 刻划过程中刻划力的变化规律
• 4.5 机械刻划的槽形控制策略
• 第五章 光栅刻划的刀具定向设计
• 5.1 金刚石的属性
• 5.2 金刚石的分类
• 5.2.1 金刚石分类
• 5.2.2 金刚石的晶体形态分类
• 5.2.3 刻划刀的原料选取
• 5.3 金刚石晶体定向
• 5.3.1 金刚石的晶面性质
• 5.3.2 金刚石晶体的晶面
• 5.3.3 晶体定向方法
• 5.4 金刚石的微观强度
• 5.5 弧形刻刀的磨损研究
• 5.5.1 弧形刻刀的优化参数
• 5.5.2 弧形刻刀的磨损方向
• 5.5.3 换刃后刻刀的磨损方向
• 5.6 弧形刻刀的定向设计
• 5.6.1 弧形刻刀的定向方案设计
• 5.6.2 弧形刻刀的定向方案选择
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与参研课题