SiC材料轻量化结构的超声磨削工艺基础研究

面向空间反射镜的轻量化需求，针对烧结成型工艺制备镜体轻量化结构的局限性，提出对烧结成型SiC镜体轻量化结构进行超声磨削加工以进一步提高轻量化率的新思路。考虑SiC材料硬脆难加工、复杂薄壁轻量化结构工艺性差等特点，研究SiC材料轻量化结构超声磨削加工基础理论和关键技术。探索SiC材料超声磨削表面层微裂纹、残余应力等损伤的检测评价方法，揭示材料去除机理及表面微观尺度演变规律；测量和分析超声磨削加工SiC材料的磨削力和温度特征，研究磨削力和温度对加工精度和表面质量的影响规律及其控制方法；分析SiC轻量化结构超声磨削金刚石砂轮的磨损机制及其对加工过程的影响；通过系统的工艺试验和测试分析，建立砂轮特性参数及超声磨削工艺参数对加工精度、材料去除率、亚表面损伤的影响关系，针对典型SiC材料轻量化结构试件，提出高效率低损伤超声磨削加工工艺规程和合理工艺参数。为我国空间光学制造提供先进加工理论和工艺技术。

面向空间反射镜的轻量化需求，针对烧结成型工艺制备镜体轻量化结构的局限性，提出对烧结成型SiC镜体轻量化结构进行超声磨削加工以进一步提高轻量化率的新思路。考虑SiC材料属典型硬脆材料，具有难加工、复杂薄壁轻量化结构工艺性差等特点，研究SiC材料轻量化结构超声磨削加工基础理论和关键技术。通过试验确定了RB-SiC材料磨削加工表面形貌和亚表面损伤检测评价方法，开展了RB-SiC材料单点金刚石划痕试验，研究了金刚石压头形状、刃圆半径大小、划痕载荷等对划痕表面形貌、亚表面损伤特征和尺寸的影响规律，分析了损伤形成和材料去除机理。突破了大功率超声电源、超声能量非接触传输、超声刀柄等关键技术，通过将超声智能电源、非接触传输装置、超声刀柄和工具与数控加工中心的集成，开发了专用的超声辅助磨削装置。开展了超声辅助磨削和普通磨削试验，对比研究了磨削表面形貌特征和亚表面损伤深度及其分布规律。对比分析超声辅助磨削和普通磨削工艺在加工过程中的磨削力以及样件的表面质量，证明了超声辅助磨削相对普通磨削工艺的优越性；结合工艺参数试验规律和系统的磨削工艺试验，通过参数优选和轨迹规划，在光学玻璃和RB-SiC等材料上对镜体薄壁轻量化结构进行了工艺设计和加工试验，实现了0.5mm厚的超薄肋板的加工。