隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展光學(xué)元件廣泛地應(yīng)用在各種電子設(shè)備中, 對其加工的精度和質(zhì)量要求越來越高,傳統(tǒng)的加工工藝和工具很難滿足其加工要求, 尤其在金剛石工具方面, 無論從其結(jié)構(gòu)和內(nèi)在的質(zhì)量方面的要求越來越特殊化, 針對性要求越來越強。因此在該領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)金剛石工具結(jié)構(gòu)的改造和內(nèi)在質(zhì)量的提高就顯得越來越重要。
該領(lǐng)域的金剛石工具主要包括粗加工中銑磨平面和球面的銑磨砂輪, 磨邊用的磨邊砂輪,精加工中的精磨片及面磨, 超精片及拋光片;另外還有下料用的鋸片等。
1、光學(xué)玻璃加工用金剛石工具的主要種類
銑磨砂輪
光學(xué)玻璃的銑磨是粗加工的主要方式, 它分平面和球面銑磨砂輪。平面銑磨砂輪的直徑一般大于100mm, 而球面銑磨的砂輪直徑一般小于100mm , 砂輪粒度一般為60#——180# , 濃度一般為50%——100%, 結(jié)合劑為青銅。
金剛石磨邊砂輪
金剛石磨邊砂輪主要是對光學(xué)零件的外圓進(jìn)行磨加工, 其幾何形狀和尺寸見圖2和表2, 其結(jié)合劑有兩種, 一種是電鍍鎳基結(jié)合劑, 一種為燒結(jié)青銅結(jié)合劑。其粒度一般在230/270 -M28/20 , 濃度為電鍍的100%-200%, 青銅的為50%-100%。
精磨片、超精磨片
精磨片和超精磨片是對粗加工后的光學(xué)零件進(jìn)行精加工, 使其在使用時充分展現(xiàn)它的光學(xué)性能。精磨和超精磨有平面加工也有球面加工。精磨片一般選用青銅、鐵基、鎳基或鈷基結(jié)合劑, 而超精磨一般選用樹脂有機結(jié)合劑。精磨片粒度一般在325/400 —— 10/5 , 濃度為100%——35%, 而超精磨片粒度一般在14/8 —— 7/5范圍內(nèi), 濃度為50 %—— 25 %。
拋光片
拋光片主要是用于提高光學(xué)零件的表面光潔度,保證一定的光圈, 同時降低表面變質(zhì)層的加工。主要形狀如同精磨片和超精磨片, 結(jié)合劑為樹脂,磨料為氧化鈰和少量的金剛石微粉。
2、光學(xué)玻璃加工中金剛石制品的合理選擇
光學(xué)玻璃加工中金剛石制品的合理選擇主要是指根據(jù)被加工光學(xué)玻璃元器件的形狀、牌號、加工質(zhì)量要求和加工工藝, 對金剛石工具的形狀尺寸、結(jié)合劑類型、金剛石粒度、金剛石濃度、結(jié)合劑軟硬度等進(jìn)行選擇。一般的選擇原則為：
(1)根據(jù)加工方式及機床的精度來選擇金剛石工具的形狀尺寸和精度。
(2)根據(jù)加工原件的余量及表面的粗糙度來選擇金剛石工具的粒度。
(3)根據(jù)加工工件的大小和加工工序、金剛石工具覆蓋比的大小來選擇金剛石的濃度, 尤其對精磨和超精磨加工。
(4)根據(jù)加工工件的工序和工件的牌號來選擇結(jié)合劑類型, 尤其對精磨和超精磨。象精磨一般選青銅、鎳基、鈷基和鐵基;超精磨選樹脂結(jié)合劑。軟玻璃的精磨加工選擇青銅和鎳基。而硬玻璃及粘性較大的玻璃選擇鐵基和鈷基。
(5)根據(jù)加工光學(xué)零件的牌號、硬度和脆性大小來選擇金剛石工具的軟硬度以及結(jié)合劑強度。一般情況下, 軟玻璃和脆性小的玻璃選擇結(jié)合劑的硬度低些;結(jié)合劑強度小些。而硬、脆玻璃選擇硬度高些;結(jié)合劑強度大些。
3、光學(xué)玻璃用金剛石工具的最新制造技術(shù)
目前該領(lǐng)域金剛石工具的制造技術(shù)越來越高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:原材料方面, 結(jié)合劑的粉料越來越細(xì), 一般顆粒直徑都小于40μm, 有的可達(dá)到10μm以下，并且都是采用預(yù)合成的粉料。
金剛石的粒度組成范圍越來越窄, 晶形越來越好, 尤其在微粉級幾乎趨于等積體。各種的結(jié)合劑中都添加了微量的元素和化合物, 旨在提高其磨削的效率。金剛石在結(jié)合劑中的分布一般采用了造粒工藝或充分的均勻混合。成型燒結(jié)采用有保護(hù)氣氛的熱壓燒結(jié)方式。
模具采用高精度耐高溫的金屬模具, 燒出來的毛坯幾乎沒有氣孔, 并且金剛石在燒結(jié)過程中強度幾乎沒有降低, 制造出的毛坯都要經(jīng)過嚴(yán)格的精加工, 以保證它的型面和公差, 同時保證其磨削鋒利度。
4、部分金剛石工具在光學(xué)玻璃加工過程中易出現(xiàn)的問題及對策
金剛石工具在使用過程中往往會出現(xiàn)各種各樣的問題, 其影響了加工的成品率和效率, 對生產(chǎn)成本和產(chǎn)品性能帶來極大的影響。這主要表現(xiàn)在金剛石工具的制造技術(shù)和內(nèi)在的性能方面。
銑磨過程
在銑磨過程中常出現(xiàn)以下主要問題:
(1)粗糙度差
(2)打玻璃及崩口
(3)型面不穩(wěn)定
(4)效率低, 有深劃傷
這些問題主要與銑磨砂輪的粒度、同心度、濃度、結(jié)合劑的自銳性及砂輪的壽命和耐用度有關(guān), 解決這些問題從砂輪的制造技術(shù)上分析, 主要調(diào)整結(jié)合劑的強度和金剛石濃度和粒度, 同時必須保證砂輪的同心度。主要是提高金剛石的把持強度和降低結(jié)合劑的研磨硬度。
精磨和超精磨及拋光過程
精磨、超精磨及拋光過程是光學(xué)玻璃加工最關(guān)鍵的幾道工序, 同時也是最易出現(xiàn)質(zhì)量問題的幾道工序。該工序中的金剛石工具也是最難制做的, 該過程中易出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)如下:
(1)工件易產(chǎn)生麻點
(2)光圈不穩(wěn)定和光圈不規(guī)則
(3)表面粗糙度差
(4)工件破邊或崩口
(5)規(guī)則劃傷或不規(guī)則劃傷
(6)磨盤易鈍化
(7)切削效率低
以上這些問題大部分與金剛石工具的質(zhì)量有關(guān),應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)：
(1)選擇合適的金剛石濃度, 一般情況下是金剛石濃度偏高。
(2)提高結(jié)合劑的自銳性, 主要是降低其研磨硬度和均勻性, 減少低熔物偏析。
(3)降低金剛石片的覆蓋比, 減少金剛石丸片的磨削面面積, 或增加容屑空間。
(4)減少金剛石粒度的分散性和形狀的不規(guī)則性。絕不允許有大顆粒, 同時也不容許細(xì)粒偏多。
(5)結(jié)合劑中加入準(zhǔn)納米級的微量元素, 以改變結(jié)合劑的性質(zhì)。
(6)磨削液中加入少量的細(xì)顆粒磨料。
(7)提高樹脂耐水性和耐溫性, 提高它的導(dǎo)熱性。
(8)降低丸片中的氣孔, 減少結(jié)合劑的結(jié)晶尺寸。
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