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知识课堂

KNOWLEDGE CLASS

抛光机理与方法
2016-6-12
来源:未知
点击数:  646        作者:未知
  • 大致可以归纳为三种理论:

    机械去除理论化学作用理论热的表面流动理论

    1机械去除理论

     

    认为:①抛光是研磨的继续,抛光与研磨的本质是相同的,都是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面进行微小切削作用的结果。 

               ②由于抛光是用较细颗粒的抛光剂,所以微小切削作用可以在分子范围内进行。由于抛光模与工件表面相互吻合,抛光时切向力特别大,因此使玻璃表面的凹凸结构被切削掉,逐渐形成光滑的表面。

    机械去除理论的主要实验依据:

    A:与研磨一样,零件抛光后重量明显减轻。

    通过实验测得,被抛掉的玻璃颗粒尺寸平均为11.2nm

    B:抛光表面有起伏层和机械划痕

    用氧化铈抛光时,零件表面凹凸层厚度为3090nm。用氧化铁抛光,凹凸层厚度为2090nm

    C:抛光剂的粒度和硬度对抛光速率有重要影响

    实验表明,抛光粉粒度在一定范围内,粒度愈大,抛光速率愈高。

    D:抛光速率与压力、相对速度成线性关系

    E:磨料也能用作抛光剂

    磨料很细而且加工压力很小时,也能作为抛光剂。如碳化硼(B4C)和刚玉(Al2O3,本属磨料,但其粒度直径为0.5μm左右时,也能用于玻璃抛光。

    2化学作用理论

     

    认为:抛光过程是在玻璃表层、抛光剂、抛光模和水的作用下,发生错综复杂的化学过程。主要是玻璃表面发生的水解过程,是水解生成物——硅酸凝胶薄膜不断生成和不断刮除的过程。

    化学作用理论的实验依据如下:

    A:水与玻璃的作用

    1. 水的作用

    用纯乙二醇代替水,抛光速率低,含水量增加,抛光速率增大。

    2.玻璃的水解反应

    Na2SiO3 + 2H2O = H2SiO3 + 2NaOH

    B:抛光液PH值的影响

    理论分析和实验结果表明:大多数光学玻璃时不耐碱的;至于耐酸的程度,则视光学玻璃的牌号不同而异。大多数光学玻璃,在弱酸性(PH=5.56.5)抛光液中抛光,具有较高的速率和表面质量。

    C:添加剂对抛光的影响

    添加剂包括加速剂、稳定剂、消泡剂等。

    结果表明:硝酸锌是一种比较有效的添加剂。在氧化铈抛光液中,加入5%的硝酸锌(对氧化铈的重量比),使火石玻璃抛光速率提高一倍多,钡冕玻璃也提高近一倍。

    D:抛光剂的作用

    在抛光过程中抛光剂基本上以两种作用参与抛光。

    其一是以抛光剂颗粒的坚硬特性,在模具和机床的作用下,对玻璃表面的硅胶层进行微小的切削,使玻璃露出新表面,进而继续水解;

    其二是以抛光剂颗粒表面的吸附特征,使硅胶层以分子级程度被抛光剂吸附而剥落。

    E:抛光模的作用

    光学零件抛光时,抛光模层不仅起着承载抛光粉的作用,用时也起一定的化学作用。

    抛光柏油中含有树脂酸,其官能团为-COOH,而毛毡抛光模的羊毛纤维中,也含有官能团-COOH和-NH2,它们都是化学活性基,能与玻璃的阳离子发生交换反应,使玻璃表面以微量的分子形式被去除。

    3热的表面流动理论

     

    认为:玻璃表面由于高压和相对运动,摩擦生热使表面产生塑性流动,凸起的部分将凹陷填平,形成光滑的抛光表面。

    热的表面流动理论的实验依据是:

    实验发现抛光表面用金刚石刀划成图案,然后抛掉,再用酸腐蚀,结果看到划痕再现。

    另一实验发现,由抛去厚度计算的抛去重量比实测的大得多,于是认为抛去的玻璃流到表面凸凹层的谷部。由此说明抛光过程存在流动作用。

    普遍承认的观点是:

    抛光是机械去除作用,化学作用,表面流动作用的综合作用过程。


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    光学零件的抛光方法
       


    目前在光学零件生产中,采用的抛光方法主要有古典抛光和高速抛光。

    1古典法抛光

    古典法平面抛光           

    古典法球面抛光


    (一)古典法抛光原理

    工作压力在抛光表面上的法向分力是不均匀的,它随顶针摆幅的变化而变化。设工作压力为P,抛光表面的法向分力为F,则:F =P·cosα,正是由于这种压力分布特点,使得古典法抛光的光圈控制较困难。


    (二)球面透镜的古典法抛光工艺

    抛光模的尺寸

    抛光模层表面的曲率半径以Rp表示,它等于透镜完工后的曲率半径R,但符号相反。抛光模基体的曲率半径以Rt表示,可按下式计算:

    b表示抛光胶层厚度,凸模取“-”号,凹模取“+”号。

    b值决定于被加工面的曲率半径,可按表选取。

    抛光模基体的矢高Ht和口径Dt决定于球面镜盘的矢高Hj和口径Dj,如表所示。


    抛光过程一般可分为两个阶段:

    ①控制各工艺因素对镜盘均匀而快速地抛亮,即大致抛去砂眼的粗抛阶段;

    ②进行光圈修正,达到技术指标要求(面形精度及表面光洁度)的精抛阶段。


    (三)工艺因素对古典抛光的影响

    1、精磨的影响

    精磨的好坏影响抛光效率。宏观上看,精磨后的面形应符合一定要求,否则抛光效率降低。从微观结构上看,零件表面的微观不平度也影响抛光效率。

    2、抛光模的几何形状

    抛光模的几何形状影响抛光精度。在抛光过程中,抛光模表面与工件时紧密接触的,处于相互变化的状态,抛光模的面形必然影响工件的面形精度。

    3、抛光模材料直接影响抛光精度

    抛光模过硬,抛光模表面的不规则容易引起工件光圈不规则,容易造成擦痕。

    抛光模过软,抛光模容易变形,使抛光镜盘产生塌边。

    4、抛光模基体的表面几何形状影响抛光精度

    在球面抛光中,如果基体的曲率与理论值不符,则抛光模层厚度不同,模层的走动就不同,厚的地方走动大,薄的地方走动小,薄的地方抛光效率高,厚的地方抛光效率低。

    5、抛光粉的硬度

    抛光粉的结晶结构影响抛光效率。结晶结构不同,抛光粉的硬度不同。硬度大抛光能力强,适合抛光硬玻璃。抛光粉颗粒的硬度至少要与玻璃的硬度相匹配。

    6、抛光剂的浓度

    抛光粉和水有一个比例关系。如果使用的是氧化铁抛光粉,则抛光粉与水的比列是1314

    7、速度和压力的影响

    在抛光模和玻璃粘结胶性能允许的情况下,抛光效率随着速度和压力的增大而增大。

    8、温度的影响

    Ø温度对抛光模的影响拿抛光柏油模来说,温度升高,柏油变软,工件面形不容易保证。

    Ø温度对粘结胶的影响温度升高,粘结胶变软,工件容易脱胶。

    Ø温度对工件的影响温度变化时,如果粘结胶和玻璃的热膨胀系数不一致,工件抛光表面会产生热变形。


    2高速抛光工艺


    (一)准球心法高速抛光工艺            

    准球心法就是摆动轴线通过下面磨盘的曲率中心,且压力的方向始终指向镜盘的曲率中心。

    (二)高速抛光原理

    顶针对准工件球心,正压力恒定,顶针绕通过工件球心的轴线作弧线摆动,这就是准心法高速抛光的原理。

    (三)高速抛光优越性

    高速抛光克服了古典法抛光加工中,正压力是随α变化的,造成磨削不均匀,而且压力愈大,不均匀程度愈严重。因此,不可能加载过大,而且也不能加工超半球。

    特点:

    生产效率高,抛光均匀

    减轻劳动强度,对室温要求不严;

    用于中等尺寸、精度光学零件的批量生产。

    (四)工艺因素对准球心高抛的影响

    1、抛光速度和压力在高速抛光中,速度和压力的影响与古典抛光相似,在工艺条件允许下,抛光效率与速度和压力成线性关系。

    2、抛光液

    抛光液的粒度应均匀一致;浓度一般为10%~15%。当浓度超过30%,抛光效率下降;溶液温度选择根据抛光模层材料不同选择也不一样,对柏油混合模液温应在2732℃之间选择;对聚氨酯模液温应在3035℃之间;抛光液的PH值应选择偏酸性。


    3固体磨料高速抛光工艺


    1、特点

    在抛光过程中,不需要加抛光液,只需自动加冷却液;抛光模面形稳定性好;抛光效率高;改善了环境卫生。

    2、抛光模

    由抛光片按照余弦磨损(球面)、均匀磨损(平面)的排列方式组成。抛光片是由结合剂和抛光粉两部分组成,常用的结合剂是合成高分子材料,制成不同形状和尺寸的小圆片。这种抛光模的抛光能力强,自锐性好,面形稳定。


    4范成法高速抛光工艺


    与金刚石磨轮铣磨成型加工原理相似,工件与模具轴各自强制转动,两轴线相交于一点,夹角为α,模具活动轨迹形成球面.

    范成法抛光的加工精度主要依靠机床的精度,一般用来加工大曲率半径的零件。

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