北理工珠海學(xué)院《光學(xué)工藝及測(cè)量》第05章課件

1、第五章 光學(xué)輔料u光學(xué)輔料是指在光學(xué)基本工藝中，為使各工序順利完成，必須采用的各種磨料、拋光粉、拋光模材料、粘結(jié)、保護(hù)、清洗材料和冷卻液的總稱(chēng)。u在光學(xué)加工中，由于被加工材料質(zhì)地很硬、很脆，而被加工零件的精度要求很高、表面粗糙度要求很細(xì)，因此光學(xué)輔料就具有專(zhuān)用性和特有性。u因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，光學(xué)制造的輔料大都由光學(xué)零件的制造廠家自行生產(chǎn)，批量小、配方雜、質(zhì)地差別很大。u中國(guó)光電輔料網(wǎng)：u光學(xué)商情網(wǎng)： 第一節(jié) 磨料n 根據(jù)磨削的工藝，磨料主要有散粒磨料和固著磨料；前者用于傳統(tǒng)的低速工藝；后者用于金剛石磨具，用于現(xiàn)代化的高速工藝。n 散粒磨料主要是金剛砂和人造剛玉；金剛石磨具主要是金剛石磨輪和金剛石丸

2、片。第一節(jié) 磨料一、對(duì)磨料的基本要求u硬度要比被加工材料高，硬度越高，切入被加工材料性能越好；u韌性要好，不會(huì)因磨削壓力而使磨料破壞；u自銳性要好，隨磨削壓力產(chǎn)生的碎屑，應(yīng)為多角；第一節(jié) 磨料一、對(duì)磨料的基本要求（續(xù)）u熔點(diǎn)應(yīng)比玻璃高。磨削發(fā)熱，磨料尖端不致熔化；u粒度均勻一致，一個(gè)粒度牌號(hào)的磨料顆粒，大小要受限；u化學(xué)穩(wěn)定性要好，不允許對(duì)被加工物和輔料起反應(yīng)。u二、散粒磨料u1.散粒磨料的粒度u該粒度是以顆粒的大小來(lái)分類(lèi)的，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，粒度號(hào)是以基本粒群的尺寸范圍表示。u即沿用1英寸長(zhǎng)度有多少個(gè)孔的篩網(wǎng)來(lái)命名，以此表示的粒度號(hào)，從8#280#，有19個(gè)等級(jí)，號(hào)數(shù)越大則顆粒越細(xì)。u如，12#

3、粒度，指1英寸長(zhǎng)度有12個(gè)孔。u而用“Wxx”表示的微粉，則是以被測(cè)顆粒的大小來(lái)確定磨料尺寸的，從W40W0.5，有12個(gè)等級(jí)，數(shù)字越小則顆粒越細(xì)。u如，W15，即表示該磨料的主要組成顆粒上限尺寸為15微米。u一般情況下，如其他條件相同，磨料粒度越細(xì)，則加工表面的粗糙度越細(xì)；但是磨削效率越低。u相反，磨料粒度越粗，則加工表面的粗糙度越粗，但磨削效率越高。u二、散粒磨料u2.金剛砂散粒磨料u它是最常用的散粒磨料，它以天然鐵鋁石榴石為原料，按現(xiàn)代工藝技術(shù)加工精制而成。u該磨料硬度適中、密度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、自銳性好。u三、金剛石磨具u金剛石是很理想的加工光學(xué)玻璃的材料，將相同粒度的金剛石磨料用結(jié)合

4、劑結(jié)合，經(jīng)過(guò)一定的工藝可以制造出不同規(guī)格和尺寸的金剛石磨輪、金剛石鋸片、金剛石丸片，它們統(tǒng)稱(chēng)為金剛石磨具。u金剛石磨具磨削效率高；具有很高的耐磨性；使用金剛石磨具磨削力小，磨削溫度低，被磨削的工件精度高、表面質(zhì)量好。u金剛石磨具的結(jié)構(gòu)：u一般是由金剛石層、過(guò)渡層、基體三部分組成。u金剛石層由金剛石金剛石層由金剛石磨料和結(jié)合劑壓制而磨料和結(jié)合劑壓制而成的，是磨具的工作成的，是磨具的工作部分，起磨削作用；部分，起磨削作用；u金剛石磨具的結(jié)構(gòu)：u一般是由金剛石層、過(guò)渡層、基體三部分組成。u過(guò)渡層是由結(jié)合劑粉末過(guò)渡層是由結(jié)合劑粉末壓制而成，不含金剛石磨壓制而成，不含金剛石磨料，作用是牢固聯(lián)結(jié)金剛料，作

5、用是牢固聯(lián)結(jié)金剛石層與基體，保證金剛石石層與基體，保證金剛石層被充分利用；層被充分利用；u金剛石磨具的結(jié)構(gòu)：u一般是由金剛石層、過(guò)渡層、基體三部分組成。u基體起著支撐金剛石基體起著支撐金剛石層和過(guò)渡層的作用，并層和過(guò)渡層的作用，并用于磨具的裝卡。用于磨具的裝卡。u選擇、使用金剛石模具要注意了解金剛石磨具的濃度、結(jié)合劑、金剛石粒度以及磨具的形狀和尺寸。u金剛石磨具的濃度是指，金剛石層中，每立方厘米體積中所含金剛石的克拉數(shù)，濃度對(duì)應(yīng)的克拉數(shù)見(jiàn)表5-3u金剛石磨具的結(jié)合劑種類(lèi)有：u樹(shù)脂結(jié)合劑：Su青銅結(jié)合劑：Qu陶瓷結(jié)合劑：Au電鍍金屬結(jié)合劑：Du三、金剛石磨具u1.金剛石磨輪:u杯形B、碟形D、碗

6、形BW、筒形NH(NP)u2.金剛石成型磨：u金剛石成型磨是為磨削較小曲率半徑的球面專(zhuān)門(mén)配備的金剛石磨具，為了方便排出磨削，成型磨具上，規(guī)則地開(kāi)有溝槽，它的主要參數(shù)是粒度、曲率半徑u三、金剛石磨具u3.金剛石鋸片：u金剛石鋸片是金剛石磨具中的一種先進(jìn)的高效切割工具，使用時(shí)可以根據(jù)需要，應(yīng)用單片或多片對(duì)光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體進(jìn)行切割，其應(yīng)用非常廣泛。主要參數(shù)是粒度、外徑和厚度。u三、金剛石磨具u4.金剛石丸片：u金剛石丸片是光學(xué)加工中使用最多的金剛石磨具，它的特點(diǎn)是可以根據(jù)被加工零件直徑和曲率半徑的大小，靈活地用丸片排列，組成相應(yīng)的磨具，而且使用壽命較長(zhǎng)。u主要參數(shù)：粒度、直徑和厚度。第二節(jié) 拋光粉

7、n 拋光粉是拋光工藝中使用最多的輔料，它的作用是通過(guò)它在拋光模和被拋光零件之間的吸附和磨削，提高被加工表面的粗糙度。n 常用的拋光粉有氧化鈰拋光粉、氧化鐵拋光粉和氧化鋯拋光粉等，它們都是經(jīng)過(guò)精密加工的高純度微粉。第二節(jié) 拋光粉一、對(duì)拋光粉的基本要求u 微粉粒度均勻一致，在允許的范圍之內(nèi)；u 有較高的純度，不含機(jī)械雜質(zhì)； 有良好的分散性和吸附性，以保證加工過(guò)程的均勻和高效；第二節(jié) 拋光粉一、對(duì)拋光粉的基本要求u 有合適的硬度和密度，和水有很好的浸潤(rùn)性和懸浮性，因?yàn)閽伖夥坌枰c水混合。u 對(duì)比和磨料的基本要求，拋光粉和磨料有一些相同的地方，因?yàn)閽伖夥凼且环N特殊的、很細(xì)的磨料。二、常用拋光粉的基本性

8、能u氧化鈰拋光粉與氧化鈰拋光粉相比較：氧化鈰的硬度高，顆粒較大，呈多邊形，因此拋光能力較強(qiáng)；還由于氧化鈰的熔點(diǎn)高，密度大，晶體點(diǎn)陣的能量大，同時(shí)立方晶體系物質(zhì)比單斜物質(zhì)對(duì)玻璃的擦刮力大，因而，氧化鈰的拋光能力強(qiáng)。u一般來(lái)說(shuō)，氧化鈰的拋光效率比氧化鐵大一倍以上，因而，目前生產(chǎn)上大多數(shù)使用氧化鈰。u由于氧化鐵顆粒較小，外形呈球狀，硬度較低，因此，對(duì)表面粗糙度要求高的零件，使用氧化鐵拋光效果好。u就拋光能力而言：氧化鈰的最強(qiáng)、氧化鋯的次之、氧化鐵的最弱。二、常用拋光粉的基本性能u1.顆粒大小u2.硬度u3.懸浮性u(píng)4.顆粒結(jié)構(gòu)u5.顏色顆粒大小決定了被拋光的表面粗糙度和拋光效率。顆粒大小一般用過(guò)篩目

9、數(shù)或平均顆粒大小來(lái)表示，過(guò)篩目數(shù)反映了最大顆粒的大小，而平均顆粒大小決定了拋光粉顆粒大小的整體水平。二、常用拋光粉的基本性能u1.顆粒大小u2.硬度u3.懸浮性u(píng)4.顆粒結(jié)構(gòu)u5.顏色顆粒硬度大的拋光粉具有較強(qiáng)的拋光能力，因此具有比較好的拋光效率。在拋光液中加入適當(dāng)?shù)闹┮部梢蕴岣邟伖饽芰?。二、常用拋光粉的基本性能u1.顆粒大小u2.硬度u3.懸浮性u(píng)4.顆粒結(jié)構(gòu)u5.顏色高速拋光要求拋光液具有較好的懸浮性，拋光粉的顆粒形狀和大小對(duì)懸浮性有明顯影響，近似球面、邊緣有絮狀物的拋光粉和小顆粒的拋光粉的懸浮性較好。提高懸浮性也可以通過(guò)在拋光液中加入懸浮劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、常用拋光粉的基本性能u1.顆粒大

10、小u2.硬度u3.懸浮性u(píng)4.顆粒結(jié)構(gòu)u5.顏色顆粒結(jié)構(gòu)是團(tuán)聚體顆粒還顆粒結(jié)構(gòu)是團(tuán)聚體顆粒還是單晶顆粒決定了拋光粉是單晶顆粒決定了拋光粉的耐磨性。團(tuán)聚體顆粒在的耐磨性。團(tuán)聚體顆粒在拋光過(guò)程中會(huì)破碎，從而拋光過(guò)程中會(huì)破碎，從而導(dǎo)致耐磨性下降，而單晶導(dǎo)致耐磨性下降，而單晶顆粒具有較好的耐磨性。顆粒具有較好的耐磨性。二、常用拋光粉的基本性能u1.顆粒大小u2.硬度u3.懸浮性u(píng)4.顆粒結(jié)構(gòu)u5.顏色顏色與拋光粉制造時(shí)的焙燒溫度和原料成分有關(guān)，焙燒溫度高、拋光粉中氧化鈰含量高，拋光粉呈白色；反之，拋光粉呈黃、棕、紅色。u三、氧化鈰拋光粉u三大類(lèi)型：u高鈰拋光粉：白色白粉u中鈰拋光粉：白色、淺黃色u低鈰

11、拋光粉：黃色、黃紅色黃粉第三節(jié) 拋光材料 拋光材料是指和被拋光零件緊密接觸的拋光膜層材料。隨著高速拋光工藝的普及，拋光材料發(fā)生了很大的變化，傳統(tǒng)拋光工藝所采用的拋光柏油退居到次要的位置，而聚氨酯拋光材料和固著磨料拋光片成為主要的拋光材料。第三節(jié) 拋光材料一、對(duì)拋光材料的基本要求u 要有微孔結(jié)構(gòu)，便于拋光時(shí)儲(chǔ)藏拋光粉，以提高拋光效率；u 好的吻合性，以保證和被拋光材料的貼合；u 好的耐磨性，否則會(huì)迅速改變被拋光零件的面形；u 好的耐熱性，能夠承受拋光過(guò)程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)；u 老化期要長(zhǎng)，以保證較長(zhǎng)的使用壽命； 好的吸水性，因?yàn)閽伖怆x不開(kāi)水。二、幾種常用的拋光材料u1.聚氨酯拋光片：u聚氨酯拋光片作

12、為一種耐磨、拋光效率高、形變小、光圈穩(wěn)定的拋光材料，已廣泛應(yīng)用于中、低精度光學(xué)零件的加工，尤其在平面零件的生產(chǎn)中已很成熟。u聚氨酯是一種共聚物，具有微相分離的性質(zhì)，拋光片以發(fā)泡的聚氨酯為基體，其中可以加入填充物，也可以不加入填充物，加入的填充物是拋光粉（氧化鈰或氧化鋯），填充物的含量一般不超過(guò)25%。u聚氨酯拋光片分不同直徑的圓片與大張的片材，厚度為0.520mm不等。大張的片材，使用的時(shí)候，需要根據(jù)拋光模大小來(lái)裁剪，同一片材料厚薄均勻。u聚氨酯拋光片上還可以根據(jù)拋光的需要，開(kāi)各種槽，以幫助拋光液流動(dòng)。u聚氨酯拋光片耐磨性能好，很薄的拋光片能加工出千塊以上的鏡片。拋光片從表到里充滿微孔，大大增

13、加了吸附拋光液的能力和摩擦力，提高了拋光效率。u它厚薄均勻，貼在模子上有一定彈性，應(yīng)用時(shí)效率很高，光圈穩(wěn)定。u缺點(diǎn)是被拋光鏡片的面形不同程度存在塌邊。二、幾種常用的拋光材料u2.固著磨料拋光片：u固著磨料拋光片是把拋光粉與拋光模做成一體，加工時(shí)拋光粉不是以散粒狀態(tài)出現(xiàn)，而是固著在拋光模上，并與拋光模一起在工件表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)玻璃進(jìn)行拋光，拋光時(shí)，不用再加拋光粉，只要加水或含有添加劑的液體。u二、幾種常用的拋光材料u2.固著磨料拋光片：u固著磨料拋光片是由氧化鈰或金剛石微粉與特殊的樹(shù)脂結(jié)合制成，其中樹(shù)脂結(jié)合劑所占的重量比一般不到20%。u優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，操作方便，光圈質(zhì)量穩(wěn)定，表面粗糙度

14、好，加工安全，環(huán)境清潔，適用面廣，可用于單塊或成盤(pán)加工。二、幾種常用的拋光材料u3.拋光柏油u拋光柏油是以松香、瀝青為基本原料熬成的混合物，如因某些要求，需要改善拋光柏油的某些性能，則在其中加入適量的樹(shù)脂、蜂蠟、纖維和油。u松香主要是調(diào)節(jié)拋光柏油的粘結(jié)性、硬度及熱穩(wěn)定性；u瀝青主要使拋光柏油具有韌性、適度的彈性和化學(xué)穩(wěn)定性；u蠟類(lèi)、脂類(lèi)和油類(lèi)等添加劑可以調(diào)節(jié)拋光柏油的塑性和油性。u傳統(tǒng)工藝使用的拋光柏油其軟化點(diǎn)一般為6080C;高速拋光使用的柏油其軟化點(diǎn)在80C以上。第四節(jié) 粘結(jié)、保護(hù)材料一、對(duì)粘結(jié)、保護(hù)材料的基本要求u好的粘結(jié)、保護(hù)性能，能簡(jiǎn)易地去粘結(jié)、保護(hù)；u適度的軟化點(diǎn)、好的熱穩(wěn)定性；u

15、好的化學(xué)穩(wěn)定性，不致腐蝕零件；u適度的脆性，容易與零件脫落；u成分均勻，無(wú)有害硬粒雜質(zhì)。二、常用的粘二、常用的粘結(jié)結(jié)、保、保護(hù)護(hù)材料材料u1.1.剛剛性上性上盤(pán)盤(pán)粘粘結(jié)結(jié)材料：材料：u有蜂蠟（俗有蜂蠟（俗稱(chēng)黃稱(chēng)黃蠟）、石蠟（俗蠟）、石蠟（俗稱(chēng)稱(chēng)白白蠟），以及以蠟），以及以它們?yōu)樗鼈優(yōu)橹饕煞旨尤肓颂砑又饕煞旨尤肓颂砑觿﹦?、塑化、塑化劑劑的臘，其的臘，其軟軟化點(diǎn)化點(diǎn)為為60756075 C.C.它們它們易溶于汽油、乙易溶于汽油、乙醚醚、三、三氯氯乙乙烯烯等溶等溶劑劑，去除十分方便。去除十分方便。二、常用的粘二、常用的粘結(jié)結(jié)、保、保護(hù)護(hù)材料材料u2.2.彈彈性上性上盤(pán)盤(pán)粘粘結(jié)結(jié)材料：材料：u主要

16、是火漆，主要是火漆，它它的主要成分是松香、的主要成分是松香、瀝瀝青青和中性和中性填填料，其中松香和料，其中松香和瀝青瀝青起粘起粘結(jié)結(jié)作作用，用，填填料可以提高強(qiáng)度和硬度?；鹌嵋惨琢峡梢蕴岣邚?qiáng)度和硬度?；鹌嵋惨兹苡谄汀⒁胰苡谄?、乙醚醚、三、三氯氯乙乙烯烯等溶等溶劑劑。二、常用的粘二、常用的粘結(jié)結(jié)、保、保護(hù)護(hù)材料材料u3.3.石膏：石膏：u石膏主要用于石膏主要用于棱鏡棱鏡的上的上盤(pán)盤(pán)精磨、拋光。精磨、拋光。固定固定棱鏡棱鏡所用的石膏系所用的石膏系將將天然石膏磨碎和天然石膏磨碎和適適當(dāng)當(dāng)加加熱熱以后得到的半水硫酸以后得到的半水硫酸鈣鈣粉末，俗粉末，俗稱(chēng)稱(chēng)熟石膏，熟石膏，將它將它適適當(dāng)當(dāng)加水加水調(diào)

17、調(diào)和后即和后即較較快地快地凝固成固體，凝固成固體，并并且且過(guò)過(guò)程是不可逆的，程是不可逆的，從從而而將將被加工的被加工的棱鏡棱鏡固定在石膏中。固定在石膏中。二、常用的粘二、常用的粘結(jié)結(jié)、保、保護(hù)護(hù)材料材料u4.4.蟲(chóng)蟲(chóng)膠膠漆漆u又又稱(chēng)為稱(chēng)為洋干漆、假漆，是由蟲(chóng)洋干漆、假漆，是由蟲(chóng)膠膠片按照片按照1:31:3的比例溶于乙醇中形成的漆，的比例溶于乙醇中形成的漆，它它不溶于水，不溶于水，干燥迅速，普遍用于光干燥迅速，普遍用于光學(xué)學(xué)零件拋光完成以零件拋光完成以后，后，對(duì)對(duì)拋光表面的保拋光表面的保護(hù)護(hù)，以保，以保證證在下在下盤(pán)盤(pán)的的過(guò)過(guò)程中，不致于把拋光表面破壞了。程中，不致于把拋光表面破壞了。第五節(jié) 冷

18、卻液 冷卻液用于切削、磨削、精磨、磨邊等光學(xué)工序中，主要的作用是降低磨削溫度，減少摩擦，及時(shí)清洗掉碎屑，并防止設(shè)備的銹蝕。第五節(jié) 冷卻液一、對(duì)冷卻液的基本要求u粘度低，以便改進(jìn)潤(rùn)滑作用，促進(jìn)碎屑的沉淀；u化學(xué)穩(wěn)定性好，以免冷卻液變質(zhì)、發(fā)臭，ph值接近于7；u導(dǎo)熱性好，比熱容大，以保證溫度的有效降低；u有防銹作用，以避免設(shè)備的腐蝕；u洗滌性好，不起泡沫。二、常用的冷卻液u1.水基冷卻液u水是水基型冷卻液的基本組分，它的性質(zhì)決定和影響著冷卻液的基本性能。u為了提高水基型冷卻液的潤(rùn)滑性能而引入的添加劑一般是多元醇，其中有乙二醇、丙三醇等，目的是為了降低水的表面張力及提高金剛石精磨片的自銳性。u2.油基冷卻液u以礦物油為主體的油基冷卻液是傳統(tǒng)的冷卻液，它的優(yōu)點(diǎn)是潤(rùn)滑性好，對(duì)設(shè)備、磨具的防銹保護(hù)性能好，