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        杰森光電·JASON TECH

        紅外鏡片專業供應商

        知識課堂

        KNOWLEDGE CLASS

        拋光機理與方法
        2016-6-12
        來源:未知
        點擊數:  5647        作者:未知
        • 大致可以歸納為三種理論:

          機械去除理論、化學作用理論、熱的表面流動理論。

          1機械去除理論

           

          認為:①拋光是研磨的繼續,拋光與研磨的本質是相同的,都是尖硬的磨料顆粒對玻璃表面進行微小切削作用的結果。 

                     ②由于拋光是用較細顆粒的拋光劑,所以微小切削作用可以在分子范圍內進行。由于拋光模與工件表面相互吻合,拋光時切向力特別大,因此使玻璃表面的凹凸結構被切削掉,逐漸形成光滑的表面。

          機械去除理論的主要實驗依據:

          A:與研磨一樣,零件拋光后重量明顯減輕。

          通過實驗測得,被拋掉的玻璃顆粒尺寸平均為11.2nm。

          B:拋光表面有起伏層和機械劃痕

          用氧化鈰拋光時,零件表面凹凸層厚度為3090nm。用氧化鐵拋光,凹凸層厚度為2090nm。

          C:拋光劑的粒度和硬度對拋光速率有重要影響

          實驗表明,拋光粉粒度在一定范圍內,粒度愈大,拋光速率愈高。

          D:拋光速率與壓力、相對速度成線性關系

          E:磨料也能用作拋光劑

          磨料很細而且加工壓力很小時,也能作為拋光劑。如碳化硼(B4C)和剛玉(Al2O3,本屬磨料,但其粒度直徑為0.5μm左右時,也能用于玻璃拋光。

          2化學作用理論

           

          認為:拋光過程是在玻璃表層、拋光劑、拋光模和水的作用下,發生錯綜復雜的化學過程。主要是玻璃表面發生的水解過程,是水解生成物——硅酸凝膠薄膜不斷生成和不斷刮除的過程。

          化學作用理論的實驗依據如下:

          A:水與玻璃的作用

          1. 水的作用

          用純乙二醇代替水,拋光速率低,含水量增加,拋光速率增大。

          2.玻璃的水解反應

          Na2SiO3 + 2H2O = H2SiO3 + 2NaOH

          B:拋光液PH值的影響

          理論分析和實驗結果表明:大多數光學玻璃時不耐堿的;至于耐酸的程度,則視光學玻璃的牌號不同而異。大多數光學玻璃,在弱酸性(PH=5.56.5)拋光液中拋光,具有較高的速率和表面質量。

          C:添加劑對拋光的影響

          添加劑包括加速劑、穩定劑、消泡劑等。

          結果表明:硝酸鋅是一種比較有效的添加劑。在氧化鈰拋光液中,加入5%的硝酸鋅(對氧化鈰的重量比),使火石玻璃拋光速率提高一倍多,鋇冕玻璃也提高近一倍。

          D:拋光劑的作用

          在拋光過程中拋光劑基本上以兩種作用參與拋光。

          其一是以拋光劑顆粒的堅硬特性,在模具和機床的作用下,對玻璃表面的硅膠層進行微小的切削,使玻璃露出新表面,進而繼續水解;

          其二是以拋光劑顆粒表面的吸附特征,使硅膠層以分子級程度被拋光劑吸附而剝落。

          E:拋光模的作用

          光學零件拋光時,拋光模層不僅起著承載拋光粉的作用,用時也起一定的化學作用。

          拋光柏油中含有樹脂酸,其官能團為-COOH,而毛氈拋光模的羊毛纖維中,也含有官能團-COOH和-NH2,它們都是化學活性基,能與玻璃的陽離子發生交換反應,使玻璃表面以微量的分子形式被去除。

          3熱的表面流動理論

           

          認為:玻璃表面由于高壓和相對運動,摩擦生熱使表面產生塑性流動,凸起的部分將凹陷填平,形成光滑的拋光表面。

          熱的表面流動理論的實驗依據是:

          實驗發現拋光表面用金剛石刀劃成圖案,然后拋掉,再用酸腐蝕,結果看到劃痕再現。

          另一實驗發現,由拋去厚度計算的拋去重量比實測的大得多,于是認為拋去的玻璃流到表面凸凹層的谷部。由此說明拋光過程存在流動作用。

          普遍承認的觀點是:

          拋光是機械去除作用,化學作用,表面流動作用的綜合作用過程。


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          光學零件的拋光方法
             


          目前在光學零件生產中,采用的拋光方法主要有古典拋光和高速拋光。

          1古典法拋光

          古典法平面拋光           

          古典法球面拋光


          (一)古典法拋光原理

          工作壓力在拋光表面上的法向分力是不均勻的,它隨頂針擺幅的變化而變化。設工作壓力為P,拋光表面的法向分力為F,則:F =P·cosα,正是由于這種壓力分布特點,使得古典法拋光的光圈控制較困難。


          (二)球面透鏡的古典法拋光工藝

          拋光模的尺寸

          拋光模層表面的曲率半徑以Rp表示,它等于透鏡完工后的曲率半徑R,但符號相反。拋光?;w的曲率半徑以Rt表示,可按下式計算:

          b表示拋光膠層厚度,凸模取“-”號,凹模取“+”號。

          b值決定于被加工面的曲率半徑,可按表選取。

          拋光?;w的矢高Ht和口徑Dt決定于球面鏡盤的矢高Hj和口徑Dj,如表所示。


          拋光過程一般可分為兩個階段:

          ①控制各工藝因素對鏡盤均勻而快速地拋亮,即大致拋去砂眼的粗拋階段;

          ②進行光圈修正,達到技術指標要求(面形精度及表面光潔度)的精拋階段。


          (三)工藝因素對古典拋光的影響

          1、精磨的影響

          精磨的好壞影響拋光效率。宏觀上看,精磨后的面形應符合一定要求,否則拋光效率降低。從微觀結構上看,零件表面的微觀不平度也影響拋光效率。

          2、拋光模的幾何形狀

          拋光模的幾何形狀影響拋光精度。在拋光過程中,拋光模表面與工件時緊密接觸的,處于相互變化的狀態,拋光模的面形必然影響工件的面形精度。

          3、拋光模材料直接影響拋光精度

          拋光模過硬,拋光模表面的不規則容易引起工件光圈不規則,容易造成擦痕。

          拋光模過軟,拋光模容易變形,使拋光鏡盤產生塌邊。

          4、拋光?;w的表面幾何形狀影響拋光精度

          在球面拋光中,如果基體的曲率與理論值不符,則拋光模層厚度不同,模層的走動就不同,厚的地方走動大,薄的地方走動小,薄的地方拋光效率高,厚的地方拋光效率低。

          5、拋光粉的硬度

          拋光粉的結晶結構影響拋光效率。結晶結構不同,拋光粉的硬度不同。硬度大拋光能力強,適合拋光硬玻璃。拋光粉顆粒的硬度至少要與玻璃的硬度相匹配。

          6、拋光劑的濃度

          拋光粉和水有一個比例關系。如果使用的是氧化鐵拋光粉,則拋光粉與水的比列是1314。

          7、速度和壓力的影響

          在拋光模和玻璃粘結膠性能允許的情況下,拋光效率隨著速度和壓力的增大而增大。

          8、溫度的影響

          ?溫度對拋光模的影響拿拋光柏油模來說,溫度升高,柏油變軟,工件面形不容易保證。

          ?溫度對粘結膠的影響溫度升高,粘結膠變軟,工件容易脫膠。

          ?溫度對工件的影響溫度變化時,如果粘結膠和玻璃的熱膨脹系數不一致,工件拋光表面會產生熱變形。


          2高速拋光工藝


          (一)準球心法高速拋光工藝            

          準球心法就是擺動軸線通過下面磨盤的曲率中心,且壓力的方向始終指向鏡盤的曲率中心。

          (二)高速拋光原理

          頂針對準工件球心,正壓力恒定,頂針繞通過工件球心的軸線作弧線擺動,這就是準心法高速拋光的原理。

          (三)高速拋光優越性

          高速拋光克服了古典法拋光加工中,正壓力是隨α變化的,造成磨削不均勻,而且壓力愈大,不均勻程度愈嚴重。因此,不可能加載過大,而且也不能加工超半球。

          特點:

          生產效率高,拋光均勻;

          減輕勞動強度,對室溫要求不嚴;

          用于中等尺寸、精度光學零件的批量生產。

          (四)工藝因素對準球心高拋的影響

          1、拋光速度和壓力在高速拋光中,速度和壓力的影響與古典拋光相似,在工藝條件允許下,拋光效率與速度和壓力成線性關系。

          2、拋光液

          拋光液的粒度應均勻一致;濃度一般為10%~15%。當濃度超過30%,拋光效率下降;溶液溫度選擇根據拋光模層材料不同選擇也不一樣,對柏油混合模液溫應在2732℃之間選擇;對聚氨酯模液溫應在3035℃之間;拋光液的PH值應選擇偏酸性。


          3固體磨料高速拋光工藝


          1、特點

          在拋光過程中,不需要加拋光液,只需自動加冷卻液;拋光模面形穩定性好;拋光效率高;改善了環境衛生。

          2、拋光模

          由拋光片按照余弦磨損(球面)、均勻磨損(平面)的排列方式組成。拋光片是由結合劑和拋光粉兩部分組成,常用的結合劑是合成高分子材料,制成不同形狀和尺寸的小圓片。這種拋光模的拋光能力強,自銳性好,面形穩定。


          4范成法高速拋光工藝


          與金剛石磨輪銑磨成型加工原理相似,工件與模具軸各自強制轉動,兩軸線相交于一點,夾角為α,模具活動軌跡形成球面.

          范成法拋光的加工精度主要依靠機床的精度,一般用來加工大曲率半徑的零件。

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