随着信息产业的快速发展,光学元件广泛应用于各种电子设备中,对其加工精度和质量的要求越来越高,传统的加工技术和工具很难满足其加工要求,特别是在现场对其结构和内在质量的要求日益专业化和针对性。因此,该领域传统金刚石工具结构的改造和内在质量的提高变得越来越重要.
该领域的金刚石工具主要包括粗加工中铣削平面和球面的砂轮、磨边用砂轮、精密加工中的精密磨盘和平面磨削、超精密磨盘和抛光磨盘;此外,还有锯片切割用刀片.
一、光学玻璃加工用金刚石工具的主要类型
铣削砂轮
光学玻璃的铣削是粗加工的主要方法,涉及对平面和球面进行磨削磨削砂轮。平铣砂轮的直径一般大于100mm,而球面铣砂轮的直径一般为100mm以上。小于100mm。砂轮粒度一般为60#~180#,浓度一般为50%~100%。结合剂为青铜.
金刚石砂轮
金刚石砂轮主要用于磨削光学元件的外圆,其几何形状和尺寸如图所示 2 表2 结合剂有电镀镍基结合剂和烧结青铜结合剂两种,其粒度一般在 230/270 至M28/20,电镀浓度100%-200%,青铜浓度50%-100%.
精磨盘、超精磨盘
精密和超精密磨盘用于对粗加工后的光学元件进行精密加工,以充分展现其在使用过程中的光学性能。精磨和超精磨有平面加工和球面加工两种。精磨盘一般采用青铜、结合剂有铁基、镍基或钴基,超细磨一般采用树脂有机结合剂。精密磨片的粒度一般为 325/400 至10/5,浓度为100%至35%,而超精密磨片的粒径一般为 14/8 至7/5,浓度为50%至 25%.
抛光盘
抛光片主要用于提高光学元件的表面光洁度,保证一定的孔径,减少表面变质层的加工。主要形状有精密磨盘和超精密磨盘,以树脂为结合剂,氧化铈作为磨料,加少量金刚石粉.
2.光学玻璃加工中金刚石制品的合理选择
光学玻璃加工中金刚石产品的合理选择主要是指根据形状、等级、加工质量要求和加工情况来选择金刚石工具的形状、尺寸、结合剂类型、金刚石粒度、金刚石浓度、结合剂硬度等。加工光学玻璃元件的技术。一般选择原则是:
(1)根据加工方法和机床精度选择金刚石刀具的形状、尺寸和精度.
(2)根据被加工部件的余量和表面粗糙度选择金刚石刀具的粒度.
(3)根据工件尺寸、加工工艺以及金刚石工具的覆盖率选择金刚石浓度,特别适用于精密和超精密磨削.
(4)根据加工工件的工艺和工件的牌号选择结合剂的类型,特别是精密磨削和超精密磨削。精密磨削选择青铜、镍基、钴基、铁基材料;超精密磨削选择结合剂。树脂结合剂精密磨削。软玻璃精密磨削选用青铜基和镍基材料。对于硬玻璃和高粘度玻璃,优选铁基和钴基材料.
(5)根据加工光学元件的牌号、硬度、脆性来选择金刚石工具的软硬度和结合强度。一般情况下,软玻璃和脆性较小的玻璃,结合剂的硬度较低;强度较低。对于硬而脆的玻璃,选择较高的硬度;结合强度较高.
3.光学玻璃用金刚石工具制造新技术
目前,该领域金刚石工具的制造技术日趋先进,主要表现在以下几个方面:在原材料方面,结合剂的粉末越来越细,粒径一般小于40μm。可达10μm以下,且均为预合成粉末.
金刚石的粒度组成范围越来越窄,晶形越来越好,特别是在微粉级别,趋于几乎各向同性。各种结合剂都添加了微量元素和化合物,以提高其磨削效率。分布结合剂中金刚石的含量一般是通过造粒工艺或充分均匀混合来实现的。成型烧结采用保护气氛下的热压烧结方法.
模具采用高精度耐高温金属模具,烧成的毛坯几乎没有气孔,在烧结过程中金刚石的强度几乎没有下降。制造出来的毛坯必须经过严格的精密加工,以保证其轮廓和公差,同时也保证其研磨锋利度.
四、部分金刚石工具在光学玻璃加工过程中可能出现的问题及对策
金刚石工具在使用过程中经常会遇到各种问题,影响加工的成品率和效率,对生产成本和产品性能产生重大影响。这主要表现在金刚石工具的制造技术和固有性能上.
铣削加工
铣削加工过程中经常出现以下主要问题:
(1)粗糙度差
(2)玻璃破碎、碎裂
(3)轮廓不稳定
(4)效率低、划痕深
这些问题主要与砂轮的粒度、同心度、浓度、自锐性以及砂轮的寿命和耐用度有关。解决这些问题需要对砂轮的制造技术进行分析。调整结合剂的强度、金刚石浓度和粒度,保证砂轮的同心度。主要是提高金刚石的把持强度,降低结合剂的磨削硬度.
精细和超精细研磨和抛光工艺
精磨、超精磨、抛光工序是光学玻璃加工中最关键的工序,也是最容易出现质量问题的工序。该工序的金刚石工具也是制作难度最大的,也是最容易出现质量问题的工序。在此过程中发生的情况如下:
(1)工件容易产生凹坑
(2)孔径不稳定和孔径不规则
(3)表面粗糙度差
(4)工件边缘破损或崩边
(5)规则或不规则划痕
(6)磨盘容易钝化
(7)切削效率低
上述问题大多与金刚石工具质量有关,应从以下几个方面进行改进:
(1)选择合适的金刚石浓度,一般较高.
(2)提高结合剂的自锐性主要涉及降低其磨削硬度和均匀性、减少低熔体偏析.
(3)降低金刚石切屑的覆盖率,减少金刚石颗粒的研磨表面积,或增大容屑空间.
(4)减少金刚石颗粒尺寸的分散性和形状的不规则性。不允许有大颗粒,也不允许有过多的细颗粒.
(5)在粘结剂中添加准纳米级微量元素,改变其性能.
(6)磨削液中添加少量细磨粒.
(7)提高树脂的耐水性和耐温性,增强其导热性.
(8)减少丸内孔隙,减小粘合剂晶体尺寸.