知識課堂
KNOWLEDGE CLASS
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。
認為:①拋光是研磨的繼續(xù),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1~1.2nm。
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30~90nm。用氧化鐵拋光,凹凸層厚度為20~90nm。
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。
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(fā)生錯綜復雜的化學過程。主要是玻璃表面發(fā)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(shù)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(shù)光學玻璃,在弱酸性(PH=5.5~6.5)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(wěn)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(xù)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(fā)生交換反應,使玻璃表面以微量的分子形式被去除。
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(fā)現(xiàn)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(xiàn)。
另一實驗發(fā)現(xiàn),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。
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。
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。
拋光模基體的矢高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(tài),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(guī)則容易引起工件光圈不規(guī)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1:3~1:4。
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(shù)不一致,工件拋光表面會產生熱變形。
(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(yōu)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27~ 32℃之間選擇;對聚氨酯模液溫應在30~ 35℃之間;拋光液的PH值應選擇偏酸性。
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(wěn)定性好;拋光效率高;改善了環(huán)境衛(wèi)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(wěn)定。
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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