隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展光學(xué)元件廣泛地應(yīng)用在各種電子設(shè)備中,對其加工的精度和質(zhì)量要求越來越高,傳統(tǒng)的加工工藝和工具很難滿足其加工要求,尤其在金剛石工具方面,無論從其結(jié)構(gòu)和內(nèi)在的質(zhì)量方面的要求越來越特殊化,針對性要求越來越強(qiáng)。因此在該領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)金剛石工具結(jié)構(gòu)的改造和內(nèi)在質(zhì)量的提高就顯得越來越重要。

 

該領(lǐng)域的金剛石工具主要包括粗加工中銑磨平面和球面的銑磨砂輪,磨邊用的磨邊砂輪,精加工中的精磨片及面磨,超精片及拋光片；另外還有下料用的鋸片等。

 

銑磨砂輪

 

光學(xué)玻璃的銑磨是粗加工的主要方式,它分平面和球面銑磨砂輪。平面銑磨砂輪的直徑一般大于100mm,而球面銑磨的砂輪直徑一般小于100mm,砂輪粒度一般為60#～180#,濃度一般為50%～100%,結(jié)合劑為青銅。

 

金剛石磨邊砂輪

 

金剛石磨邊砂輪主要是對光學(xué)零件的外圓進(jìn)行磨加工,其幾何形狀和尺寸見圖2和表2,其結(jié)合劑有兩種,一種是電鍍鎳基結(jié)合劑,一種為燒結(jié)青銅結(jié)合劑。其粒度一般在230/270-M28/20,濃度為電鍍的100%-200%,青銅的為50%-100%。

 

精磨片、超精磨片

 

精磨片和超精磨片是對粗加工后的光學(xué)零件進(jìn)行精加工,使其在使用時(shí)充分展現(xiàn)它的光學(xué)性能。精磨和超精磨有平面加工也有球面加工。精磨片一般選用青銅、鐵基、鎳基或鈷基結(jié)合劑,而超精磨一般選用樹脂有機(jī)結(jié)合劑。精磨片粒度一般在325/400～10/5,濃度為100%~35%,而超精磨片粒度一般在14/8～7/5范圍內(nèi),濃度為50%～25%。

 

拋光片

拋光片主要是用于提高光學(xué)零件的表面光潔度,保證一定的光圈,同時(shí)降低表面變質(zhì)層的加工。主要形狀如同精磨片和超精磨片,結(jié)合劑為樹脂,磨料為氧化鈰和少量的金剛石微粉。

 

光學(xué)玻璃加工中金剛石制品的合理選擇主要是指根據(jù)被加工光學(xué)玻璃元器件的形狀、牌號(hào)、加工質(zhì)量要求和加工工藝,對金剛石工具的形狀尺寸、結(jié)合劑類型、金剛石粒度、金剛石濃度、結(jié)合劑軟硬度等進(jìn)行選擇。一般的選擇原則為：

 

（1）根據(jù)加工方式及機(jī)床的精度來選擇金剛石工具的形狀尺寸和精度。

 

（2）根據(jù)加工原件的余量及表面的粗糙度來選擇金剛石工具的粒度。

 

（3）根據(jù)加工工件的大小和加工工序、金剛石工具覆蓋比的大小來選擇金剛石的濃度,尤其對精磨和超精磨加工。

 

（4）根據(jù)加工工件的工序和工件的牌號(hào)來選擇結(jié)合劑類型,尤其對精磨和超精磨。象精磨一般選青銅、鎳基、鈷基和鐵基;超精磨選樹脂結(jié)合劑。軟玻璃的精磨加工選擇青銅和鎳基。而硬玻璃及粘性較大的玻璃選擇鐵基和鈷基。

 

（5）根據(jù)加工光學(xué)零件的牌號(hào)、硬度和脆性大小來選擇金剛石工具的軟硬度以及結(jié)合劑強(qiáng)度。一般情況下,軟玻璃和脆性小的玻璃選擇結(jié)合劑的硬度低些;結(jié)合劑強(qiáng)度小些。而硬、脆玻璃選擇硬度高些;結(jié)合劑強(qiáng)度大些。

 

目前該領(lǐng)域金剛石工具的制造技術(shù)越來越高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:原材料方面,結(jié)合劑的粉料越來越細(xì),一般顆粒直徑都小于40μm,有的可達(dá)到10μm以下，并且都是采用預(yù)合成的粉料。

 

金剛石的粒度組成范圍越來越窄,晶形越來越好,尤其在微粉級(jí)幾乎趨于等積體。各種的結(jié)合劑中都添加了微量的元素和化合物,旨在提高其磨削的效率。金剛石在結(jié)合劑中的分布一般采用了造粒工藝或充分的均勻混合。成型燒結(jié)采用有保護(hù)氣氛的熱壓燒結(jié)方式。

 

模具采用高精度耐高溫的金屬模具,燒出來的毛坯幾乎沒有氣孔,并且金剛石在燒結(jié)過程中強(qiáng)度幾乎沒有降低,制造出的毛坯都要經(jīng)過嚴(yán)格的精加工,以保證它的型面和公差,同時(shí)保證其磨削鋒利度。

 

金剛石工具在使用過程中往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題,其影響了加工的成品率和效率,對生產(chǎn)成本和產(chǎn)品性能帶來極大的影響。這主要表現(xiàn)在金剛石工具的制造技術(shù)和內(nèi)在的性能方面。

 

銑磨過程

 

在銑磨過程中常出現(xiàn)以下主要問題：

 

（1）粗糙度差

 

（2）打玻璃及崩口

 

（3）型面不穩(wěn)定

 

（4）效率低,有深劃傷

 

這些問題主要與銑磨砂輪的粒度、同心度、濃度、結(jié)合劑的自銳性及砂輪的壽命和耐用度有關(guān),解決這些問題從砂輪的制造技術(shù)上分析,主要調(diào)整結(jié)合劑的強(qiáng)度和金剛石濃度和粒度,同時(shí)必須保證砂輪的同心度。主要是提高金剛石的把持強(qiáng)度和降低結(jié)合劑的研磨硬度。

 

精磨和超精磨及拋光過程

 

精磨、超精磨及拋光過程是光學(xué)玻璃加工最關(guān)鍵的幾道工序,同時(shí)也是最易出現(xiàn)質(zhì)量問題的幾道工序。該工序中的金剛石工具也是最難制做的,該過程中易出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)如下：

 

（1）工件易產(chǎn)生麻點(diǎn)

 

（2）光圈不穩(wěn)定和光圈不規(guī)則

 

（3）表面粗糙度差

 

（4）工件破邊或崩口

 

（5）規(guī)則劃傷或不規(guī)則劃傷

 

（6）磨盤易鈍化

 

（7）切削效率低

 

以上這些問題大部分與金剛石工具的質(zhì)量有關(guān),應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

 

（1）選擇合適的金剛石濃度,一般情況下是金剛石濃度偏高。

 

（2）提高結(jié)合劑的自銳性,主要是降低其研磨硬度和均勻性,減少低熔物偏析。

 

（3）降低金剛石片的覆蓋比,減少金剛石丸片的磨削面面積,或增加容屑空間。

 

（4）減少金剛石粒度的分散性和形狀的不規(guī)則性。絕不允許有大顆粒,同時(shí)也不容許細(xì)粒偏多。

 

（5）結(jié)合劑中加入準(zhǔn)納米級(jí)的微量元素,以改變結(jié)合劑的性質(zhì)。

 

（6）磨削液中加入少量的細(xì)顆粒磨料。

 

（7）提高樹脂耐水性和耐溫性,提高它的導(dǎo)熱性。

 

（8）降低丸片中的氣孔,減少結(jié)合劑的結(jié)晶尺寸。