光学制造技术第5章 光学工艺材料

1、第一节第一节 粗磨、精磨的磨料及磨具粗磨、精磨的磨料及磨具n一一 磨料磨料n磨料是研磨零件所用的材磨料是研磨零件所用的材料，是具有棱角、一定硬料，是具有棱角、一定硬度和韧性的粉状或粒状物度和韧性的粉状或粒状物质。质。n散粒磨料（金刚砂、人造散粒磨料（金刚砂、人造刚玉）刚玉）n固着磨料（金刚石磨轮、固着磨料（金刚石磨轮、金刚石丸片）金刚石丸片）（一）对磨料的一般要求（一）对磨料的一般要求n1.硬度要比玻璃硬，硬度越高，工艺性能越好；硬度要比玻璃硬，硬度越高，工艺性能越好；n2.韧性要好，不会因磨削压力而使磨料破坏；韧性要好，不会因磨削压力而使磨料破坏；n3.自锐性好，随磨削压力产生的碎削，应成多

2、自锐性好，随磨削压力产生的碎削，应成多角；角；n4.熔点应比玻璃高，磨削发热，磨料尖端不致熔点应比玻璃高，磨削发热，磨料尖端不致熔化；熔化；n5.粒度均匀一致，一个粒度牌号的磨料颗粒，粒度均匀一致，一个粒度牌号的磨料颗粒，大小要受限；大小要受限；n6.化学稳定性要好，不允许对被加工物和辅料化学稳定性要好，不允许对被加工物和辅料起反应。起反应。（二）散粒磨料的种类（二）散粒磨料的种类n1.天然磨料：由天然矿物加工而成，常用天然磨料：由天然矿物加工而成，常用的天然矿物有金刚石的天然矿物有金刚石(C)、刚玉、刚玉(Al2O3)和和乐山金刚砂乐山金刚砂(3FeO.Al2O3.3SiO2)。n2.人造磨

3、料：人造磨料是由人工冶炼而制人造磨料：人造磨料是由人工冶炼而制得的研磨材料。主要品种有人造刚玉、碳得的研磨材料。主要品种有人造刚玉、碳化硅、碳化硼和人造金刚石等。其中人造化硅、碳化硼和人造金刚石等。其中人造刚玉是应用最广泛的一种磨料，几乎占全刚玉是应用最广泛的一种磨料，几乎占全部人造磨料用量的部人造磨料用量的65%以上。以上。（三）磨料的代号和粒度（三）磨料的代号和粒度磨磨料料名名称称天天然然金金刚刚砂砂棕棕刚刚玉玉白白刚刚玉玉单单晶晶刚刚玉玉微微晶晶刚刚玉玉铬铬刚刚玉玉锆锆刚刚玉玉黑黑碳碳化化硅硅绿绿碳碳化化硅硅铈铈碳碳化化硅硅碳碳化化硼硼人人造造金金刚刚石石天天然然金金刚刚石石代代号号 G

4、ZGZ GBGB GDGD GWGW GGGG GAGA THTH TLTL TSTS TPTP JRJR JTJT磨料的粒度：磨料的粒度：1、以一英寸长度上的筛网上孔的数目命名，、以一英寸长度上的筛网上孔的数目命名，8-280#2、以被测颗粒宽度来确定磨料尺寸。、以被测颗粒宽度来确定磨料尺寸。磨料的代号和粒度磨料的代号和粒度中国中国原联邦德国、瑞士原联邦德国、瑞士美国、日本美国、日本原苏联原苏联标称号标称号公称尺寸公称尺寸(m)标称号标称号公称尺寸公称尺寸(m)标称号标称号公称尺寸公称尺寸(m)标称号标称号公称尺寸公称尺寸(m)46400-315D500400-60036600A50500-

5、63060315-250D350300-40046424A40400-50070250-200D250200-30054360A32315-40080200-160D150120-20060320A25250-315100160-125D10080-12070250A20200-250120125-100D7060-8080220A16160-200150100-80D5038-6090180A12125-16018080-63D3018-38100140A10100-12524063-50D159-18120120A880-10028050-40D75-915095A663-80W4040-

6、28D32-519085A550-63W2828-2022070A440-50W2020-1424060AM4028-40W1414-1028050AM2820-28W1010-732042AM2014-20W77-540038AM1410-14W55-3.560030AM107-10W3.53.5-2.570022AM75-7W2.52.5-1.5100015AM53-5W1.51.5-1150010AM31-3二二 金刚石磨具金刚石磨具n将磨料用结合剂粘结在一起，做成具有一定形状的磨将磨料用结合剂粘结在一起，做成具有一定形状的磨削工具。削工具。n（一）磨具的结构：（一）磨具的结构： 金刚石

7、层（结合剂金刚石层（结合剂+磨料）磨料） 过渡层（结合剂）过渡层（结合剂） 基体（铜、铝或钢）基体（铜、铝或钢）n（二）结合剂的种类和代号：（二）结合剂的种类和代号： 陶瓷结合剂陶瓷结合剂 A 树脂结合剂树脂结合剂 S 橡胶结合剂橡胶结合剂 X 青铜结合剂青铜结合剂 Q 电镀金属结合剂电镀金属结合剂 D（三）（三） 磨具的硬度磨具的硬度n指在静止状态时，磨粒间结合的强度。表现指在静止状态时，磨粒间结合的强度。表现为磨具在工作中受到外力作用时，磨粒从磨为磨具在工作中受到外力作用时，磨粒从磨具中脱落的快慢程度。等级代号分为具中脱落的快慢程度。等级代号分为14级。级。（四）（四） 常用的磨轮形状及代

8、号常用的磨轮形状及代号（五）一般砂轮的特征书写顺序（五）一般砂轮的特征书写顺序代号或参数代号或参数GBGB8080# #ZRZR1 1S SP P4004004040203203意义意义磨磨料料粒粒度度硬硬度度结合剂结合剂砂轮砂轮形状形状外径厚度孔径外径厚度孔径（六）金刚石砂轮的浓度（六）金刚石砂轮的浓度n是指是指1cm1cm3 3的体积内所含金刚石的克拉数，的体积内所含金刚石的克拉数，共分个等级。共分个等级。浓度名称浓度名称25%25%50%50%75%75%100%100%150%150%金刚石含量金刚石含量（克拉（克拉/cm/cm3 3）1.11.12.22.23.33.34.44.46

9、.66.6（七）金刚石磨具的特征书写顺序（七）金刚石磨具的特征书写顺序代号或参数代号或参数JR-1JR-1100100# #Y Y1 1Q Q100100NHNH4040555533333 37 7意义意义磨料磨料粒度粒度硬度硬度结合剂结合剂浓度浓度砂轮砂轮形状形状外径厚度孔径金刚外径厚度孔径金刚石环宽金刚石层厚石环宽金刚石层厚（八）金刚石磨具的种类（八）金刚石磨具的种类金刚石磨轮金刚石磨轮金刚石成型磨金刚石成型磨金刚石锯片金刚石锯片金刚石丸片金刚石丸片第二节抛光粉第二节抛光粉n、对抛光粉的基本要求、对抛光粉的基本要求n粒度均匀一致；粒度均匀一致；n较高的纯度；较高的纯度；n良好的分散性和吸附

10、性；良好的分散性和吸附性；n粉末颗粒有一定的晶格形态，破碎时形成锐粉末颗粒有一定的晶格形态，破碎时形成锐利的尖角，以提高抛光效率；利的尖角，以提高抛光效率；n合适的硬度和比重，和水有很好的浸润性和合适的硬度和比重，和水有很好的浸润性和悬浮性。悬浮性。2、抛光粉的种类、抛光粉的种类n常用的玻璃抛光粉有常用的玻璃抛光粉有Fe2O3（红粉），（红粉），氧化铈氧化铈-稀土氧化物稀土氧化物CeO2 ，氧化锆，氧化锆ZrO2 三类，他们可以单独或混合使用。三类，他们可以单独或混合使用。n抛光能力依次为：抛光能力依次为：CeO2、ZrO2、 Fe2O3n对于塑料、晶体等光学材料，则可以选对于塑料、晶体等光学

11、材料，则可以选用氧化锡（用氧化锡（SnO2），氧化锌（），氧化锌（ZnO），），碳酸钙（碳酸钙（CaCO3），碳黑（），碳黑（C）等软质）等软质抛光粉。抛光粉。 3、几种抛光粉的物理性能、几种抛光粉的物理性能三氧化二铁三氧化二铁氧化铈氧化铈氧化锆氧化锆分子式分子式Fe2O3CeO2ZrO2外观外观深红色至褐色粉末深红色至褐色粉末白色至黄红色粉末白色至黄红色粉末白色至黄色或棕色白色至黄色或棕色粉末粉末相对密度相对密度5.1-5.37-7.35.7-6.2熔点（熔点（0C）1560-1570约约26002700-2715莫氏硬度莫氏硬度5-76-85.5-6.5晶粒的平均尺寸晶粒的平均尺寸(m)0

12、.2-1.00.5-40.25-0.7颗粒外形颗粒外形近似球形边缘、有近似球形边缘、有絮状物絮状物成多边形、边缘清成多边形、边缘清晰晰结晶体系结晶体系斜方斜方立方立方单斜单斜点阵结构点阵结构刚玉点阵刚玉点阵萤石点阵萤石点阵4 4、抛光粉的评价指标、抛光粉的评价指标n颗粒大小颗粒大小n抛光粉是以微粒大小来分类的。抛光粉是以微粒大小来分类的。代号代号1 1# #2 2# #3 3# #4 4# #5 5# #粒度尺寸粒度尺寸（mm）不大于不大于1 m1 m1-51-56-106-1011-2011-20 21-3021-30n硬度硬度n悬浮性悬浮性n颜色颜色n颗粒结构颗粒结构5、添加剂、添加剂使用

13、抛光粉抛光玻璃零件时，常常要在抛光液中加入适使用抛光粉抛光玻璃零件时，常常要在抛光液中加入适量的添加剂，这样不仅可以提高抛光效率，还可以改善表面量的添加剂，这样不仅可以提高抛光效率，还可以改善表面质量。常用的添加剂成分及含量：质量。常用的添加剂成分及含量：氧化铈氧化铈水水添加剂添加剂三氯化铈三氯化铈稀土氯化物稀土氯化物稀土硝酸盐稀土硝酸盐0.5-200.5-201001000.23-2.250.23-2.250.5-200.5-201001000.5-50.5-51-601-601001000.5-100.5-10 以硝酸锌、硫酸锌、氯化锌等锌盐作为各类抛光液通以硝酸锌、硫酸锌、氯化锌等锌盐作

14、为各类抛光液通用的添加剂。使用时，最好将用的添加剂。使用时，最好将pHpH值调节在值调节在4-54-5之间。其中，之间。其中，硝酸锌效果最好，硫酸锌次之，氯化锌较差。硝酸锌效果最好，硫酸锌次之，氯化锌较差。抛光粉抛光粉水水锌盐锌盐备注备注1-601000.5-225050013-40250（氧化铈）（氧化铈）50013-40（硫酸锌）（硫酸锌）另加入另加入40硝酸铈硝酸铈250（氧化铈）（氧化铈）50013-40（氯化锌）（氯化锌） 第三节抛光膜层材料第三节抛光膜层材料n抛光模由磨具基体抛光模由磨具基体（金属材料）和抛光（金属材料）和抛光膜层两部分组成。抛膜层两部分组成。抛光膜层直接与加工表光

15、膜层直接与加工表面接触，起承载抛光面接触，起承载抛光粉粒子的作用，同时粉粒子的作用，同时还参与抛光过程的物还参与抛光过程的物理、化学作用。理、化学作用。一、对抛光膜层材料的要求一、对抛光膜层材料的要求n1 1、具有微孔结构；、具有微孔结构；n能够吸附、存贮抛光粉能够吸附、存贮抛光粉n2 2、具有良好的吻合性；、具有良好的吻合性；n保证零件的加工精度保证零件的加工精度n3 3、具有良好的耐磨性；、具有良好的耐磨性；n长期保持面形精度长期保持面形精度n4 4、具有良好的耐热性；、具有良好的耐热性；n保证膜层不变形保证膜层不变形n5 5、成型收缩小，老化期长，吸水性能好；、成型收缩小，老化期长，吸水

16、性能好；n保持加工过程稳定保持加工过程稳定n6 6、有一定的粘性；、有一定的粘性；n能牢固粘附在基体上能牢固粘附在基体上n7 7、能溶于一般有机溶剂中；、能溶于一般有机溶剂中；n便于清洗便于清洗二、抛光膜层材料的种类二、抛光膜层材料的种类1、聚氨酯抛光片、聚氨酯抛光片存在微孔结构，吸附能力强。抛光效率高，光圈稳定，但存在微孔结构，吸附能力强。抛光效率高，光圈稳定，但零件容易塌边。零件容易塌边。2 2、抛光圆片（固着磨料抛光片）、抛光圆片（固着磨料抛光片）将抛光粉剂结合成小圆片，再按一定的分布规将抛光粉剂结合成小圆片，再按一定的分布规律粘在抛光模基体上的模具。以此抛光，不用加抛律粘在抛光模基体上

17、的模具。以此抛光，不用加抛光液，而抛光效率提高光液，而抛光效率提高5倍以上。倍以上。优点：优点：生产效率高，操作方便；生产效率高，操作方便；光圈质量稳定，表面粗糙度好；光圈质量稳定，表面粗糙度好；加工安全，环境清洁；加工安全，环境清洁；适用面广，可用于单块或成盘加工。适用面广，可用于单块或成盘加工。几种固着磨料抛光片的成分：几种固着磨料抛光片的成分：序号序号配方配方工艺工艺1 1环氧（环氧（200200当量的当量的2222酚酚A A）77%77%乙二撑三胺（固化剂）乙二撑三胺（固化剂）6%6%金刚石微粉（平均直径金刚石微粉（平均直径1212微米）微米）17%17%2 2环氧环氧E-12E-12

18、、古马龙树脂。总计小于、古马龙树脂。总计小于10%10%氧化铈（纯度氧化铈（纯度99%99%以上）以上）90%90%3 3酚醛树脂酚醛树脂氧化铈（纯度氧化铈（纯度99%99%以上）以上） 300300目粒度目粒度1001000 0C C压制固化压制固化2424小时小时3、抛光柏油、抛光柏油第四节第四节 粘结材料粘结材料一、对粘结材料的要求一、对粘结材料的要求（一）（一） 良好的粘结性；良好的粘结性；（二）（二） 适当的软化点，良好的热稳定性；适当的软化点，良好的热稳定性；（三）（三） 良好的化学稳定性；良好的化学稳定性；（四）（四） 具有适当的脆性；具有适当的脆性；（五）（五） 成分均匀，无有

19、害硬粒杂质；成分均匀，无有害硬粒杂质；（六）易溶解于有机溶剂，不易溶于水和油。（六）易溶解于有机溶剂，不易溶于水和油。二、常用粘结材料二、常用粘结材料n刚性上盘粘结材料刚性上盘粘结材料n蜂蜡、石蜡蜂蜡、石蜡n弹性上盘粘结材料弹性上盘粘结材料n火漆火漆n石膏石膏n主要用于棱镜的精磨、抛光主要用于棱镜的精磨、抛光三、保护材料三、保护材料常规保护涂料：常规保护涂料：假漆（虫胶漆）假漆（虫胶漆）假漆的酒精溶液呈酸性（假漆的酒精溶液呈酸性（pH值为值为46），），且漆膜的透水性大，因此，对化学稳定且漆膜的透水性大，因此，对化学稳定性差的玻璃很不适用。性差的玻璃很不适用。磨边过程中的保护时要求不影响对心。

20、磨边过程中的保护时要求不影响对心。入库的零件的保护是要求能很方便地除入库的零件的保护是要求能很方便地除去保护胶。去保护胶。常用粘结、保护材常用粘结、保护材料的性能和用途料的性能和用途种类种类主要成分主要成分性能性能用途用途蜂蜡蜂蜡软脂酸蜂蜡酯和蜡酸的混合软脂酸蜂蜡酯和蜡酸的混合物物淡黄色至褐黄色固体。不溶与淡黄色至褐黄色固体。不溶与水，易溶与热乙醇、乙醚、氯水，易溶与热乙醇、乙醚、氯仿、苯和四氯化碳。蜡层厚度仿、苯和四氯化碳。蜡层厚度中等。中等。粗磨、粘结、刻度保护粗磨、粘结、刻度保护蜡、抛光层膜的成分蜡、抛光层膜的成分石蜡石蜡固体石蜡烃的混合物固体石蜡烃的混合物易溶与汽油、丙酮、苯。蜡层易溶

21、与汽油、丙酮、苯。蜡层较薄、熔点较低。较薄、熔点较低。粗磨翻胶粘结粗磨翻胶粘结胶条蜡胶条蜡松香、固体古马龙和蜡类的松香、固体古马龙和蜡类的混和物混和物粘结强度高，耐温性好，能溶粘结强度高，耐温性好，能溶与一般有机溶剂中。与一般有机溶剂中。粗磨胶条粘结粗磨胶条粘结石膏石膏水泥水泥熟石膏和水泥熟石膏和水泥熟石膏与水熟石膏与水1 1：1 1搅匀，搅匀，5 5分钟内分钟内固结成白色致密的硬块，但体固结成白色致密的硬块，但体积膨胀，所以加入水泥。积膨胀，所以加入水泥。棱镜精磨抛光上盘棱镜精磨抛光上盘火漆火漆松香、沥青和中性填料松香、沥青和中性填料松香和水泥起粘结作用；填料松香和水泥起粘结作用；填料提高强

22、度和硬度提高强度和硬度精磨抛光粘结胶精磨抛光粘结胶磨边胶磨边胶松香、虫胶松香、虫胶不溶与水，易溶与乙醇、乙醚、不溶与水，易溶与乙醇、乙醚、丙酮、苯、松节油及油类，有丙酮、苯、松节油及油类，有一定的粘结能力、化学稳定性、一定的粘结能力、化学稳定性、热稳定性。热稳定性。定心磨边粘结胶定心磨边粘结胶第五节冷却液第五节冷却液n一一 冷却液的作用冷却液的作用n（一）冷却作用；（一）冷却作用；n（二）清洗作用；（二）清洗作用；n（三）润滑作用；（三）润滑作用；n（四）化学作用。（四）化学作用。 二二 对冷却液的要求对冷却液的要求n1.粘度低；粘度低；n2.化学稳定性好，化学稳定性好，PH接近接近7；n3.

23、导热性好，比热大；导热性好，比热大；n4.具有防锈作用；具有防锈作用；n5.洗涤性好，不起泡沫。洗涤性好，不起泡沫。 三三 冷却液的种类冷却液的种类 n（一）（一）切削油类切削油类( (粗磨粗磨) )n切削油类以矿物油为主体，可加入油切削油类以矿物油为主体，可加入油性添加剂和防锈添加剂等。性添加剂和防锈添加剂等。n切削油类的特点是：润滑性好，防锈切削油类的特点是：润滑性好，防锈性能好。性能好。n它的缺点是：冷却作用差；清洗作用它的缺点是：冷却作用差；清洗作用差；易于着火；环境污染。差；易于着火；环境污染。n（二）乳化液类（二）乳化液类( (精磨精磨) )n乳化液类是由矿物油与水在乳化剂作用下形

24、成的乳化液类是由矿物油与水在乳化剂作用下形成的一种稳定的乳化液。一种稳定的乳化液。n乳化液分为两大类：水包油型和油包水型。光学乳化液分为两大类：水包油型和油包水型。光学加工中主要用水包油型。首先配成乳化油，即母加工中主要用水包油型。首先配成乳化油，即母液，再将母液用水冲淡液，再将母液用水冲淡2020倍至倍至5050倍后使用。倍后使用。n优点：清洗效果好；冷却效率高；润滑和防锈性优点：清洗效果好；冷却效率高；润滑和防锈性能好。能好。n缺点：制备困难，污染严重。缺点：制备困难，污染严重。n（三）（三）水溶液类水溶液类( (抛光抛光) ) 以水为主体，含有某些化学药品的以水为主体，含有某些化学药品的

25、溶液。溶液。n优点：冷却清洗效果好。优点：冷却清洗效果好。n缺点：防锈性能差缺点：防锈性能差第六节第六节 清洗材料清洗材料n一、对清洗材料的要求：一、对清洗材料的要求：n1.对被清洗物有良好的溶解能力；对被清洗物有良好的溶解能力；n2.对零件的腐蚀性小；对零件的腐蚀性小；n3.对光学零件清洗后的后续工艺没对光学零件清洗后的后续工艺没有影响；有影响； n4.对操作者健康毒害小。对操作者健康毒害小。二、光学加工中常用的几种清洗材料二、光学加工中常用的几种清洗材料（有机溶剂）（有机溶剂）名称名称分子式分子式外观外观沸点沸点（0 0C C）凝固点凝固点（0 0C C）自燃温度自燃温度（0 0C C）密

26、度密度（g/cmg/cm3 3）(20(200 0C)C)无水乙醇无水乙醇C C2 2H H5 5OHOH无色液体无色液体78.578.5-110.5-110.54004000.7890.789乙醚乙醚(C(C2 2H H5 5) )2 2O O无色液体无色液体34.634.6-116.3-116.31881880.7140.714溶剂汽油溶剂汽油无 色 或 淡无 色 或 淡黄色黄色1201202002002302302602600.7950.795丙酮丙酮CHCH3 3COCHCOCH3 3无色液体无色液体56.556.5-94.3-94.35005000.7920.792苯苯C C6 6H

27、 H6 6无色液体无色液体80.180.15.55.5（熔）（熔）5805800.8790.879三氯乙烯三氯乙烯CHClCClCHClCCl2 2无色液体无色液体86.786.7-73-73不燃不燃1.4651.465石油醚石油醚无色液体无色液体309030900.6750.675四氯化碳四氯化碳CClCCl4 4无色液体无色液体76.7076.70-23-23不燃不燃1.5951.595二硫化碳二硫化碳CSCS2 2无色液体无色液体46.2546.25-108.6-108.61241241.2601.260三、超声波清洗三、超声波清洗n当清洗液有毒、人员短缺或超净当清洗液有毒、人员短缺或超

28、净要求时。要求时。n1.1.清洗原理清洗原理( (机械和化学作用的综机械和化学作用的综合过程合过程) )；n2.2.清洗工艺。清洗工艺。CX-1CX-1型超声波清洗工艺型超声波清洗工艺n第一槽：三氯乙烯清洗第一槽：三氯乙烯清洗 清洗液加热到清洗液加热到40-6040-60，主要是清洗，主要是清洗零件上的粘结材料如火漆、蜡、胶和其他零件上的粘结材料如火漆、蜡、胶和其他脏物。三氯乙烯可用蒸馏法净化。脏物。三氯乙烯可用蒸馏法净化。n第二槽：肥皂水溶液清洗第二槽：肥皂水溶液清洗 洗掉零件上的油污、保护漆、玻璃粉洗掉零件上的油污、保护漆、玻璃粉等。液温等。液温40-6040-60。清洗液约。清洗液约3

29、3天换一次。天换一次。n第三槽：净水清洗第三槽：净水清洗 液温控制在液温控制在30-4030-40，槽内用流动的清，槽内用流动的清水把零件表面赃物、肥皂水等冲走，以水把零件表面赃物、肥皂水等冲走，以提高后面的清洗效果。提高后面的清洗效果。n第四槽：乙醇溶液清洗第四槽：乙醇溶液清洗 清洗零件的保护漆、油污和其他赃物。清洗零件的保护漆、油污和其他赃物。槽内设有回型冷凝管，以降低酒精温度，槽内设有回型冷凝管，以降低酒精温度，减少挥发。减少挥发。n第五槽：乙醇喷淋清洗第五槽：乙醇喷淋清洗 清洗残留脏物和水，并进一步脱脂。清洗残留脏物和水，并进一步脱脂。n第六槽：三氯乙烯蒸汽清洗第六槽：三氯乙烯蒸汽清洗 利用三氯乙烯蒸汽的温度促使零件升温，利用三氯乙烯蒸汽的温度促使零件升温，使零件表面的乙醇及三氯乙烯迅速挥发，使零件表面的乙醇及三氯乙烯迅速挥发，同时利用三