北理工珠海学院《光学工艺及测量》第05章课件

1、第五章 光学辅料u光学辅料是指在光学基本工艺中，为使各工序顺利完成，必须采用的各种磨料、抛光粉、抛光模材料、粘结、保护、清洗材料和冷却液的总称。u在光学加工中，由于被加工材料质地很硬、很脆，而被加工零件的精度要求很高、表面粗糙度要求很细，因此光学辅料就具有专用性和特有性。u因为这个特点，光学制造的辅料大都由光学零件的制造厂家自行生产，批量小、配方杂、质地差别很大。u中国光电辅料网：u光学商情网： 第一节 磨料n 根据磨削的工艺，磨料主要有散粒磨料和固着磨料；前者用于传统的低速工艺；后者用于金刚石磨具，用于现代化的高速工艺。n 散粒磨料主要是金刚砂和人造刚玉；金刚石磨具主要是金刚石磨轮和金刚石丸

2、片。第一节 磨料一、对磨料的基本要求u硬度要比被加工材料高，硬度越高，切入被加工材料性能越好；u韧性要好，不会因磨削压力而使磨料破坏；u自锐性要好，随磨削压力产生的碎屑，应为多角；第一节 磨料一、对磨料的基本要求（续）u熔点应比玻璃高。磨削发热，磨料尖端不致熔化；u粒度均匀一致，一个粒度牌号的磨料颗粒，大小要受限；u化学稳定性要好，不允许对被加工物和辅料起反应。u二、散粒磨料u1.散粒磨料的粒度u该粒度是以颗粒的大小来分类的，根据国家标准，粒度号是以基本粒群的尺寸范围表示。u即沿用1英寸长度有多少个孔的筛网来命名，以此表示的粒度号，从8#280#，有19个等级，号数越大则颗粒越细。u如，12#

3、粒度，指1英寸长度有12个孔。u而用“Wxx”表示的微粉，则是以被测颗粒的大小来确定磨料尺寸的，从W40W0.5，有12个等级，数字越小则颗粒越细。u如，W15，即表示该磨料的主要组成颗粒上限尺寸为15微米。u一般情况下，如其他条件相同，磨料粒度越细，则加工表面的粗糙度越细；但是磨削效率越低。u相反，磨料粒度越粗，则加工表面的粗糙度越粗，但磨削效率越高。u二、散粒磨料u2.金刚砂散粒磨料u它是最常用的散粒磨料，它以天然铁铝石榴石为原料，按现代工艺技术加工精制而成。u该磨料硬度适中、密度大、化学性质稳定、自锐性好。u三、金刚石磨具u金刚石是很理想的加工光学玻璃的材料，将相同粒度的金刚石磨料用结合

4、剂结合，经过一定的工艺可以制造出不同规格和尺寸的金刚石磨轮、金刚石锯片、金刚石丸片，它们统称为金刚石磨具。u金刚石磨具磨削效率高；具有很高的耐磨性；使用金刚石磨具磨削力小，磨削温度低，被磨削的工件精度高、表面质量好。u金刚石磨具的结构：u一般是由金刚石层、过渡层、基体三部分组成。u金刚石层由金刚石金刚石层由金刚石磨料和结合剂压制而磨料和结合剂压制而成的，是磨具的工作成的，是磨具的工作部分，起磨削作用；部分，起磨削作用；u金刚石磨具的结构：u一般是由金刚石层、过渡层、基体三部分组成。u过渡层是由结合剂粉末过渡层是由结合剂粉末压制而成，不含金刚石磨压制而成，不含金刚石磨料，作用是牢固联结金刚料，作

5、用是牢固联结金刚石层与基体，保证金刚石石层与基体，保证金刚石层被充分利用；层被充分利用；u金刚石磨具的结构：u一般是由金刚石层、过渡层、基体三部分组成。u基体起着支撑金刚石基体起着支撑金刚石层和过渡层的作用，并层和过渡层的作用，并用于磨具的装卡。用于磨具的装卡。u选择、使用金刚石模具要注意了解金刚石磨具的浓度、结合剂、金刚石粒度以及磨具的形状和尺寸。u金刚石磨具的浓度是指，金刚石层中，每立方厘米体积中所含金刚石的克拉数，浓度对应的克拉数见表5-3u金刚石磨具的结合剂种类有：u树脂结合剂：Su青铜结合剂：Qu陶瓷结合剂：Au电镀金属结合剂：Du三、金刚石磨具u1.金刚石磨轮:u杯形B、碟形D、碗

6、形BW、筒形NH(NP)u2.金刚石成型磨：u金刚石成型磨是为磨削较小曲率半径的球面专门配备的金刚石磨具，为了方便排出磨削，成型磨具上，规则地开有沟槽，它的主要参数是粒度、曲率半径u三、金刚石磨具u3.金刚石锯片：u金刚石锯片是金刚石磨具中的一种先进的高效切割工具，使用时可以根据需要，应用单片或多片对光学玻璃或光学晶体进行切割，其应用非常广泛。主要参数是粒度、外径和厚度。u三、金刚石磨具u4.金刚石丸片：u金刚石丸片是光学加工中使用最多的金刚石磨具，它的特点是可以根据被加工零件直径和曲率半径的大小，灵活地用丸片排列，组成相应的磨具，而且使用寿命较长。u主要参数：粒度、直径和厚度。第二节 抛光粉

7、n 抛光粉是抛光工艺中使用最多的辅料，它的作用是通过它在抛光模和被抛光零件之间的吸附和磨削，提高被加工表面的粗糙度。n 常用的抛光粉有氧化铈抛光粉、氧化铁抛光粉和氧化锆抛光粉等，它们都是经过精密加工的高纯度微粉。第二节 抛光粉一、对抛光粉的基本要求u 微粉粒度均匀一致，在允许的范围之内；u 有较高的纯度，不含机械杂质； 有良好的分散性和吸附性，以保证加工过程的均匀和高效；第二节 抛光粉一、对抛光粉的基本要求u 有合适的硬度和密度，和水有很好的浸润性和悬浮性，因为抛光粉需要与水混合。u 对比和磨料的基本要求，抛光粉和磨料有一些相同的地方，因为抛光粉是一种特殊的、很细的磨料。二、常用抛光粉的基本性

8、能u氧化铈抛光粉与氧化铈抛光粉相比较：氧化铈的硬度高，颗粒较大，呈多边形，因此抛光能力较强；还由于氧化铈的熔点高，密度大，晶体点阵的能量大，同时立方晶体系物质比单斜物质对玻璃的擦刮力大，因而，氧化铈的抛光能力强。u一般来说，氧化铈的抛光效率比氧化铁大一倍以上，因而，目前生产上大多数使用氧化铈。u由于氧化铁颗粒较小，外形呈球状，硬度较低，因此，对表面粗糙度要求高的零件，使用氧化铁抛光效果好。u就抛光能力而言：氧化铈的最强、氧化锆的次之、氧化铁的最弱。二、常用抛光粉的基本性能u1.颗粒大小u2.硬度u3.悬浮性u4.颗粒结构u5.颜色颗粒大小决定了被抛光的表面粗糙度和抛光效率。颗粒大小一般用过筛目

9、数或平均颗粒大小来表示，过筛目数反映了最大颗粒的大小，而平均颗粒大小决定了抛光粉颗粒大小的整体水平。二、常用抛光粉的基本性能u1.颗粒大小u2.硬度u3.悬浮性u4.颗粒结构u5.颜色颗粒硬度大的抛光粉具有较强的抛光能力，因此具有比较好的抛光效率。在抛光液中加入适当的助磨剂也可以提高抛光能力。二、常用抛光粉的基本性能u1.颗粒大小u2.硬度u3.悬浮性u4.颗粒结构u5.颜色高速抛光要求抛光液具有较好的悬浮性，抛光粉的颗粒形状和大小对悬浮性有明显影响，近似球面、边缘有絮状物的抛光粉和小颗粒的抛光粉的悬浮性较好。提高悬浮性也可以通过在抛光液中加入悬浮剂来实现。二、常用抛光粉的基本性能u1.颗粒大

10、小u2.硬度u3.悬浮性u4.颗粒结构u5.颜色颗粒结构是团聚体颗粒还颗粒结构是团聚体颗粒还是单晶颗粒决定了抛光粉是单晶颗粒决定了抛光粉的耐磨性。团聚体颗粒在的耐磨性。团聚体颗粒在抛光过程中会破碎，从而抛光过程中会破碎，从而导致耐磨性下降，而单晶导致耐磨性下降，而单晶颗粒具有较好的耐磨性。颗粒具有较好的耐磨性。二、常用抛光粉的基本性能u1.颗粒大小u2.硬度u3.悬浮性u4.颗粒结构u5.颜色颜色与抛光粉制造时的焙烧温度和原料成分有关，焙烧温度高、抛光粉中氧化铈含量高，抛光粉呈白色；反之，抛光粉呈黄、棕、红色。u三、氧化铈抛光粉u三大类型：u高铈抛光粉：白色白粉u中铈抛光粉：白色、浅黄色u低铈

11、抛光粉：黄色、黄红色黄粉第三节 抛光材料 抛光材料是指和被抛光零件紧密接触的抛光膜层材料。随着高速抛光工艺的普及，抛光材料发生了很大的变化，传统抛光工艺所采用的抛光柏油退居到次要的位置，而聚氨酯抛光材料和固着磨料抛光片成为主要的抛光材料。第三节 抛光材料一、对抛光材料的基本要求u 要有微孔结构，便于抛光时储藏抛光粉，以提高抛光效率；u 好的吻合性，以保证和被抛光材料的贴合；u 好的耐磨性，否则会迅速改变被抛光零件的面形；u 好的耐热性，能够承受抛光过程中产生的热效应；u 老化期要长，以保证较长的使用寿命； 好的吸水性，因为抛光离不开水。二、几种常用的抛光材料u1.聚氨酯抛光片：u聚氨酯抛光片作

12、为一种耐磨、抛光效率高、形变小、光圈稳定的抛光材料，已广泛应用于中、低精度光学零件的加工，尤其在平面零件的生产中已很成熟。u聚氨酯是一种共聚物，具有微相分离的性质，抛光片以发泡的聚氨酯为基体，其中可以加入填充物，也可以不加入填充物，加入的填充物是抛光粉（氧化铈或氧化锆），填充物的含量一般不超过25%。u聚氨酯抛光片分不同直径的圆片与大张的片材，厚度为0.520mm不等。大张的片材，使用的时候，需要根据抛光模大小来裁剪，同一片材料厚薄均匀。u聚氨酯抛光片上还可以根据抛光的需要，开各种槽，以帮助抛光液流动。u聚氨酯抛光片耐磨性能好，很薄的抛光片能加工出千块以上的镜片。抛光片从表到里充满微孔，大大增

13、加了吸附抛光液的能力和摩擦力，提高了抛光效率。u它厚薄均匀，贴在模子上有一定弹性，应用时效率很高，光圈稳定。u缺点是被抛光镜片的面形不同程度存在塌边。二、几种常用的抛光材料u2.固着磨料抛光片：u固着磨料抛光片是把抛光粉与抛光模做成一体，加工时抛光粉不是以散粒状态出现，而是固着在抛光模上，并与抛光模一起在工件表面作相对运动，从而对玻璃进行抛光，抛光时，不用再加抛光粉，只要加水或含有添加剂的液体。u二、几种常用的抛光材料u2.固着磨料抛光片：u固着磨料抛光片是由氧化铈或金刚石微粉与特殊的树脂结合制成，其中树脂结合剂所占的重量比一般不到20%。u优点：生产效率高，操作方便，光圈质量稳定，表面粗糙度

14、好，加工安全，环境清洁，适用面广，可用于单块或成盘加工。二、几种常用的抛光材料u3.抛光柏油u抛光柏油是以松香、沥青为基本原料熬成的混合物，如因某些要求，需要改善抛光柏油的某些性能，则在其中加入适量的树脂、蜂蜡、纤维和油。u松香主要是调节抛光柏油的粘结性、硬度及热稳定性；u沥青主要使抛光柏油具有韧性、适度的弹性和化学稳定性；u蜡类、脂类和油类等添加剂可以调节抛光柏油的塑性和油性。u传统工艺使用的抛光柏油其软化点一般为6080C;高速抛光使用的柏油其软化点在80C以上。第四节 粘结、保护材料一、对粘结、保护材料的基本要求u好的粘结、保护性能，能简易地去粘结、保护；u适度的软化点、好的热稳定性；u

15、好的化学稳定性，不致腐蚀零件；u适度的脆性，容易与零件脱落；u成分均匀，无有害硬粒杂质。二、常用的粘二、常用的粘结结、保、保护护材料材料u1.1.刚刚性上性上盘盘粘粘结结材料：材料：u有蜂蜡（俗有蜂蜡（俗称黄称黄蜡）、石蜡（俗蜡）、石蜡（俗称称白白蜡），以及以蜡），以及以它们为它们为主要成分加入了添加主要成分加入了添加剂剂、塑化、塑化剂剂的腊，其的腊，其软软化点化点为为60756075 C.C.它们它们易溶于汽油、乙易溶于汽油、乙醚醚、三、三氯氯乙乙烯烯等溶等溶剂剂，去除十分方便。去除十分方便。二、常用的粘二、常用的粘结结、保、保护护材料材料u2.2.弹弹性上性上盘盘粘粘结结材料：材料：u主要

16、是火漆，主要是火漆，它它的主要成分是松香、的主要成分是松香、沥沥青青和中性和中性填填料，其中松香和料，其中松香和沥青沥青起粘起粘结结作作用，用，填填料可以提高强度和硬度。火漆也易料可以提高强度和硬度。火漆也易溶于汽油、乙溶于汽油、乙醚醚、三、三氯氯乙乙烯烯等溶等溶剂剂。二、常用的粘二、常用的粘结结、保、保护护材料材料u3.3.石膏：石膏：u石膏主要用于石膏主要用于棱镜棱镜的上的上盘盘精磨、抛光。精磨、抛光。固定固定棱镜棱镜所用的石膏系所用的石膏系将将天然石膏磨碎和天然石膏磨碎和适适当当加加热热以后得到的半水硫酸以后得到的半水硫酸钙钙粉末，俗粉末，俗称称熟石膏，熟石膏，将它将它适适当当加水加水调

17、调和后即和后即较较快地快地凝固成固体，凝固成固体，并并且且过过程是不可逆的，程是不可逆的，从从而而将将被加工的被加工的棱镜棱镜固定在石膏中。固定在石膏中。二、常用的粘二、常用的粘结结、保、保护护材料材料u4.4.虫虫胶胶漆漆u又又称为称为洋干漆、假漆，是由虫洋干漆、假漆，是由虫胶胶片按照片按照1:31:3的比例溶于乙醇中形成的漆，的比例溶于乙醇中形成的漆，它它不溶于水，不溶于水，干燥迅速，普遍用于光干燥迅速，普遍用于光学学零件抛光完成以零件抛光完成以后，后，对对抛光表面的保抛光表面的保护护，以保，以保证证在下在下盘盘的的过过程中，不致于把抛光表面破坏了。程中，不致于把抛光表面破坏了。第五节 冷

18、却液 冷却液用于切削、磨削、精磨、磨边等光学工序中，主要的作用是降低磨削温度，减少摩擦，及时清洗掉碎屑，并防止设备的锈蚀。第五节 冷却液一、对冷却液的基本要求u粘度低，以便改进润滑作用，促进碎屑的沉淀；u化学稳定性好，以免冷却液变质、发臭，ph值接近于7；u导热性好，比热容大，以保证温度的有效降低；u有防锈作用，以避免设备的腐蚀；u洗涤性好，不起泡沫。二、常用的冷却液u1.水基冷却液u水是水基型冷却液的基本组分，它的性质决定和影响着冷却液的基本性能。u为了提高水基型冷却液的润滑性能而引入的添加剂一般是多元醇，其中有乙二醇、丙三醇等，目的是为了降低水的表面张力及提高金刚石精磨片的自锐性。u2.油基冷却液u以矿物油为主体的油基冷却液是传统的冷却液，它的优点是润滑性好，对设备、磨具的防锈保护性能好，