锗窗口双面磨抛工艺研究

1、锗窗口双面磨抛工艺的研究锗窗口双面磨抛工艺的研究红外特种光学技术公司超精密双面磨抛QC小组概述概述 目前，我国超精密加工研究与应用水平还落后于工业技术发达国家，对平面零件而言，多数工厂只能完成手工研磨加工及少量产品的单面逐面抛光加工，尚存在工件加工表面平整度差、加工效率低等诸多问题。在红外光学领域，对于红外光学系统中常用的平面锗窗口，国内一般只能进行零件的单面逐面抛光，同样存在加工效率低、表面质量和平整度差等问题。随着我们公司规模和市场的不断扩大，产品订单越来越多，生产周期越来越短，现有的古典逐面加工法已不能满足市场需求。为了进一步提高红外锗窗口的加工效率，增强公司国际竞争力，公司提出了用双面

2、研磨和抛光的方法加工红外锗窗口的思路，并于2006年先后购进兰州瑞德设备制造有限公司X61 1112B型双面研磨设备1台和X62 1112B型双面抛光设备2台。此设备的主要特点是加工时间短、速度快、质量好、效率高以及加工一致性好，可进行产品的批量生产。由于双面研磨抛光是新设备、新技术、新工艺，我们公司并没有可直接借鉴的工艺，为此，在公司领导的大力支持和关心下，我们成立了双面磨抛工艺研究创新型QC小组，对锗窗口的双面研磨和双面抛光工艺进行专题性工艺技术创新研究。小组概况小组概况 产品需要根据产品订货的技术指标要求，零件平行度15，光圈N=2，N=0.5,表面光洁度级。公司要求公司目前对锗加工已经

3、成熟，而对于锗窗口的超精密双面磨抛工艺技术还未涉及，为拓展我公司科研和生产的方向，提高竞争能力，必须进行研究。本部门职责本部门为光学零件及双面磨抛工艺的编制和加工、为公司解决技术难题是本部门工艺技术人员义不容辞的职责和义务。确定课题锗窗口双面磨抛工艺研究选题理由选题理由活动计划活动计划目标可性行分析组织保证技术保证工作经验公司和部门领导对双面磨抛工艺研究工作极为重视、关心和支持。小组成员中有1名从事超精密加工工作十多年的工程师和2名学习冷加工专业且从事抛光工作两年以上的组员。小组成员从事锗窗口双面磨抛工艺的设计和生产，多次组织进行技术攻关和工艺方案改进，对新材料、新工艺、新技术和新设备的了解和

4、应用能力很强。目标可以实现b b) ) 目标可行性分析目标可行性分析a) a) 确定目标确定目标 成功研制锗窗口双面磨抛工艺，光圈成功研制锗窗口双面磨抛工艺，光圈NN3 3道道, ,表面疵病表面疵病B=B=级，平行度级，平行度1515 。 . . 提出各种方案并确定最佳方案提出各种方案并确定最佳方案 双面磨抛工艺的难点在于抛光。由于锗材料较软，莫氏硬度为双面磨抛工艺的难点在于抛光。由于锗材料较软，莫氏硬度为6.06.0，表面很容易，表面很容易产生道子，所以红外锗窗口双面磨抛技术的关键是如何获得较高的表面质量，其次是产生道子，所以红外锗窗口双面磨抛技术的关键是如何获得较高的表面质量，其次是获得高

5、质量的平面度和平行度。工作中，我们选用获得高质量的平面度和平行度。工作中，我们选用 35.56X2.0 35.56X2.0 mmmm 锗片锗片250250件在兰件在兰州瑞德设备制造有限公司州瑞德设备制造有限公司X61 1112BX61 1112B型双面研磨和型双面研磨和X62 1112BX62 1112B型双面抛光设备上进行工型双面抛光设备上进行工艺实验。艺实验。 方案一：用粒度为方案一：用粒度为1.0 1.0 m 的的 A A抛光粉抛光粉 和某抛光布作为抛光辅料和某抛光布作为抛光辅料 将抛光布粘贴在抛光盘上，抛光粉和水按一定比例混合并加入化学将抛光布粘贴在抛光盘上，抛光粉和水按一定比例混合并

6、加入化学试剂以调节抛光液的试剂以调节抛光液的PHPH值，工艺流程如下：值，工艺流程如下： 开始清洗零件清洗设备清洗夹具粘贴抛光布修抛光布上盘编程专检自检双面抛光不合格方案二：用粒度为方案二：用粒度为0.50.5 m m的的B B抛光粉和某抛光布作为抛光辅料抛光粉和某抛光布作为抛光辅料 将抛光布粘贴在抛光盘上，抛光粉和水按一定比例混合并加入将抛光布粘贴在抛光盘上，抛光粉和水按一定比例混合并加入化学试剂以调节抛光液的化学试剂以调节抛光液的PHPH值，特别注意的是要保证水的纯净和抛值，特别注意的是要保证水的纯净和抛光液的颗粒能够均匀的分布在抛光液里，工艺流程如下：光液的颗粒能够均匀的分布在抛光液里，

7、工艺流程如下： 开始清洗零件清洗设备清洗夹具粘贴抛光布修抛光布上盘编程专检自检双面抛光不合格评价各方案的优缺点评价各方案的优缺点 方案可行性分析方案可行性分析锗窗口双面磨抛工艺选择抛光布选择抛光液工艺参数的优化选用进口材质选用硬度较软材料选用方块结构选用粒度为0.5m抛光粉和纯水配制选用合适的工艺参数：抛光压力、流量、转速和抛光温度等根据工艺流程对方案根据工艺流程对方案2 2中的难点进行分析中的难点进行分析 对策表对策表 对策实施对策实施 锗窗口的双面磨抛工艺包括研磨、粗抛光和精抛光两部分，研磨主要包括配制研磨液、零件上盘、编程、双面研磨等步骤。粗抛光主要包括配制抛光剂、编程、修抛光盘、零件上

8、盘、编程、双面抛光等步骤。精抛光的步骤和粗抛光大致相同。 1 1、主要步骤、主要步骤 1 1、1 1 研磨研磨 1 1）配制研磨液：把研磨剂和水按一定比例混合；）配制研磨液：把研磨剂和水按一定比例混合； 2 2）零件上盘：将待研磨零件放入游星轮内；）零件上盘：将待研磨零件放入游星轮内； 3 3）编制程序：根据零件的尺寸，编制相应的加工程序；）编制程序：根据零件的尺寸，编制相应的加工程序； 4 4）双面研磨：将零件上盘，检查零件是否放置正确，开启水泵，启动加）双面研磨：将零件上盘，检查零件是否放置正确，开启水泵，启动加工程序，进入正常加工状态；工程序，进入正常加工状态； 1 1、2 2 粗抛光粗

9、抛光 1 1）配制抛光液：把抛光剂和纯水按一定比例混合并搅拌均匀；）配制抛光液：把抛光剂和纯水按一定比例混合并搅拌均匀； 2 2）零件上盘：将待抛光零件放入游星轮内；）零件上盘：将待抛光零件放入游星轮内； 6 6）双面抛光：将零件上盘，检查零件是否放置正确，开启水泵，启动加）双面抛光：将零件上盘，检查零件是否放置正确，开启水泵，启动加工程序，进入正常加工状态。抛光过程中对锗窗口依次按轻压工程序，进入正常加工状态。抛光过程中对锗窗口依次按轻压P1P1、中压中压 P2P2、重压重压P3P3、修研修研P4P4四段加压抛光四段加压抛光，参见表；参见表； 磨盘的修正参数磨盘的修正参数 1、3 精抛光精抛

10、光 更换抛光布和抛光液，按粗抛光类似的步骤，完成零件的精抛光。更换抛光布和抛光液，按粗抛光类似的步骤，完成零件的精抛光。 2 2、 辅助工装辅助工装游星轮的设计游星轮的设计 游星轮是双面研磨和抛光工艺中最重要的工装，形式如图游星轮是双面研磨和抛光工艺中最重要的工装，形式如图6 6所示，所示，零件放置在游星轮的孔中，孔的大小根据不同零件的形状和尺寸决定，零件放置在游星轮的孔中，孔的大小根据不同零件的形状和尺寸决定，需要注意的是，零件和孔的间隙要适中，不能太紧，妨碍零件在其中运需要注意的是，零件和孔的间隙要适中，不能太紧，妨碍零件在其中运动，也不宜过大。另外，对机加完工后的游星轮还应使用双面研磨机

11、进动，也不宜过大。另外，对机加完工后的游星轮还应使用双面研磨机进行研磨。行研磨。 游星轮示意图游星轮示意图 工艺参数的优化工艺参数的优化 红外锗窗口双面磨抛技术的关键是如何获得较高的表面质量，其次是获得高质红外锗窗口双面磨抛技术的关键是如何获得较高的表面质量，其次是获得高质量的平面度和平行度。影响锗窗口表面质量和平面度的因素大致有以下几方面：量的平面度和平行度。影响锗窗口表面质量和平面度的因素大致有以下几方面： 1 1）抛光液的成分、粒度和）抛光液的成分、粒度和PHPH值；值； 2 2）抛光布的材质、硬度、结构；）抛光布的材质、硬度、结构； 3 3）抛光工艺参数（抛光压力、流量、转速和抛光温度

12、等）。）抛光工艺参数（抛光压力、流量、转速和抛光温度等）。 只有选用合适的抛光液和抛光布，并对工艺参数进行优化，才能加工出满足要只有选用合适的抛光液和抛光布，并对工艺参数进行优化，才能加工出满足要求的产品求的产品。经过多种抛光布实验，最终选用某抛光布作为粗抛抛光布，做出的零件经过多种抛光布实验，最终选用某抛光布作为粗抛抛光布，做出的零件表面比较好。优化后的工艺参数见表表面比较好。优化后的工艺参数见表。零件加工完毕，进行自检，在达到一定的光零件加工完毕，进行自检，在达到一定的光圈和光洁度要求后，再选用专用的抛光液和抛光布，用同样的工艺参数，进一步精圈和光洁度要求后，再选用专用的抛光液和抛光布，用

13、同样的工艺参数，进一步精抛，最终完成零件加工。抛，最终完成零件加工。 优优化后的工化后的工优优艺参数艺参数 效果检验效果检验使用美国使用美国 Z Zygo 激光干涉仪对激光干涉仪对35.56 mmmm 的锗窗片进行面形检测的锗窗片进行面形检测，图为典型的图为典型的面形检测结果。面形检测结果。 从图可知，采用双面抛光加工的从图可知，采用双面抛光加工的 35.535.5 6 6 mmmm 锗窗口，面形锗窗口，面形RMSRMS值为值为0.430.43光光圈，面形圈，面形PVPV值在值在1 1道圈左右，适合批量加工。如果仅考虑通光口径，则面行会更好。道圈左右，适合批量加工。如果仅考虑通光口径，则面行会

14、更好。与常规单面抛光相比，双面抛光均有微量的塌边现象与常规单面抛光相比，双面抛光均有微量的塌边现象 。 使用使用1010倍放大镜进行表面质量检验，表面疵病倍放大镜进行表面质量检验，表面疵病B=VB=V，满足使用要求。，满足使用要求。 平行度用新天平行度用新天JJ2JJ2型数字式型数字式2 2光学分度头进行检测光学分度头进行检测，测角精度测角精度2 2。测量结果两。测量结果两面的平行度为面的平行度为2 2。 工艺试验成功后进行了批量生产，工艺试验成功后进行了批量生产，20072007年年4 4月公司对锗窗口双面磨抛进行了月公司对锗窗口双面磨抛进行了工艺鉴定，获通过。至月底批量生产合格为工艺鉴定，

15、获通过。至月底批量生产合格为245245件，为公司节约了大量人力、物力件，为公司节约了大量人力、物力的投入的投入，降低生产成本，缩短生产周期，生产效率得到很大的提高降低生产成本，缩短生产周期，生产效率得到很大的提高，极大地提高了极大地提高了公司的经济增长点。公司的经济增长点。 注：截止注：截止0808年年4 4月月2121日日标准化及巩固措施标准化及巩固措施 我们将本次锗窗口双面磨抛工艺研究成果进行了整理，把有效措我们将本次锗窗口双面磨抛工艺研究成果进行了整理，把有效措施纳入管理，把成果变为标准，用于指导生产，提高生产效率。施纳入管理，把成果变为标准，用于指导生产，提高生产效率。 总结及下一步打算总结及下一步打算 我们将本次工艺实验的资料交工艺技术部存档备案，并继续进行我们将本次工艺实验的资料交工艺技术部存档备案，并继续进行锗窗口双面磨抛的生产工作，发现问题及时记录、处理后存档备案；锗窗口双面磨抛的生产工作，发现问题及时记录、处理后存档备案；组织生产人员学习总结新技术，严格执行工艺操作规程和相关技术标组织生产人员学习总结新技术，严格执