光学镜片加工工艺模板

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光学冷加工工序

第1道：铳磨，是去除镜片表面凹凸不平的气泡和杂质，（约0.05-0.08）

起到成型作用.

第2道就是精磨工序，是）捋铳磨出来的镜片将其的破坏层给消除掉，

固定R值.

第3道就是抛光工字，是将精磨镜片在一次抛光，这道工序主要是把

外观做的更好。

第4道就是清洗，是将抛光过后的镜片将起表面的抛光粉清洗干净.

防止压克.

第5道就是磨边,是将原有镜片外径将其磨削到指定外径。

第6道就是镀膜,是将有需要镀膜镜片表面镀上一层或多层的有色

膜或其它膜

第7道就是涂墨，是将有需要镜片防止反光在其外袁涂上一层黑墨.

第8道就是胶合堤将有2个R值相反大小和外径材质一样的镜片

用胶将其联合.

特殊工序:多片加工（成盘加工）和小球面加工（20跟轴）线切割

根据不同的生产工艺,工序也会稍有出入,如涂墨和胶合的先后次

序。

玻璃镜片抛光工艺

用抛光机和抛光粉或抛光液一起下进行抛光要设定抛光时间，压力

等参数.抛光后要立即进行清洗可浸泡，否则抛光粉会固化在玻璃

上，会留有痕迹的.

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1.抛光粉的材料

抛光粉一般由氧化钵、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化错、氧化珞等

组份组成，不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合

各不相同。氧化铝和氧化铭的莫氏硬度为9,氧化锌和氧化错为7,氧化铁更

低。氧化铀与硅酸盐玻璃的化学活性较高，硬度也相当，因此广泛用于玻璃的

抛光。

为了增加氧化铀的抛光速度，一般在氧化铀抛光粉加入氮以增加磨削率。

铀含量较低的混合稀土抛光粉一般掺有3—8的氟；纯氧化铀抛光粉一般不掺

氟。

对ZF或F系列的玻璃来说，因为本身硬度较小，而且材料本身的氟含量较

高，因此因选用不含氟的抛光粉为好。

2.氧化饰的颗粒度

粒度越大的氧化钝，磨削力越大，越适合于较硬的材料，ZF玻璃应该用偏

细的抛光粉。要注意的是，所有的氧化饰的颗粒度都有一个分布问题，平均粒

径或中位径D50的大小只决定了抛光速度的快慢，而最大粒径Dmax决定了抛光

精度的高低。因此，要得到高精度要求，必须控制抛光粉的最大颗粒。

3.抛光粉的硬度

抛光粉的真实硬度与材料有关，如氧化钵的硬度就是莫氏硬度7左右，各种

氧化铀都差不多。但不同的氧化钵体给人感觉硬度不同，是因为氧化铀抛光粉

一般为团聚体。当然，有的抛光粉中加入氧化铝等较硬的材料，表现出来

的磨削率和耐磨性都会提高。

4.抛光浆料的浓度

抛光过程中浆料的浓度决定了抛光速度,浓度越大抛光速度越高。使用小颗粒抛

光粉时，浆料浓度因适当调低。

镜片抛光

光学镜片经过研磨液细磨后,其表面尚有厚约2-3m的裂痕层,要

消除此裂痕层的方法即为抛光。抛光与研磨的机制一样，唯其所使

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用的工具材质与抛光液(slurry)不同，抛光所使用的材料有绒布

(cloth)、抛光皮(polyurethane)及沥青(pitch),一般要达到高精度

的抛光面，最常使用的材料为高级抛光沥青。利用沥青来抛光，是

藉由沥青细致的表面，带动抛光液研磨镜片表面生热，使玻璃熔化

流动,熔去粗糙的切点并填平裂痕的谷底,逐渐把裂痕层除去。

当前抛光玻璃镜片所使用的抛光粉以氧化铀(CeO2)为主，抛光液

调配的比例依镜片抛光时期不同而有所不同，一般抛光初期与和抛

光模合模时使用浓度较高的抛光液，镜片表面光亮后，则改用浓度

较稀的抛光液,以避免镜面产生橘皮现象(镜片表面雾化)。

抛光与研磨所用的运动机构相同，除了抛光的工具与工作液体不一

样外，抛光时所需环境条件亦较研磨时严苛。一般抛光时要注意的

事I页如下：

抛光沥青的表面与抛光液中不可有杂质,不然会造成镜面刮伤。

抛光沥青表面要与镜片表面吻合，否则抛光时会产生跳动，因而咬

持抛光粉而刮伤镜片表面。

抛光前必须确定镜片表面是否有研磨后所留下的刮伤或刺孔。

抛光工具的大小与材质是否适当。

沥青的软硬度与厚度是否适当。

抛光的过程中必须随时注意镜片表面的状况及精度检查。透镜表

面瑕疵的检查，因为检测的过程是凭个人视觉及方法来判断，因此

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检验者应对刮伤及砂孔的规范有深刻的认知，要经常比对刮伤与砂

孔的标准样版,以确保检验的正确性。

光学冷加工工艺资料的详细描述(工艺过程老化)

1.抛光粉

1.1对抛光粉的要求

a.颗粒度应均匀,硬度一般应比被抛光材料稍硬；

b.抛光粉应纯洁,不含有可能引起划痕的杂质；

c.应具有一定的晶格形态和缺陷,并有适当的自锐性；

d.应具有良好的分散性和吸附性；

e.化学稳定性好,不致腐蚀工件。

1.2抛光粉的种类和性能

常见的抛光粉有氧化钾(CeO2)和氧化铁(FeO3)。

a.氧化钵抛光粉颗粒呈多边形，棱角明显，平均直径约2微米,

莫氏硬度7~8级，比重约为7.3O由于制造工艺和氧化铀含量的

不同，氧化铀抛光粉有白色(含量达到98%以上)、淡黄色、棕黄

色等。

b.氧化铁抛光粉俗称红粉,颗粒呈球形,颗粒大小约为0.5—1微

米，莫氏硬度4-7级，比重约为5.20颜色有从黄红色到深红色若

干种。

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综上所述，氧化铀比红粉具有更高的抛光效率，可是对表面光洁

度要求高的零件,还是使用红粉抛光效果较好。

2.抛光模层（下垫）材料）常见的抛光模层材料有抛光胶和纤维

材料。

2.1抛光胶

抛光胶又名抛光柏油，是由松香、沥青以不同的组成比例配制

而成,用于光学零件的精密抛光。

2.2纤维材料

在光学工件的抛光中，若对抛光面的面形精度（光圈）要求不高

B寸,长采用呢绒、毛毡及其它纤维物质作为抛光模层的材料。

3.常见测试仪器

光学零件的某些质量指标，如透镜的曲率半径、棱镜的角度,需

要用专门的测试仪器来测量。常见的仪器有：光学比较侧角仪、

激光平面干涉仪、球径仪和刀口仪等。

4.抛光

在抛光过程中添加抛光液要适当。太少了参与作用能够的抛光

粉颗粒减少，降低抛光效率。太多了，有些抛光粉颗粒并不参与工

作，同时也带来大量液体使坡璃边面的温度下降，影响抛光效亚。

抛光液的浓度也要适当,浓度太低,即水分太多,参与工作的抛光粉

颗粒减少并使玻璃表面温度降低，因此降低抛光效率。浓度太高,

即水分带少,影响抛光压力,抛光粉不能迅速散步均匀,导致各部压

力不等，造成局部多磨，对抛光的光圈（条纹）质量有影响。而且单

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位面积压力减少，效率降低，抛光过程中产生的碎屑也不能顺利排

除，使工件表面粗糙。一般是开始抛光时抛光液稍浓些，快完工时,

抛光液淡些，添加次数少些，这有利于提高抛光效率和光洁度。另

外，一般认为抛光液的酸度（pH值）应控制在6一8之间，否则玻璃

表面会被腐蚀,影响表面光洁度。

在抛光过程中检查光圈（条纹）时，如不合格，能够经过调整抛光

机的转速和压力、工件与模具（抛光机下盘）的相对速度、相对

位移、摆速和羞怯抛光模层等方法进行修改。

a.提高主轴转速,能增加边缘部位与上模接触区域的抛光强度。

经验证明,若速度过高,抛光表面温度升高,从而使抛光模层硬度降

低,影响修改光圈（条纹）的效果。

b.增加荷重以加大压力时，可提高整个抛光模和工件间接触区域

的抛光强度,也将使抛光表面的温度升高，降低抛光模层的硬度。

c.加大铁笔（上盘主轴）的位移量,可使上盘的中间部位和下盘的

边缘部位同时得到修整。

d.加大摆幅长度，增加摆轴速度会使上盘的中间部位和下盘的边

缘部位加谏抛光。

e.刮槽是减少开槽部分的压力承受面和摩擦面，因此抛光下盘在

开槽部分的抛光效力降低。反之，未开槽部分的抛光效力有所增

大。均匀开槽时，能使抛光下盘的流动性适合与工件表面的曲率。

同时，既能使抛光液含量增加，容易渗入抛光下盘面而增加抛光效

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力,又能减轻抛光机传动负荷。

综上所述，为了控制和稳定抛光条件，工作场地应保持较为稳

定的温度（25°C左右）和湿度（相对湿度为60—70%）o

模具机械抛光基本程序（对比）

模具要想获得高质量的抛光效果，最重要的是要具备有高质量的

油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。而抛光程序的选

择取决于前期加工后的表面状况，如机械加工、电火花加工,磨加

工等等。机械抛光的一般过程如下：

（1）粗抛经铳、电火花、磨等工艺后的表面能够选择转速在

35000-40000rpm的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光。

常见的方法有利用直径①3mm、WA#400的轮子去除白色电火花

层。然后是手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。

一般的使用顺序为#180~#240~#320〜#400~#600〜#800~

#1000o许多模具制造商为了节约时间而选择从#400开始。

（2）半精抛半精抛主要使用砂纸和煤油。砂纸的号数依次为:

#400〜#600〜#800〜#1000〜#1200〜#1500。实际上#1500砂纸只

用适于淬硬的模具钢（52HRC以上），而K适用于预硬钢，因为这样

可能会导致预硬钢件表面烧伤。

（3）精抛精抛主要使用钻石研磨膏。若用抛光布轮混合钻石研

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磨粉或研磨膏进行研磨的话，则一般的研磨顺序是9〃m(#1800)~

6〃m(#3000)〜3〃m(#8000)。9〃m的钻石研磨膏和抛光布轮可

用来去除#1200和#1500号砂纸留下的发状磨痕。接着用粘毡和钻

石研磨膏进行抛光,顺序为1〃m(#14000)〜1/2〃m(#60000)-1/4

〃m(#100000)o

精度要求在1〃m以上(包括1〃m)的抛光工艺在模具加工车间

中一个清洁的抛光室内即可进行。若进吁更加精密的抛光则必须

一个绝对洁净的空间。灰尘、烟雾，头支屑和口水沫都有可能报

废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。

金冈%少

1891年，美国人阿切逊将粘土和焦炭混合后放在一个铁钵中，企

图用电弧将碳转化为金刚石。但结果是，在电极附近发现了闪闪发

光的六方形晶体，它与天然金刚石的立方八面体不同。阿切逊认为

这可能是碳和粘土中的氧化铝反应而生成的新化合物。由于自然

界中有一种氧化铝矿物称为刚玉，于是她把碳和刚玉两个英文单词

连起来作为这一新化合物的名称，中国学者将其译成“金刚砂”。

后来人们知道这种化合物是由粘土中的二氧化硅与碳在高温下反

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应生成的碳化硅。

晶胞为面心立方结构，每个晶胞含有4个C原子4个Si原子。与

金刚石结构类似。

碳化硅硬度仅次于金刚石、碳化硼和立方氮化硼，在无机材料

中排行第四。当前已能经过热压烧结法制得高致密度的碳化硅。

它具有很高的强度及良好的抗氧化性能，在高温下不变形，可作为

高温燃气轮机上的涡轮叶片，也可作耐磨的密封材料，还可作火箭

尾喷管的喷嘴及轻质的防弹用品等。

金刚砂，SiC,学名碳化硅。纯的是无色晶体。密度3.06—3.20。硬

度很大，大约是莫氏9度。一般的是无色粉状颗粒。磨碎以后，能

够作研磨粉，可制擦光纸，又可制磨轮和砥石的摩擦表面。由砂和

适量的碳放在电炉中加强热制得。

天然金刚砂又名石榴子石，系硅酸盐类矿物。经过水力分选，机

械加工，筛选分级等方法制成的研磨材料。生产使用历史悠久,古

代中国就有使用金刚砂研磨水晶玻璃，各种玉石的史例。十九世纪

四十年代又远销东洋。分粗目，中目，细目三大类。其中俎目为黑

红色，中目为淡红色，细目为红白色，各种目数粒度均匀，颗粒形状

均一,成棱叫角晶体,有锋利的边缘,磨削力高。供石材类工业研磨

大理石及其它软质材料。玻璃类工业研磨玻璃毛边，电视机显像管,

光学器械，镜片，棱镜，钟表用玻璃等。金属类工业喷砂，除锈，研

磨。印刷工业研磨胶版,以及轻工业加工塑样,皮革,砂纸等用途。

用途:

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(1)对硅片、光学镜头、精密仪器仪表、抛光玻壳、玻璃器

皿、陶瓷石料、皮革、塑料、金属机件能提高光洁度

(2)可喷砂切割,是制造砂轮、油石、砂布、砂的必须原料

(3)可作为修筑高速公路路面、飞机跑道、耐磨橡胶、工业地坪.

防滑油漆等尚佳的加磨材料

(4)可作化工、石油、制药、水处理过滤的介质和钻井泥浆加重

剂。

(5)对电镀、核污染的防护具有良好的效果

(6)是水洗厂牛仔服喷砂车间用砂.水切割行业优质的配砂

天然金刚砂的磨削力略低于电炉白刚玉，但其任性强，具有介壳

状段口之特性，其优点是磨件的光洁度高，砂痕少而浅。磨面细而

均匀，可提高产品质量，为本品的独特之处。天然金刚砂的研磨时

间短,效益高，价格低廉,可弥补寿命短的不足。

测定矿物的硬度,一般是把两种矿物对划,看那种矿物被划伤,以

此来确定矿物的硬度。具体做法是选择10种“标准矿物”，先用互

相刻划的方法分别确定出10个硬度等级，以后便用这些标准矿

物来刻划待测矿物,经过比较来确定后者的硬度。硬度1为最软,硬

度10为最硬。用这种方法测定的硬度，按照提出此方法的科学家的

姓氏，叫做“莫氏硬度”O如果没有特别说明,谈到硬度,多半指的

就是“莫氏硬度”，

另外也有用绝对标准来测定矿物的绝对硬度的方法，例如“努

普硬度”。这种方法是在尖形金刚石的上方加上重量，用尖头挤压

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待测矿物，然后测量在矿物表面所形成的压痕的大小和所施加的压

力(单位为千克/毫米八2,一般表示为“HK”)o由于这种方法测出

的是绝对硬度,所得的数值增加一倍,硬度也增加一倍。不过,这种

测定硬度的方法对所测矿物有较大损伤，一般不大使用。

钻石的硬度为10~

光学清洗工艺

影响清洗的因素：

A,清洗工艺的技术关键：光学玻璃经过清洗后能否达到表面不留任何油污，污

迹，表面光滑，水膜完好！

B,影响清洗后玻璃质量的因素及相应的解决方法：

(1)玻璃本身的质量及被污染的情况，主要为：表面有霉点，气泡，划伤等,

在机械处理中，如：研磨，搽试，测应力时，人为导致的污染情况不一；

(2)清洗剂的选择其能动及温度，水质；

国际上应用最广的清洗剂为CFCT13,四氯化炭，ITT三氯乙烷(简称ODS)

等，此类清

洗剂对臭氧层有破坏，属于非环保性清洗剂；我们采用非ODS的水类碱性清洗

剂，主要由

水，碱，表面活性剂，防锈材料组成，化学式C3H8,具有侧链的环状烯烧：具

有较强的

溶油能力；特点：低毒，不燃，清洗成本低等特点；

(3)溶液的浓度直接影响清洗度的大小；

一般清洗液的PH值一般在8.5T2之间，若PH值大于10,侧表面活性物质作用要

削弱,当PH

值大于12时，侧清洁度下降。在实际使用中发现当溶液浓度过大，超过15%清

洗效果不好

,不易漂洗，而浓度约为427%时，侧清洗效果较佳。

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(4)溶液温度及浸泡时间也同样影响去污效率；

当温度上升，溶液的反应速度也上升，污染物的粘度下降，便于污染物脱离,

但溶液的稳定

度下降。实际发现溶液温度50度，浸泡30分钟后，清洗效果最好！

(5)在清洗过程中，丕应注意必须使用纯水或去离子水，若使用自来水等硬水

侧很难除去玻璃上的油污，且水中所含的Ca,Na离子等杂质会在烘干后的玻璃表

面形成一层白色雾状膜，污染玻璃；

(6)玻璃经清洗后需漂洗，漂洗后的清洁度，除与清洁剂的漂洗性和清洗液中

的清洁剂浓度有关外，还与漂洗工序的多少，漂洗供水量的大小，温度及循环

使用的纯水是否干净有关；

(7)清洗环境的清洁程度；

(8)清洗后的干燥工艺及温度：

应尽量保证玻璃垂直，可在玻璃下垫陶瓷柱，避免烘干后玻璃下沿有水印；烘

箱温度控制在70度左右，时间在20分钟左右。若温度过高，会在玻璃边角上产

生花纹。

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镀膜过程中喷点、潮斑（花斑）的成因及消除方法

真空镀膜的过程中有时会产生喷点及潮斑（花斑），这些喷点、潮

斑（花斑）极大的影响了薄膜的品质，降低产品的合格率。本文将对

喷点、潮斑（花斑）的形成原因以及消除方法作一探讨。

一.喷点形成的原因

镀膜过程中产生喷点主要有以下几种原因：

1.镀膜材料纯度不高，含杂质较多，预熔过程中无法招这些杂质去

除,蒸镀过程中杂质溅上工件表面形成喷点。

2.材料较为潮湿，预熔时电子枪光斑不能揩表面的材料全部熔化,

在蒸镀过程中也容易产生喷点（这种情况在用国产电子枪镀制

MgF2及一些直接升华的材料时较易发生）。

3.镀膜前对材料进行预熔时不够充分，蒸镀过程中材料里的细小颗

粒溅上工件表面形成喷点。

4.镀膜过程中，电子枪束流过大引起的材料飞溅产生的喷点。

二.潮斑形成的原因：

1.清洗液配比不好,含有较多水份，清洗后工件表面留有残迹，镀膜

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后形成花斑。

2.镀制两个面以上的工件时,一面镀制完成，清洗第二面时,镀制完

的一面受到污染,在第二面镀膜后形成花斑。

3.工件本身含有的水份（工件白片制作过程细解），在蒸镀前的烘

烤过程中逸出，蒸镀后形成潮斑。

4.镀膜夹具在烘烤过程中会有水汽以及其它废气排出，蒸镀后在工

件表面形成潮斑且对镀膜后的光学特性产生影响。

针对以上喷点、潮斑（花斑）的成因，在生产中采取了以下一些措施

以消除喷点、潮斑（花斑）：

1.选择可靠的材料供应商，并对购买的每批材料在投入使用前先做

一测试，判定材料的可靠性。

2.规范材料的领用、保管,（干燥缸，干燥剂）保证材料不受潮，材料

性质无变化。

3.规范镀膜操作严格执行预熔、蒸镀的操作规程。蒸镀前的材

料预熔一定要彻底，镀制某些较厚的膜层时能够采用多次预熔的

方法消除喷点。

4.规范清洗操作，加强清洗后的检查，提高清洗质量,消除因清洗而

产生的潮斑（花斑）。

5.调整烘烤温度，消除烘烤原因产生的潮斑。

6.规范镀膜夹具的管理。每次投入使用前，夹具需要先经过清洗、

烘烤（300度,3小时以上）才能投入生产。

7.设计镀膜夹具时，尽量采用在真空室内放气量小的材料,同时可

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采取夹具表面镀Ni的方法降低夹具的放气量，消除由此产生的

潮斑（花斑）。

经过以上这些措施，镀膜过程中产生的喷点、潮斑（花斑）能够得

到非常有效的控制。

光学镜片的超声波清洗技术

在光学冷加工中，镜片的清洗主要是指镜片抛光后残余抛光液、

黏结剂、保护性材料的清洗；镜片磨边后磨边油、玻璃粉的清洗;

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镜片镀膜前手指印、口水圈以及各种附着物的清洗。传统的清洗

方法是利用擦拭材料（纱布、无尘纸）配合化学试剂（汽油、乙

醇、丙酮、乙醛）采取浸泡、擦拭等手段进行手工清擦。这种方

法费时费力，清洁度差，显然不适应现代规模化的光学冷加工行

业。这迫使人们寻找一种机械化的清洗手段来代替。十是超声波

清洗技术逐步进入光学冷加工行业并大显身手，进一步推动了光学

冷加工业的发展。

超声波清洗技术的基本原理，大致能够认为是利用超声场产生的

巨大作用力，在洗涤介质的配合下,促使物质发生一系列物理、化

学变化以达到清洗目的的方法。

当高于音波（28-40khz）的高频振动传给清洗介质后，液体介质

在高频振动下产生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互间的碰撞、

合并、消亡的过程中，可使液体局部瞬间产生几千大气压的压强,

如此大的压强使得周围的物质发生一系列物理、化学变化。这种

作用称为“空化作用”：

1.空化作用可使物质分子的化池键断裂，引起各种物理变化（溶

解、吸附、乳化、分散）和化学变化（氧化、还原、分解、化

合）等。

2.当空腔泡的固有频率和超声频率相等时，可产生共振，共振的空

腔泡内聚集了大量的热能，这种热能足以使周围物质化学键断裂而

引起物理、化学变化。

3.当空腔泡形成时,两泡壁间因产生极大的电位差而引起放电，致

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使腔内气泡活化进而引起周围物质的活化，从而使物质发生物理、

化学变化。

超声场为清洗提供了巨大的能量，但还需化学洗剂作为介质。一般

将化学洗剂分为两类，一类是有机溶剂，主要是根据相似相溶的化

学原理，对有机物如：黏结剂（沥青、松杳等）、保护性材料（沥

青、树脂等）、磨边润滑油进行溶解。在光学洗净中，最初用三氯

乙烯、芳香径、氟里昂等作为清洗剂，这类物质虽然溶解性强，但

有的易挥发,毒性大,有的对大气臭氧层有破坏作用，被逐步禁用。

现国内多采用一些上述物质的改进产品或某些碳氢化合物做溶

剂。当前使用较多的另一类清洗剂是以表面活性剂为主要成分的

水基清洗剂，其清洗原理简单地说是由于表面活性剂的分子结构中

同时含有亲油基的亲水基，具有极性和结构不对称的特点。正是这

种特点使得它能极大降低水溶液的表面张力，使物体表面易于润湿,

表面污物易于被溶解,分散在清洗液中而达到洗涤的目的。

超声波清洗就是在液体清洗介质中，利用超声场产生的巨大能量,

经过物理、化学的综合作用而达到洗净目的的一种洗净手段。

那么，在光学冷加工中，超声波清洗是如何实现洗净目的的呢？

一般来说，清洗工艺主要以干燥的方式命名，如ipa工艺，是指利用

ipa（异丙醇）蒸汽进行脱水干燥的清洗工艺，纯水工艺是指利月热

纯水慢提拉或冷纯水甩干的方式进行干燥的清洗工艺。当然，还有

其它的命名方式。经过不断的变化、发展，光学冷加工中的清洗

工艺主要以ipa工艺和纯水工艺为主。

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ipa工艺包括四个流程:洗涤、漂洗、脱水、干燥。

因为洗涤过程分溶剂清洗和水基清洗，因此有不同的工艺：有先

进行溶剂清洗、溶剂蒸汽干燥再进行水基清洗；也有先进行溶剂

清洗,再用乳化剂溶解溶剂,再进行水基清洗的。显然,后者在流程

上更流畅、紧凑,对设备要求也简单。经过洗涤后的镜片表回小

会有结合牢固的污垢,仅可能有一些清洗剂和松散污垢的混合物。

我们知道，无机光学玻璃是一种过冷的熔融态物质，没有固定的

分子结构，它的结构式可描述为二氧化硅和某些金属氧化物形成的

网状结构。其骨架结构为键能很大的硅氧共价键，外围是键能小、

易断裂的氧与金属离子形成的离子键。在洗涤时，由于超声场和化

学洗剂的共同作用，某些硅氧键含量少或者外围键能特别小的的材

料易于在清洗过程中发生变化而导致洗涤效果不良。因此，选择性

能温和的洗剂、合适的洗剂浓度、温度、超声功率、洗涤时间

对保证镜片的清洗质量十分重要。

利用流水将洗涤后镜片表面的洗剂和污物溶解、排除的过程称

为漂洗。影响漂洗效果的因素有以下几个：洗剂的漂清性能，漂洗

水的纯度、温度以及流动性、超声波频率等。一般在40khz时,

在常温下,电导率为0.1〃s/m的纯水能够保证漂洗的要求。

经过漂洗后的镜片表面的洁净度应和漂洗水洁净度一致。当它

进入ipa后，虽然ipa能和纯水进行无限度的相混溶，但在超声波的

作用下,这种混溶能进行得更快速、彻底，从而使得镜片表面的状

态和混溶后ipa相同。这一过程称为脱水。因此影响脱水的主要

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因素是ipa的纯度、超声波频率、脱水时间。一般ipa的最低浓

度要局于97%O

脱水后的镜片进入ipa蒸汽槽干燥。蒸汽槽的结构大致如下:槽

体下部为ipa液体，四周是高沸点油加热腔，上部是由若干圈冷凝

管围绕成的冷凝区，冷凝管内是由冷水机提供的循环冷水，镜片由

链条驱动的托架带动在干燥槽内运行。干燥的原理及过程如下:蒸

汽槽ipa在高温油的加热下沸腾，蒸汽向上进入冷凝区，在冷凝区

形成浓度、温度相对稳定的蒸汽区，脱水后表面附有液体ipa的镜

片进入蒸汽区时，蒸汽区的蒸汽在低温的镜片表面冷凝液化，冲刷

镜片表面，如同“淋浴二当镜片表面温度和蒸汽温度相同时，已不再

附有液态ipa,而全转化为ipao此时，镜片在托架的带动下上升回

到冷凝区，在这一过程中，由于温度的渐低，镜片表面ipa蒸汽冷凝

液化，液化的ipa一部分在表面张力和重力的作用下离开镜片，-

部分在夹具散热时挥发离开镜片表面，经以上过程后，镜片表面得

到干燥。由此可见，影响干燥的因素很多：ipa的纯度、干燥位

置、链条的提升速度、冷水机的水温、冷凝行程的长短、干燥

时间、夹具材料、形状的选用等等。

以上是ipa工艺的四个流程简介，纯水工艺由三个流程组成：洗

涤、漂洗、干燥。洗涤和漂洗与ipa工艺相同，不再重复。区别

在于干燥。干燥分两种情况,热纯水慢提拉和冷纯水甩干。

电阻率大于15mo)•m纯水在某一高温下，表面张力能达到最大,

漂洗后的镜片浸入其中，表面不被润湿,在倾斜慢提拉离开时，由于

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极大的表面张力。纯水迅速在表面收缩成球形离开镜片，脱水后的

镜片在过滤的热风下而达到干燥。因此，水的纯度、温度、慢提

拉速度、工件的倾斜度、热风的洁净度对干燥的影响非常大。

冷纯水甩干的工艺很简单：经过纯水漂洗后的镜片放入离心甩干

机中，在工件取得平衡时,启动甩干机,利用离心分离的原理将镜片

表面的纯水分离达到干燥，对要求不高的镜片能取得满意效果，目

能节省ipa和场地。但对甩干机的平衡性能要求很高。

以上是对光学冷加工中超声波清洗工艺的一些简介，实现工艺的载

体是设备，一台设计合理、性能稳定的超声波清洗机能充分发挥

超声波清洗工艺的特长。

研磨或抛光对光学镜片腐蚀的影响

光学玻璃腐蚀是伴随着光学玻璃抛光及抛光下盘以后的全过程,

它受抛光粉及抛光用水的酸碱度以及抛光液使用时间延续趋于呈

碱性及周围环境中潮湿空气、酸性气体等因素影响而产生的一种

化学腐蚀。因此，能够认为光学玻璃腐蚀是一个化学过程，如果仅仅

停留在抛光下盘以后，采用若干防护措施，显然是不够的。应在抛光

过程中就采取必要的防护措施。

ZF、ZBaF、LaK等光学玻璃在抛光过程中及抛光不盘

以后的腐蚀问题,长期以来一直影响着这些光学玻璃零件的加工质

量和生产效率。经过对光学玻璃在抛光过程中稳定性课题的研究

和生产实验，研制并筛选出比较理想的光学玻璃抛光添加齐|」；即在这

些化学稳定性差的光学玻璃抛光液中，添加适当的PH值调节剂及

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表面稳定齐U,减少了ZK、ZF、ZBaF、LaK等系列化学

稳定性差的光学玻璃在抛光过程中的腐蚀问题，显著提高了抛光表

面质量和合格率,并进一步提高了光学玻璃零件加工的效率和效益

及其工艺技术水平.

一、引言

光学玻璃腐蚀是伴随着光学玻璃抛光及抛光下盘以后的全过程，它

受抛光粉及抛光用水的酸碱度以及抛光液使用时间延续趋于呈碱

性及周围环境中潮湿空气、酸性气体等因素影响而产生的一种化

学腐蚀。因此，能够认为光学玻璃腐蚀是一个化学过程，如果仅仅停

留在抛光下盘以后，采用若干防护措施，显然是不够的。应在抛光过

程中就采取必要的防护措施。随着中高档光学仪器需求量的增加,

ZK、ZF、ZBaF.LaK等化学稳定性差的光学玻璃应

用比较普遍，因此，光学玻璃在加工过程中的腐蚀问题，显得更为突

出。光学玻璃的腐蚀是一个化学过程。依照光学玻璃在抛光过程

中的化学作用这一基本思路，除选择合理的工艺参数外，对光学玻璃

在抛光过程中产生腐蚀问题采取积极的防护措施:即在抛光液口添

加适当的PH值调节剂和表面稳定剂,为光学玻璃抛光创造一个良

好的工艺条件;再在抛光下盘以后，采取若干防护措施，提高化学稳

定性差的光学玻璃防腐蚀的可靠性，基本上可解决与光学玻璃加工

相伴而行的化学腐蚀问题，取得较好的效果。

二、光学玻璃腐蚀及其表象光学玻璃的耐水性及耐周围环境酸、

碱等不同介质的侵饨，主要取决于光学玻璃化学稳定性，这与不同光

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学玻璃组成结构及Si02的含量有关。但在光学玻璃抛光过程

中的腐蚀，更直接原因则是受抛光液的酸、碱性的影响;抛光下盘

以后，则是受周围潮湿空气及带酸性气体等因素的影响。玻璃的水

解作用，能够看成是水与玻璃表面硅酸盐发生水合和水解作用反应,

使玻璃表面砸金属或碱土金属离子置换出来,结果在玻璃表面形成

硅酸凝胶、氢氧化物、碳酸盐等。即Na2SiO3+2H2O=H2

SiO3+2NaOH

2NaOH+CO2=Na2cO3+H2O

BaSiO3+2H2O=H2si03+Ba(OH)2

溶液呈现碱性时形成的硅酸凝胶薄膜减缓水的侵蚀作用。但

硅酸凝胶薄膜往往呈多孔状或因龟裂而产生裂纹，于是富集在溶液

中的碱就会进一步侵蚀坡璃的网络体，使玻璃结构遭到破坏。如果

Si02含量高，形成的硅氧四面体［Si04］相互连接程度大，键数

多，键能强,网络结构坚固，不易被水侵蚀。因此,Si02含量高的

光学玻璃化学稳定性就好;反之Si02含量低，而碱金属或碱土金

属氧化物含量高的光学玻璃化学稳定性就差,极易被腐蚀。腐蚀的

结果:轻则改变玻璃表面组成，产生氢氧化物、硅酸凝胶，甚至碳酸

盐的覆盖物;重则玻璃的网络结构遭到腐蚀破坏。这里以腐蚀现象

严重的ZF6、ZBaF3等光学坡璃为例：ZF6、ZBaF3这

两种光学玻璃Si02的含量均在30%左右,同时耐水性差Pb

O、BaO的含量大大超过一般光学玻璃，它本身的组成结构就决

定其化学稳定性差。ZF6光学坡璃的Pb0含量高达65%以上,

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玻璃的耐水性显著降低,这就可能在抛光过程中受水或抛光下盘以

后受潮湿空气侵蚀，其表面则有Pb(OH)2生成。即

PbSiO3+H2O=Pb(OH)2+H2Si03

Pb(0H)2是一个很弱的碱，或者说是一个两性化合物，在水

中溶解度极小，属微溶性化合物，水解溶液中OH-离子很少。因此,

ZF玻璃遇水后腐蚀缓慢，情况并不严重;但受还原性物质NaSi

03的影响，这类高铅玻璃表面出现“铅膜“，玻璃表面呈昏暗的雾

状膜.ZBaF3光学玻璃的BaO含量高达46%以上,ZK11光学

玻璃的BaO含量高达489%,这些玻璃的耐水性显著降低，这就可

能在抛光过程中受水或抛光下盘以后吸收带有酸性气体的潮湿空

气而受到侵蚀，使Ba++离子产生易溶于水或酸性的物质;这类玻

璃水解时有Ba(0H)2生成。

BaSiO3+2H2O=Ba(OH)2+H2Si03

Ba(OH)2+H2CO3(H2O+CO2)=BaCO3+2H2O

Ba(OH)2是一个比Ca(OH)2更强的碱，在水中溶解度也

比Ca(OH)2较大，这就意味着ZK、LaK的坡璃水解溶液中

有大量的0H-离子存在，而OH-离子对玻璃网络体中的Si-0键

进行亲核Si(5+0<5-OH-进攻，使Si。键断裂。同时,玻璃水

解后氢氧化物吸收空气中或水中的C02,则生成碳酸盐2NaOH

+CO2=NaCO3+H2O这时NaOH和NaCO3溶液也构成

对玻璃的腐蚀，特别是由于NaCO3的反常现象，对玻璃的腐蚀更

为严重，并破坏玻璃立体的网络结构。同时，在抛光过程中由于玻璃

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的不断水解，产生出来的碱使抛光液的PH值不断上升，化学稳定性

差的光学玻璃使抛光液的PH值上升更快,有时甚至达到pH值8

5—9的平衡值。抛光液呈碱性后有大量的OH.离子存在,也就产

生前述的OH-离子对玻璃网络结构中的Si-O键的亲核进攻，使

SiO键断裂，玻璃主体的网络结构受到破坏，造成玻璃的严重腐

蚀。如前所述，水对玻璃的腐蚀过程中把玻璃中的碱金属或碱土金

属离子置换出来,在生成氢氧化物的同时玻璃表面也生成硅酸凝胶

或碳酸盐等。它们在玻璃表面形成不规则的厚薄不均的干涉薄膜

或斑痕，在反射光下有的形状与颜色像飘浮在水面上的“油斑”，有

的似天空中灰薄云层的“暗斑"“水印“或“灰路子““白斑”

等等。这些薄膜或斑痕表象各异，叫法不同，但都是光学玻璃抛光表

面受水、酸、碱等介质不同程度侵蚀的结果。据认为:青色斑点

是基于玻璃表面各种金属离子（如K+、Na+、Ca++等）的逸出

而形成不规则的多孔性的硅酸薄膜，有时也有极小量的各种金属离

子盐类的微晶。由于表面厚度的不均匀性产生不同的干涉颜色，甚

至呈现彩虹色膜。而白色斑点则是基于玻璃表面各种金属离子（如

K+、Na+、Ca++、Ba++、Pb++等）逸出形成硅酸薄膜

的同时，还有大量的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等微小结晶生

成。当把玻璃表面的白斑去掉以后，它下面则又能够看到青斑了。

能够认为:光学玻璃在抛光过程中或抛光下盘以后，在它表面出现的

油膜或斑点是由于玻璃受水或其它介质侵蚀而在玻璃表面产生的

硅酸凝胶、氢氧化物、碳酸盐等的覆盖物。就其本质而言，这是

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一种化学腐蚀现象。

三、光学玻璃在抛光过程中的防护措施艰据以上讨论，光学坡璃受

腐蚀的程度,能够归结为:光学玻璃的组成结构，构成玻璃材料本身

的化学稳定性及当时所处的环境,即接触的水、酸、碱等介质这

两个主要因素。而要改变光学玻璃组成结构，以改进其物埋化学性

能,势必影响其光学性能，这就失去采用此类玻璃的实际意义了。只

有在加工过程中改进其外部条件才是可行的。在抛光过程中日于

抛光液的酸碱性或抛光液使用时间的延续抛光液呈碱性等情况，都

是可能的。依照光学玻璃在抛光过程的化学作用的基本观点，认为

抛光液的PH值呈现弱酸性和中性对玻璃的腐蚀甚小，有利于提高

抛光速率和表面粗糙度;但随着抛光过程的延续，抛光液连续使用时

间过长，其抛光液的pH值呈上升趋势，即呈现碱性。这是因为玻

璃中的碱金属或碱土金属离子不断溶入抛光液。高速抛光的抛光

液循环使用比较明显。即使古典法抛光、用毛笔蘸点抛光液后的

残液不断带进抛光液中，其抛光液的PH值也是上升趋势。抛光液

PH值的变化,特别是抛光液pH值的升高对玻璃抛光是十分K利

的。实际生产中一般选用的抛光液PH值在6-7之间，有利于玻

璃的水解,有较高的抛光速率;但也因光学玻璃的材质而有所不同。

因此，选择合适的抛光液添加剂，使抛光液的PH值在较长时间里维

持在适当的范围内，以保证光学玻璃抛光的正常进行是防止光学玻

璃在抛光过程中受腐蚀的一个重要措施。为了保证光学零件抛光

表面的质量,对那些耐酸性差的光学玻璃，把抛光液的PH值调节在

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7一8之间。如含BaO较高的光学玻璃,它耐酸性较差，即钢玻璃

的耐碱性较好，因此在弱碱性的抛光液中进行抛光比较合适。对那

些耐碱性较差的光学玻璃，把抛光液的PH值调在6~65之间。如

Zn0含量较高的光学玻璃耐碱性较差，但耐酸性好，因此在呈弱酸

性的抛光液中抛光比较合适。以及含Ti02较高的光学玻璃，它

耐碱性较差，而耐水性、耐酸性较好，其抛光液的PH值调在6—7

之间比较合适。无论冕牌光学玻璃还是火石光学玻璃其抛光液的

PH值处于58—68之间都有较高的抛光速率。当抛光液pH值

高于75以后,抛光速率明显下降。这是因为抛光液呈弱酸性时，有

利于玻璃的水解进行;其PH值升高以后,甚至达到水解平衡值，玻

璃的水解速度减慢，硅酸胶体易于稳定不利于抛光。这是因为:抛光

液呈弱酸性时，有利于水解进行，即玻璃中的Na+、K+、Ca++

等离子与水中的H+离子发生交换反应，这时玻璃的水解反应对抛

光速率起了特殊的促进作用;当抛光液PH值偏碱性时，玻璃中碱金

属的Na+、K+等离子和碱土金属Ca++、Mg++等离子不易

从坡璃中析出，而阻碍玻璃的水解反应,并直接影响硅酸胶体的稳定

性。因为硅胶易溶于碱性溶液,在碱性溶液中就能较稳定的形成胶

体状态。但硅胶不易溶于酸性溶液，这使硅酸胶体虽结成大颗粒沉

淀,这样无疑是对抛光不利的。因此抛光液的PH值高时，则硅胶稳

定,不利于抛光。为了使抛光液的PH值稳定在一个合适的范围内,

ReC13*6H20、CeC13-7H20、NdC13-6H2

O、La(NO3)3*6H20、Zn(NO3)2・6H20都有使弱碱

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性溶液恢复至中性和弱酸性的能力，其中ReC13・6H20和C

eC13・7H20、Zn(NO3)2・6H20的效果都很好。在外界

碱量大大超过稳定剂中和碱量的情况下，它们仍能控制抛光液的P

H值在中性附近。混合氯化稀土(RcC13-6H20)加入抛光液

中，它不断水解产生H+离子，中和S玻璃水解而产生的0H・,水解

平衡后产生多余的H+离子，因而使得抛光液的pH值维持在中性

或弱酸性。锌盐(Zn(NO3)2・6H20)或铝盐加入抛光液中，它不

但提高了玻璃的抛光效率,它维护抛光液呈中性作用。除水解产生

的H+离子外，还有一个重要作用，就是锌盐或铝盐在抛光液中有可

溶性碳酸盐时，可促使锌盐或铝盐的完全水解，生成相应的氢氧化物,

其反应为Zn+CO2+H2O=Zn(0H)2；+C02

而Zn(OH)2是一个两性化合物，当抛光液呈酸性时，表现为

弱碱性;当抛光液呈碱性时,则表现为酸性，能起到自动调节PH值

的作用。这时由于有下列平衡Zn+++20H-碱性Zn(OH)2=2

11+酸性+2nO=2A1++++30H-碱性A1(OH)3=H+酸性+A

1O-2+H2O而且它们更具应用的广泛性，在抛光液中加入一定量

的锌盐或铝盐能使抛光液的PH值接近中性，保持抛光液pH值的

稳定性。同时，当抛光液呈现碱性时有Zn0=2或A10-2存在,

还能抑制碱性溶液对光学玻璃的侵蚀作用，并提高了抛光效率，是光

学玻璃抛光的良好添加剂。

四、光学玻璃抛光下盘后的处理玻璃对水的亲和力大，表面吸湿性

强，最容易吸收的便是水。特别是刚刚抛光下盘后的光学玻璃表面

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留有不饱和化学键，具有很高的活性,极易吸收水份并与之发三反

应。因此微量的水份及酸性气体对玻璃表面是十分有害的,化学稳

定性差的光学玻璃对此非常敏感。这与在酸性条件下进行抛光的

情况是截然不同的。玻璃的吸湿性很强，因此，刚抛光下盘后的光学

零件应立即用尢水的乙翦、乙醛混合液擦拭干净，并在红外灯、烘

干,涂上有机硅增水膜层，烘干固化后再涂上中性保护漆。无水乙醇

收敛玻璃表面水份的能力较强，有无水乙屣的存在也极易挥发;烘干

后，除去玻璃表面的湿存水，否则即使很高的烘烤温度也难以除云玻

璃表面的水份。硅有机化合物或其单体能在坡璃表面形成有机基

团和硅氧烷群结合的有机硅氧薄膜和聚合硅氧膜[SiO2]noO

SiRROSiRRO在玻璃表面产生一定的烷基定向效应，形成

一种有机硅氧膜。这种憎水膜能够借助于坡璃硅有机化合物的公

共硅氧键而联结起来，起到屏障保护作用)即SiROOOSiR

OOSiROO玻璃表面光学玻璃抛光下盘后使用的憎水膜，一般

为三烷基氧基硅烷[R3si(OR')],使亲水的玻璃表面改变成憎

水的玻璃表面，阻止空气中的水份或酸性气体的侵蚀。基于以上机

理,采用十二烷基三甲氧基硅烷(49#防雾剂)配成适当浓度的无水乙

醴溶液作为光学零件的防腐蚀材料.十二烷基三甲氧基硅烷经逐步

水解缩合,产生如下反应Cl2H25si(OCH3)3+nH2OC12H

25SiOHOHOH+3CH30H它具有长链的烷基Cl2H25一,

有一定的定向效应，能在玻璃表面形成紧密的烷基覆盖层。同时也

具有SiOHOHOH硅醇结构，能与玻璃表面起化学反应，经充分

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交联使膜层牢固的结合起来，有效的阻止空气中的水份或酸性气体

的侵蚀。光学玻璃抛光下盘以后涂中性屎护漆。除有上述的补充

作用外，主要是为了保护玻璃抛光表面免受擦伤。但一般保护漆具

有酸性（如虫胶漆）或溶剂具有毒性（如苯、香蕉水等）或腐蚀玻璃或

对操作人员有害。我们研制的中性保护漆避免S上述缺点。它是

以热塑性酚醛树脂为成膜物质,添加聚乙烯醛缩丁醛和硅有机化合

物以改进酚醛树脂的脆性和吸湿性。用无水乙醇为溶剂，配制成适

当浓度，便于涂敷和成膜,形成膜层对玻璃抛光表面有较好的附着性

和防护能力，并便于清洗。_hq.R）rOh

五、结束语

从玻璃的腐蚀机理出发，依照光学玻璃在抛光过程中的化学作

用，对ZK、ZF、ZBaF、LaK等化学稳定性差的光学玻

璃在其抛光液中添加适当的PH值调节剂及表面稳定剂，在抛光过

程中抑制玻璃腐蚀的可能性。使这几种光学玻璃抛光表面一次合

格率从0%—10%左右分别提高到75%―85%左右。即使在高温高

湿条件下，其一次合格率也能稳定在75%以上。同时提高抛光速率

近2倍;并提高玻璃抛光表面的粗糙度及“亮度”。抛光下盘以后,

可存放数天或10多天时间，便于零件运转和下道工序加工。在抛

光下盘以后，再作若干补充防护措施，更为可靠。这项有理论、有

实践、可操作的对化学稳定性差光学玻璃抛光过程中的防护措施,

进一步提高了光学冷加工的效率和效益及其工艺技术水平。

抛光常见疵病产生原因及克服方法

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印迹

1）抛光模与镜盘吻合不好出现油斑痕迹

2）玻璃化学稳定性不好

3）水珠、抛光液、口水沫等未及时擦拭干净

克服方法

1）选用合适的抛光胶，修刮或对改（聚胺脂）抛光模使之吻合

2）抛光中产生的印迹能够选用适当的添加剂;而完工后产生的

印迹能够保护

3）避免对着工件讲话，如下盘擦不干,应擦净，对化学稳定性不

好玻璃还应烘

光圈变形

1）粘结胶粘结力不适

2）光圈未稳定既下盘

3）刚性盘加工时，刚盘使用时间较长天检测（沉孔脏或变形）

4）刚性盘加工时被加工工件外圆偏大，上盘方法不当等

克服方法

1）光圈变形主要发生在较薄的零件或不规则的零件，应采月适

当的上盘方法

2）应按工件大小给予一定的光圈稳定时间

3）刚盘定期进行检测和修正

4）严格按工艺和上盘操作规程加工

麻点

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产生原因

1）精细磨、抛光时间不够

2）精细磨面立不均匀或中间与边缘相差大

3）有粗划痕抛断后的残迹

4）方形或长方形细磨后塌角

5）零件在镜盘上由于加工造成走动

6）精细磨面形误差太大，特别是偏高易造成边缘抛光不充分

7）抛光模加工时间过长或抛光液使用时间长而影响抛光效率

克服方法

1）精细磨应除去上道粗砂眼，抛光时间应足够

2）精细磨光圈匹配得当，应从边缘向中间加工

3）发现后应作出标识单独摆放或重抛

4）用开槽平模细模、添加砂要均匀

5）选用适当的粘结胶，控制工序温度和镜盘忽冷忽热，粘结胶

厚度应符合标准

6）精细磨各道光圈匹配应严格按工艺操作指导卡操作

7）更换抛光皮及抛光液的各项指标（比重、PH值等）周期性管

理

划痕

产生原因

1）抛光粉粒度不均匀或混有大颗粒机械杂质

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2）工居环境不洁净

3）抛光材料（抛光胶或聚胺脂及粘贴胶等）不洁

4）擦布不洁及操作者带入灰尘

5）精细磨遗留划痕未抛掉或清洗不彻底

6）检查光圈工件或样板小干净、方法不当

7）抛光材料（抛光胶或聚胺脂）偏硬、使用时间长表面起硬壳

或边缘有干硬堆积物

8）抛光模与镜盘不吻合

9）辅助工序（下盘、清洗、周转、保护漆未干等）造成

克服方法

1）选用粒度均匀和与玻璃材料对应抛光粉

2)做好”5S”工作

3)保管好所而用PH口口口

4）擦布清洗保管及操作者穿戴好工作服和帽子

5）应自