精磨基础知识

精磨基础知识

精磨的目的是保证零件达到抛光前所需要的面形精度尺寸精度和表面粗糙度，由此看出，精度的品质对抛光的影响是重要的。

精磨的方法分为散粒磨料磨和固着磨料精磨。在这里重点讲固着磨料精磨。

一、固着磨料精磨

固着磨料精磨就是金钢石丸片精磨，又称高速精磨，在高速精磨中，既要求有较高的磨削率，又要得到较好的表面粗糙度，所以对丸片的选择粘贴方法，冷却液的选择及其它工艺因素的影响方面条件应考虑周到。

（一）丸片的选择：

丸片的待性参数包括：金钢石的粒度、浓度、结合剂和丸片尺寸等，而金钢石丸片就是将金钢石微粉与结合剂烧结而成。

1、粒度的选择：精磨加要分为两道，第一道精磨主要为切削厚度让其尽快达到规定的尺寸及适当的表面粗糙度，所以一般选择较粗粒度的丸片，如国产：W28、W14、进口、1000#、1 200#、1500#等。第二道精磨需加工较好的表面透明度并使用保证稳定性，所以对丸片粒度的选择一般有：国产、W10、W7、进口：1500#、1800#、2000#等

2、浓度的选择：浓度过低或过高对精磨品质与效率都有较大影响，金钢石丸片的浓度是指金钢石丸片有效体积每立方厘米含有金钢石的重量，规定每立方厘米中含有4.39克拉金钢石作为100%浓度，1克拉=0.2g，浓度为50%其金钢石含量为2.2克拉/cm3.。

如果浓度过高，结合剂就相对减少，这样对金钢石颗粒的把持力减弱金钢石颗粒会过早脱落，若浓度过低，金钢石颗粒相对减少，作用在每个金钢石颗粒上的切削力增大，也可能使金钢石颗粒过早脱落。

3、结合剂：

现使用的结合剂耐磨性由弱到强依次为金属结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂和电镀结合剂四种，我们现在所使用的丸片一般为金属结合剂和树脂结合剂。

A、金属结合剂：结合力强、耐磨性好、磨耗小，使用寿命长，可以承受较大的载荷磨削，但成本高，自锐性稍差，钝化的金钢石颗粒不能及时脱落，磨削过程不能充分冷却，易堵塞发热。

B、树脂结合剂：加工表面粗糙度小，磨削中不易堵塞发热，耐磨性差，不适合大负荷磨削。

金钢石磨片的结合剂主要作用是把持金钢石颗粒，结合剂的硬度，直接影响钝化金钢石颗粒

的脱落速度，即影响磨削效率和工件表面质量，因此结合剂硬度要与金钢石颗粒的磨钝速度和玻璃的抗磨性相匹配，即结合剂磨损速度应与金钢石磨耗速度大致相同，一般结合剂的硬度与玻璃的硬度相当，较硬才质的玻璃要用较硬的结合剂，以利于削磨效率；较软的玻璃要用较软的结合剂，以保证玻璃表面的质量，太硬会产生伤痕。

4、丸片的形状和尺寸

形状：丸片一般为圆形，国外也有矩形。

尺寸：主要指丸片的直经和厚度，曲率半径。

选择尺寸一般取决于精磨基体的曲率半径，口径和玻璃的外径。

（二）粘贴方法

丸片的粘贴方法对精磨品质的影响及过程中光圈、外观、弧度、厚度等的稳定性有重要的影响。最基本应保证磨具的形稳性，冷却液流动，以利散热排屑

粘贴方法主要为丸片排列的形状，丸片的覆盖率等。

1、丸片排列的形状一般为同心圆、螺旋状形、菊花形、三角形等。一般应用最多的为三角形排列方法使它加工中光圈较好控制不易出现局部不规则现象。

2、覆盖率是指排列在磨具上的丸片表面积之和与基本球缺表面积之比覆盖率越大，在相同条件下玻璃磨去量相对减少，因为覆盖率大，使玻璃表面所受压力减少，玻璃磨去量反而减少，磨削效率反而降低。一般小镜片，模子覆盖率要大，这样使磨具形稳性保持较好，而大镜片覆盖率需稍小，得切削厚度，缩短加工时间，提高效率。

（三）冷却液

冷却液的作用是散发加工过程产生的热量，去除磨削碎屑和减少磨具与玻璃的磨擦，

即起动冷却、清洗、润滑作用及对玻璃和磨具的化学作用。

冷却液一般分为：水溶液类、切削油类、乳化液类。种类选择不当，将直接影响玻璃表面质量，还会影响磨具的使用寿命。

冷却作用：指在高速压下，吸收带走玻璃与磨具产生磨削热，降低磨具的磨耗，提高其使用寿命和稳定性，减小热应变对玻璃的影响。

润滑作用———指减少磨擦能力，即降低磨削阻力和磨具磨损能力，但润滑作用需适当，不能太大，否则会降低磨削效率。

清洗作用———及时清除加工中产生的玻璃碎屑和磨具碎屑。如果冷却液清洗作用差，在加工中

不断产生的碎屑不能及时清除，堆积在玻璃的磨具表面上；由于高速压的作用，在磨具表面会形成一层材料膜，使磨具变钝，钝化的磨具会破坏自锐作用，影响磨削效率，同时表面粗糙度加大。

注：随着加工延续，冷却液中的玻璃碎屑含量越来越高。如达到4-5%磨具会产生釉化，使

玻璃表面造成划痕，而且操用者的皮肤也有害，所以需清除碎屑或更换冷却液。一般用离心机过滤，或加入小量凝固剂使碎屑沉淀。

化学作用———金钢石磨具中的结合剂被冷却液暖慢的腐蚀、溶解、加速了钝化的金钢石颗粒从磨具脱落下来，新的颗粒露出表面，使磨具产生自锐作用，这种自锐作用不是丸片自身固有的那种自锐作用，而是冷却液对磨具腐蚀的一种化学作用。

二、精磨的表面结构

人们往往认为，精磨表面粗糙度愈小，对抛光越有利，其实这不完全正确。衡量精磨表面结构，主要有两项指标：裂纹层深度和凸凹层深度、裂纹层深度决定抛光要去除材料的厚度，影响抛光时间；凸凹层深度决定抛光模釉化程度，直接影响抛光速率。

抛光过程基本可以分为两个阶段：首先是抛去凸凹层，然后抛去裂纹层，从抛光第一阶段开始，抛光模与工件表面凸凹层峰顶接触，这时抛光玻璃表面承受相当大的单位压力，同时表面的凹坑，使抛光液能充分进入整个表面，因此抛光效率较高。随着抛光过程的继续，抛光模与工件表面接触面积增加，工件所受单位压力减少，同时抛光液在工件表面的附着能力降低，因此抛光过程减缓。当抛光进入二阶段达到裂纹层时，整个工件表面与抛光模完全接触，抛光过程趋于稳定化，这时抛光模开始釉化，随着抛光的继续，釉化加剧，抛光效率降低，釉化程度取决于第二阶段的持续时间，所以第二阶段的抛光时间取决于裂纹层深度的大小，因此精磨后的表面应具有较小的裂纹层深度。

综上，精磨的工件表面结构应具有较小的裂纹层深度和较为粗糙的表面。因为精磨表面的裂纹深度，决定了抛光的去除量，所以工件表面的裂纹深度应成为评价精磨表面质量的主要指标。

三、光圈的识别与度量

光学设计要求透镜，棱镜等光学元件具有与理想的几何形状极其接近的精度，两者这差经波长为计量单位，对以高精度的抛光表面，检验面形偏差，常用的方法有干涉图样法和阴影法。

干涉图样法又分为接触法（即样板法）和非接触法（即干涉仪法）对于精磨一般使用样板法来对工件进行面形偏差检验，这种方法也是最简便的一种检测方法。

面形偏差是被检光学表面相对于参考光学表面（标准光学表面）的偏差，当用样板来检验光学表面，若两者面形不一致，存在微小误差时，就形成一个楔形空气隙，类似一个薄膜，从而产生薄膜干涉现象，若有单色光源，空气隙呈环形对称时，则产生明暗相间的同心圆干涉环，用白光照射产生彩色圆环，这些圆环称作光圈，又称牛顿环。利用干涉条纹的数量和不规则程度，可以判定球面的面形误差。