光学加工

第四章光学零件的抛光工艺

一、抛光的目的

1.除去精磨后的凹凸层及裂纹层，使表面透明光滑，达到规定的表面疵病等级B

2.精确地修正表面的几何形状，达到规定的面形精度N和ΔΝ

二、精磨表面结构对抛光过程的影响

抛光过程基本上可以分为两个阶段，第一阶段除去凹凸层，第二阶段除去裂纹层1.第一阶段开始时，抛光模和玻璃的凹凸层顶峰接触，压强很大，而凹谷为抛

光液进入整个表面又提供了良好的条件，因此抛光十分迅速。随着抛光过程的继续，接触面积增大，压强减小，抛光液的附着能力降低，使抛光过程减慢。

2.第二阶段，抛光面达到裂纹层，玻璃表面同抛光模表面全部接触，抛光过程趋于稳定缓慢，而抛光模开始钝化，抛光继续，钝化加剧，抛光效率进一步降低。钝化程度随过程的持续时间而定，而持续时间直接决定于裂纹层的深度

实践证明，用钝化了的金刚石模具加工的工件，虽然凹凸层较小，但裂纹层却很深

第1节抛光的机理

一、纯机械作用说

抛光是研磨过程的继续，其区别仅在于抛光是用较细的磨料，形成细密的表面结构，呈现均匀连续的外形。并认为抛光剂在玻璃表面产生无数的互相交错的振动微痕，这些微痕的产生与研磨时相似，由于抛光时抛光模与工件局部产生光学接触，因此加工时切向力特别大，从而使得光学接触区域上的微痕结构被擦去，新表面由于表面张力的作用而形成平整光滑的表面结构

二、流变作用说

在玻璃抛光时，由于摩擦热使玻璃表面产生塑性变形和流动，或者是热软化以致熔融而产生流动，因此认为抛光过程是玻璃表面分子重新流布而形成平整表面的过程

三、机械、物理化学说

四、当研磨好的玻璃表面在水的作用下发生水解，而形成胶态硅酸层（硅酸

凝胶），正常情况下它能保护玻璃表面不受进一步的侵蚀，但在被吸附在

抛光模上的抛光剂的作用下，胶态膜层不断被割除，暴露出新的表面，

又不断水解，割除，构成了抛光的过程，这样的过程从玻璃表面凹凸层

的顶部进行到根部，直到表面完全平整为止

四、化学学说

水在玻璃抛光过程的水解作用（H+扩散在表面形成硅酸胶层）；抛光模层的化学

作用（沥青和动物性纤维与玻璃间存在化学作用）；抛光剂的化学吸附作用（机械作用和晶格缺陷的胶体化学作用）。

第2节各工艺因素对抛光的影响

一、抛光剂的种类

氧化铈：硬度高，颗粒较大，且呈多边形，抛光效率高。（易划伤玻璃表面）

氧化铁（又称红粉）：硬度较低，颗粒较小，外形呈球状，抛光效率高。（表面光洁度较好）

二、抛光液的供给量

在一定工艺条件下，使抛光效率最高所需要的抛光液用量，叫做抛光液的适中量。

（最佳值：0.75㎏/h）

三、抛光液的浓度

氧化铈：液固比为5：1或稍稀些

氧化铁：液固比为4～8或1.1g/㎝3

五、抛光液的酸度值

氧化铈：略显酸性（PH=5～6）。

氧化铁：显中性（PH=7）。

五、抛光压力和机床速度

在抛光液充分供给并且工件的装夹和抛光模的结构也都适应的情况下，抛光效率将随着压力和机床速度的增加而增加

六、温度的影响

抛光车间的恒温要求：23ºC±3ºC

抛光车间的湿度要求：60%～70%

七、抛光模材料

以沥青和松香为主体的柏油模：承受的压力和速度较小，抛光效率低，表面精度和光洁度较高

以呢绒和毛毡为主体的抛光模：承受的压力和速度较大，抛光效率高，表面精度和光洁度较低

八、精磨表面质量

精磨后的表面质量除了要有足够精确的表面几何形状和适当的光圈低凹值外，还要有最佳的精磨表面结构（凹凸层和裂纹层）。

第2节古典法抛光

古典法抛光的特点

（1）采用普通的研磨抛光机床或手工操作；

（2）抛光模层材料多采用柏油；

（3）抛光剂是氧化铈或氧化铁；

（4）压力用加荷重的方法实现；

（5）效率低，但精度高。

一、抛光辅料的选择

（一）抛光柏油的选择

对抛光柏油的要求除具有良好的吸附性能、弹性、可塑性和稳定性外，还需要具有一定的硬度。（温度高，玻璃硬度大、压力大、转速快、镜盘面积小时，抛光柏油应选择硬一些，反之，应选择软一些。抛光柏油的硬度是以针入度值表示的）。各种温度下抛光柏油的配比

（抛光柏油过硬一些，则容易使零件表面造成划痕，且光圈也不易修改。反之，则使零件表面光圈不一控制，并会降低抛光效率。）

（二）抛光剂和抛光柏油的匹配

抛光柏油较软，则抛光粉颗粒就要选择粗一点；反之，则细一些。

三）抛光剂的选择

1.对抛光剂的要求

1）应具有一定的晶格形态和晶格缺陷，有较高的化学活性；

（2）颗粒大小应均匀一致，不含有机械杂质；

（3）合适的硬度；

（4）具有良好的分散性（不易结块）和吸附性

2.抛光剂的种类和性能

1）氧化铁抛光粉（红粉）：颗粒成球形，大小约为0.5～1μm，莫氏硬度约为4～7，比重为5.2，颜色从浅红色到暗红色若干种，成本低，抛光能力也较低，用于光洁度要求较高的零件加工。

（2）氧化铈抛光粉（黄粉）：颗粒成多边形，棱角明显，平均直径为2μm，莫氏硬度约为6～8，比重为7.3，颜色有白色、黄色、褐色若干种，抛光能力也较强，但光洁度差（含5.1%的氟化铈，易于消除玻璃表面的起雾现象）。

（3）氧化锆抛光粉：颗粒成白色粉末状，莫氏硬度约为5.7～6.2，颗粒为0.5～1μm时，抛光速度最大。

二、机床的选择

加工平面镜盘时的机床选择，一般以机床的加工范围为主，较少的考虑到平面镜盘的大小。而加工球面镜盘时的机床选择，大球面镜盘需有较慢的转速、摆速，较大的摆幅和较大的功率，而小镜盘则相反。

三、光圈的修改

1.影响光圈的因素

（1）原材料本身热处理的好坏对光圈变形有较大的影响：退火不良的光学玻璃，应力的变化引起光圈的变形。

（2）在零件上盘的过程中（弹性装置），由于零件受热，会产生预应力而引起变形。

（3）零件上盘时，因粘结胶的收缩变形而使零件在下盘后引起光圈变形。（4）抛光模与零件表面接触不良也会引起光圈变形。

（5）室内温度不均引起的变形。

（6）最主要的因素是机床调整是否准确（转速、压力、摆幅、摆速）。

2.规则光圈的修改

规则光圈修改几点说明