硼硅玻璃薄膜的抛光工艺

第12卷　第1期2007年2月

哈尔滨理工大学学报

JOURNAL HARB I N UN I V .SC I .&TECH.

Vol 112No 11

　Feb .,2007

硼硅玻璃薄膜的抛光工艺

赵彦玲1

,　向敬忠1

,　顾玉武

2

(1.哈尔滨理工大学现代制造技术与刀具重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;

2.哈尔滨理工大学工程训练中心,黑龙江哈尔滨150080)

摘　要:对硼硅玻璃产品的用途及加工表面质量要求进行了分析,以自制抛光机为抛光工具,

抛光薄膜为抛光膜,水作为抛光冷却液,通过对大量抛光实验数据的研究,拟定了最优的硼硅玻璃薄膜抛光过程工艺.该工艺不仅可以满足加工要求,而且其冷却液还具有绿色环保作用.

关键词:硼硅玻璃;薄膜抛光;抛光工艺.中图分类号:T H161114文献标识码:A 文章编号:1007-2683(2007)01-0114-04

S tudy on Po lishi ng Mechanism of Gri ndi ng Fil m

ZHAO Yan 2ling 1

,　X I AN G J ing 2zhong 1

,　G U Yu 2w u

2

(1.The Key Laborat ory of Advanced Manufaituring Tech .&Cutting Tools,Harbin Univ .Sci .Tech .,Harbin 150080,China;

2.Engineering Training Center,Harbin Univ .Sci .Tech .,Harbin 150080,China )

Abstract:The op ti m izati on techniques of the polishing p r ocess of bor on -silicon glass thr ough the research of much polishing experi m ental data and the analysis of the use of p r oduct of bor on -silicon glass and the request of the quality of machining surface are studied .I n the experi m ents we use self -made polishing machine as the t ool of polishing,use the polishing fil m s as fil m s,and water is used as coolant .This technics not only can satisfy the re 2quest of machining,in which the coolant used has the effect of green envir onmental p r otecti on,and it can als o make a p r ogress f or the manufacture and the app licati on field of bor on -silicon glass .

Key words:bor on -silicon glass;fil m polishing;polishing technics .

收稿日期:2006-09-02

基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(E2004-31).作者简介:赵彦玲(1963-),女,哈尔滨理工大学教授.

1　引　言

随着生活水平的提高,对玻璃的需求发生了很大变化.单纯的透明玻璃已不能满足各种的需求,各玻璃生产厂家、科研机构为适应这种变化,通过对玻璃成分和表面的改性及加工,赋予玻璃光学、电气、热学、机械、化学等新功能,以此增加了玻璃的使用效果.

硼硅玻璃由于其内部结构特性,使其具有许多优良性能:如良好的热稳定性和化学稳定性、机械性

能和工艺性能好、优良的光学性能等,在各相关领域

得到了广泛应用

[1]

.表面粗糙度是决定硼硅玻璃能

否得到充分应用的重要因素,完整的抛光工艺及高效的抛光方法则是整个过程的关键.

玻璃的抛光技术在20世纪70年代之前一直使用低速的散粒磨料抛光,散粒磨料抛光方法主要是用水和抛光粉及适当的添加剂组成的抛光液进行抛光

[2]

.到80年代初期,又出现了聚氨酯高速抛光材

料.近年来,在玻璃抛光工艺中,国内外又采用稀土抛光粉、抛光膏对其加工抛光,使玻璃的研磨表面精确度得到了很大程度上的改善.但大部分方法都是

基于游离的抛光液、抛光浆,虽然效果显著,但易造成不必要的浪费以及环境污染.

本文所采用的研磨抛光薄膜是一种以金刚石、立方氮化硼等粉末为磨料,聚脂类高分子化合物为基体的新型精密、超精密研磨抛光工具.与散粒磨料方法相比,具有生产效率高、操作方便、光圈质量稳定、表面粗糙度好、加工安全、环境清洁、可用于单块和成盘及流水线等优点.并结合自制抛光机,针对不同磨料种类、磨料粒度以及抛光速度等参数进行硼硅玻璃抛光实验,确定其最优薄膜抛光工艺.该工艺的研究与确定,对改变光学零件加工技术落后的抛光工艺,提高经济效益具有重要作用.

2　硼硅玻璃薄膜抛光实验条件

由于硼硅玻璃的硬度高,组织结构复杂,很难得到高平面度的表面.传统的光学抛光机都动摆式,即工件相对于磨盘转动,又沿一定的弧线摆动,工件在抛光的同时也不断修正抛光膜.但是,无论抛光参数如何设定,都不能实现工件表面材料的均匀去除,所以工件和抛光膜的面始终处于非收敛变化中,即面形朝凹或凸的方向单调改变.为获得较高的表面精确度,在抛光过程中,需不断检测面形,并调整抛光工艺参数,故对操作员的技术水平要求很高.

本文研究的硼硅玻璃抛光工艺所采用的抛光机是自制高速便携式抛光机,其特点是速度高,灵巧轻便,可以任意变换抛光速度.在抛光过程中,采用定偏心运动作为工作方式,同时,在高速运作的条件下,工件随抛光盘产生同向自转速度,使其表面平面度进行自我修正,并通过压力对其自转速度进行控制,抛光实验装置如图1所示

.

图1　硼硅玻璃薄膜抛光装置图

抛光是通过上盘(工件)和下盘(抛光盘)的相对运动,粘贴在抛光盘上的抛光薄膜对工件表面进行材料去除的过程.工件表面各点材料去除量如何,关系到其平面度的好坏.各点相对抛光盘的运动轨迹,是影响表面粗糙度的重要因素.因此,首先要对其材料去除情况和相对运动轨迹进行分析.

由于影响抛光的因素很多,如压力、时间、速度、温度、抛光膜磨粒粒度、磨料类型等,到目前为止,被普遍接受的表面材料去除的数学模型是Prest on 方程

[3]

,即

d R /d t =kpv

(1)

其中:k 为与被加工材料、工艺参数等有关的系数;p 为表面上某一点在t 瞬时与下盘间的压力;v 为该点在t 瞬时与下盘的相对运动速度;d R /d t 为单位时间内材料去除量.因此,为了进一步分析材料去除量与运动形式之间的关系,应对式(1)做如下假设:①材料去除量仅由工件与抛光盘的相互作用引起;②当抛光盘与工件表面吻合良好、去除率较小且在整个加工过程中不露边的情况下,压力p 可以认为不变.

在T (单位:h )时间内材料去除量用R (x,y )(单位:mm )表示,则

R (x,y )=kp ∫

t

v (x,y,t )d t

(2)

经模拟计算知,当工件与抛光盘同方向、同转速定轴回转时,工件上任意一点相对于底盘的运动速度v 相同[4]

,其各点在抛光时间T 内的材料去除量

相同,面形才能得到很好的改善.当转速为ω(单位:r/m in ),偏心距为e (单位:mm ),在研磨时间T 内各

点材料去除量R =kp

ωeT .此时,工件半径r 上的点相对于抛光盘的运动轨迹方程[5]

为

(X +r cos φ0)2+(Y -r sin φ0)

2=e 2

(3)

工件上任意点在抛光盘上走过的轨迹是以

(-r co s φ0,r sin φ0)为圆心,e 为半径的圆,在研磨时间T 内相对抛光盘的移动路程相同,即l (单位:mm )为

l =ωeT

(4)

由以上分析可知,在理想情况下,工件转速与抛光盘转速相同时,工件表面各点的相对线速度相同,材料去除率相同,抛光薄膜对工件表面作用效果也相同,才能得到最优的表面粗糙度.因此,为获得最佳的表面平面度,本实验抛光过程中的压力采用工件自身重力,使其转速达到最高,接近抛光盘转速.如对材料进行粗加工抛光,则需再加载重物,使其提

高抛光效率.

5

11第1期赵彦玲等:硼硅玻璃薄膜的抛光工艺