光学表面加工工艺链的浓缩

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为使脆硬并具有高强度的材料达到光学质量表面的效果，必须经过粗磨、精磨和抛光三个步骤。其中抛光所占的时间比例最高可达70%，同时它又是一个成本最高的步骤。那么考虑将精磨与抛光合二为一应该可以显著降低成本。
" _, v4 O) B- ~5 |+ B1962年生产的Austin Healey 3000机床的艰苦历程与现代超精密磨削技术成果的关系，也许比汽车与汽车爱好者、磨具技术与自然科学家更为密切。归根结底是因为存在这样一种现象，而不同的人赋予了它不同的名称，一些人想方设法要克服，而另一些人却希望对其进行开发利用。化学家用生动的化学公式Fe2+ + 2OH-→Fe(OH)2 来描述它，并将氢氧化亚铁解释为铁粒子与水分解产生的OH-离子发生反应的生成物。画家认为红颜料来自二次反应物赤铁矿，光学专家以前则把它用作抛光剂，并将其命名为抛光红，而汽车爱好者则大多称其为可怕的“铁锈”。
9 a' ]! h+ D$ ]8 u! x为了使脆硬且强度高的材料达到光学质量建材表面的效果，必须经过粗磨、精磨和抛光三步工艺。其中抛光所占的时间比例最高可达70%，同时它又是一个成本最高的步骤。如果将精磨与抛光合二为一也许可以明显地缩短加工时间。正如从“抛光磨削”这一名称可以初步推断出的，这是一个以抛光辅助磨削的工艺过程。
在应用过程中，抛光剂的添加有五种方式：
6 [3 P- W: W, I: n0 p6 H－ 外部添加。
% d  I* `1 a/ K$ @: x! P－ 在冷却润滑剂中添加。
－ 在砂轮中添加。
－ 在工件中添加。
－ 在磨削过程中产生。
金属氧化物结构松散
如果抛光剂是在磨削过程中自行产生的，则需要利用腐蚀产物——“锈”的特性。金属氧化物具有中等硬度的松散结构，尤其适于抛光。在磨削工艺过程中，这种氧化物可以通过电化学反应在砂轮表面形成。氧化是导致砂轮的非重金属构成部分形成金属氧化物的原因。在冷却润滑剂中的钼离子可在之后的过程中形成混合晶体。通过这一步骤，可实现均匀而遍布整个表面的氧化反应，提高氧化物在砂轮粘合料底座的粘着力。
% T& Y& t; D% t# ], w% w砂轮的电极作用
由于腐蚀是一个氧化还原过程，这一过程可以在无外界条件作用的情况下进行。通过安装电解槽可以加速氧化还原过程：电解槽由一个正极和一个负极（阳极和阴极）构成，两个电极由一个浸入冷却润滑剂的隔板分开。与磨削过程和磨削运动学相应地，将有金属化合物的砂轮接正极，用作阳极，而以铜电极作为阴极（图1）。

改变电源和电压参数可以影响氧化层的厚度。通过调整，可形成厚度达100μm的氧化层（图2）。氧化层的生成因钝化作用而自动停止。在对工件进行加工的同时，氧化层在工作区的砂轮与工件的接触过程中磨蚀，在工件的工作压力下发挥其抛光作用。电解腐蚀是一个自激过程——氧化层磨蚀后又可自动生成新的氧化层。当然，腐蚀并不单纯“制造”抛光剂，而且腐蚀并不单纯“制造”抛光剂，对磨削过程也产生影响：粘结材料受到严重的侵蚀，致使添加颗粒的切屑电蚀量比例发生了改变。去除粘合作用，颗粒保持力降低，从而减小了加工过程中的切屑厚度。
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2 V8 K: H- U$ V* n1 b消除粘合作用加速颗粒脱落
其结果是工件的表面粗糙度得到改善。粘消除合作用可以使颗粒尽早脱落，松动和脱落的颗粒落入工件与砂轮连接件之间的工作狭缝，并以这样的方式对抛光过程起到辅助作用。（图3）

弗劳恩霍夫生产技术研究院（IPT）已在若干台磨床上成功地验证了这种抛光磨削技术。改进后的冷却润滑剂成分中97%以上为水，亦可应用于传统的磨削工艺。例如，传统的粗磨过程可以不受限制地与双螺杆机上的后续抛光磨削过程在共同的工作区完成。（图4）
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图4  抛光磨削工艺成为精磨机床的组成部分
此前的研究结果表明，对钢、硬质合金、玻璃和陶瓷的抛光磨削加工均产生了良好的效果（图5～7）。特别是对玻璃材料，抛光的效果尤其显著。抛光磨削技术的发展尽管仍处于起步阶段，但在满足未来对光学表面与组件的加工要求方面已显示了巨大的潜力。


【MechNet】
文章关键词： 光学表面加工