金刚石制品在光学玻璃加工中的应用及存在的问题分析论文_梁安宁

摘要：分析金刚石制品在玻璃加工中的最新发展应用。特别是金钢石制品的种类和合理选择与光学玻璃冷却技术有关。金刚石制造技术；金刚石问题，这一领域代表金刚石产品发展的前景。根据多年来对金刚石玻璃工具的研究，提出了解决光学玻璃冷却加工问题的办法。

关键词：金刚石制品；光学玻璃加工

前言：

近年来，金刚石玻璃工具的生产竞争日趋激烈，制造商认识到开发新产品和提高质量是企业长期生存和发展的关键。由于金刚石玻璃工具范围的扩大和产品质量的不断追求，生产工艺不断更新，生产设备需要更新和改进。近年来，生产金刚石制品的设备有了一定的发展。高端设备更有针对性，自动化，中低端设备更实用。设备的结构，控制和运行越来越完善，性价比越来越高。

1 慨况

不同的光学成分广泛应用于不同的领域。例如，随着照相机，眼镜，显微镜，望远镜，喷射台，雷达，激光等信息工业的发展，光学元件被广泛应用到VCD，DVD系统以及可视手机，手机的基本电子元件等各种电子设备中。随着应用领域的发展和光学元件的具体化，他们的需求越来越多，质量要求越来越高，传统的加工技术和工具也不能满足其加工工具的领域需要，特别是金刚石，其内部结构和质量更是如此。因此，提高传统金刚石工具的结构和内部质量在这一领域尤为重要。该领域的主要工具有，铣床和研磨轮（平面和磨床轮）表面的剃头刀切割法、研磨轮的边缘研磨法（平行或特殊角线研磨轮）、洗涤剂和表面研磨完成（球体平衡面）、超细精抛光半导体、锯齿切割等。

2 光学玻璃加工用金刚石工具的主要种类

2.1 铣削砂轮

光学玻璃的研磨方法是最常见的粗加工方法。这是靠研磨平面和球面车轮而完成的。扁平石磨的直径一般大于100毫米，球形石磨的直径一般小于100毫米，研磨颗粒的直径一般在60-180#之间，浓度一般在50-100%之间，黏合剂为青铜。

2.2 金刚石砂轮

金刚石砂轮的边缘几何尺寸如图1和表2所示，主要用作外圆磨削的光学元件和两种类型的粘合剂：电解镍基粘合剂和烧结青铜粘合剂。其粒度一般在230/270-M28/20，浓度为电镀的100%-200%，青铜的为50%-100%。

图1 金刚石磨边砂轮

表1 磨边砂轮参数

2.3 精磨片、超精磨片

精制研磨机和超精密研磨机作为经过加工的光学部件，在使用时可以充分显示光学性能。一个平面和一个球面加工起来要研磨。玻璃磨粉机用于青铜、铁、镍、钴化合物，超符号磨粉机用于透光和有机组合。精磨片粒度一般在325/400~10/5，浓度为100%~35%，而超精磨片粒度一般在14/8~7/5范围内，浓度为50%~25%，精磨片形状如下图2和表2、表3。其中直径、高度H、磨料层高度是T、金属基模半径是Rj、磨盘表面半径是Rm。

2.4 抛光片抛光片

主要用于提高光学元件表面的纯度，保证一定的光圈，并减少表面变形层的加工。主要形式是将精磨片和超精磨片混合成树脂，将研磨材料混合成氧化硫和少量金刚石粉。

图2 精磨片形状图

表2 精磨片尺寸

表3 精磨片参数

3 光学玻璃加工中金刚石制品的合理选择

理性选择的金刚石制品主要包括为光学玻璃治疗而选择的形状和大小、金刚石工具的类型、粘连及颗粒大小的金刚石、金刚石浓度和粘合含水形态的硬度等级、品质要求及光学玻璃零部件加工工程等。金刚石工具的形状和大小根据加工方式及车床的精度确定。（1）金刚石刀具的粒度是根据加工边缘和表面粗糙度来选择的。（2）金刚石的浓度是根据工件的大小和加工过程以及金刚石工具的覆盖比的大小来选择的，特别是对于细磨和超细磨。（3）结合工件的加工工艺选择结合剂的类型，特别适用于精磨和超细磨。结合剂通常由青铜、镍、钴和铁制成。超细微粉用于树脂粘合剂的选择。软玻璃的精细研磨是由青铜和镍制成的。对于硬质玻璃和粘性玻璃，我们选择了铁和钴。（4）金刚石工具的硬度和柔软度以及粘结剂的强度的选择取决于加工光学元件的表面精度等级、软硬。一般来说，对于柔性玻璃和脆性较低的玻璃，首选粘合剂的硬度较低；粘合剂的强度较低。另一方面，坚硬和脆的玻璃选择了更高的硬度；粘合剂更坚固。

4 光学玻璃用金刚石工具的最新制造技术

金刚加工工具制造技术根据日本三和公司、金刚工业有限公司、全世界钻石光学加工工具供应企业preciosa的数据，在该领域越来越发达。主要表现在：原材料和结合剂的粉末越来越细，一般颗粒直径在40微米以下，有的在10微米以下。如金刚石的颗粒组成越来越小，晶体形式越来越细等，是一种非常精细的元素。在各种结合剂中添加微量元素和化合物，提高破碎效率。金刚石在结合剂中的分布，一般是通过颗粒或完全均匀的混合物来实现的。金刚石采用精密耐热模型。成型和烧结过程是在保护气体下热烧结。模具采用高精度、耐热的模具，毛坯几乎没有孔隙，烧结过程中金刚石的强度几乎没有降低。所获得的毛坯电火花放电加工，以确保其金刚石工具加工面轮廓的几何精度，以及其磨削锐度。

5 部分金刚石工具在光学玻璃加工过程中易出现的问题及对策

金刚石工具在使用过程中，往往会遇到各种各样的问题，这些问题影响加工的效率和效率，还严重影响生产成本和产品性能。主要体现在金刚石工具的制造工艺和固有的特性上。

5.1 在铣磨加工过程中经常出现以下主要问题

（1）粗糙度差；（2）崩口及破碎；（3）不稳定的型面；（4）低效率和深度划伤。在黏合剂与耐用寿命相结合方面解决这些问题，在黏合剂与现代制造技术上，主要是调节粘合剂与金刚石矿对同心度浓度和立度分布的影响。主要目的是加大对金刚石的切割力度，降低金刚石硬度。

5.2 精磨、超细磨、抛光工艺

精磨、超细磨和抛光是光学玻璃加工过程中最重要的工程，是最容易发生质量问题的环节。金刚石工具的制造也是最难的，在这个过程中容易出现的问题主要有以下几个：（1）工件容易产生点蚀不稳定（2）外圆孔径和内圆孔径不规则（3）表面粗糙度差；（4）工件碎边或崩坏（5）划伤规则或不规则划伤（6）易钝化；（7）金刚石切削效率低以上大部分问题都与金刚石刀具的质量有关，应从以下几个方面进行改进；（1）选择合适的金刚石浓度，通常是高的。（2）改善粘结剂的自旋，特别是通过降低微粉的硬度和均匀性，减少低熔体的偏析。（3）减少金刚石板的覆盖比，减少金刚石颗粒板的研磨面积，或增加容屑空间。（4）减少金刚石粒度分布和形状不规则。粗颗粒不应太粗，细颗粒不应太细。（5）在粘合剂中加入准纳米微量元素，以改变其性能。（6）在研磨液中加入少量细颗粒磨料。（7）提高树脂的耐水性和耐热性，提高树脂的导热性。（8）降低颗粒孔隙度，降低结合剂的结晶尺寸。

6 未来光学玻璃加工中金刚石工具的发展方向

（1）金刚石工具性能方面。其主要特点是磨削效率高，模具精度高；铸造、研磨等。（2）在制造技术方面，金刚石工具的制造技术主要集中在原材料的精炼、结构的均匀性、低孔隙度和粘合剂的多样化。烧结过程逐渐从冷还原烧结转变为热压烧结和保护气体下的烧结，并向低温高压烧结过渡。

结束语：

综上所述，光学玻璃加工的主要工艺流程对所用金刚石工具进行了介绍和分析，并针对一些问题提出了相应的对策，希望对金刚石工具制造同仁有所帮助。

参考文献：

[1]朱基.金刚石磨具制造[M].机械部机床工具工业等.2018.

[2]李浩光学冷加工工艺手册[M]机械工业出版社，2019.2.

[3]毛晓建.金刚石制品热压烧结设备的研制及发展[M].2018.

[4]李娜娜.金刚石制品在光学玻璃加工中的应用及存在问题[M].2018.

论文作者:梁安宁

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/13

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