隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展光學(xué)元件廣泛地應(yīng)用在各種電子設(shè)備中, 對(duì)其加工的精度和質(zhì)量要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)的加工工藝和工具很難滿足其加工要求, 尤其在金剛石工具方面, 無(wú)論從其結(jié)構(gòu)和內(nèi)在的質(zhì)量方面的要求越來(lái)越特殊化, 針對(duì)性要求越來(lái)越強(qiáng)。因此在該領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)金剛石工具結(jié)構(gòu)的改造和內(nèi)在質(zhì)量的提高就顯得越來(lái)越重要。

       該領(lǐng)域的金剛石工具主要包括粗加工中銑磨平面和球面的銑磨砂輪, 磨邊用的磨邊砂輪,精加工中的精磨片及面磨, 超精片及拋光片；另外還有下料用的鋸片等。

       1、光學(xué)玻璃加工用金剛石工具的主要種類

       銑磨砂輪

       光學(xué)玻璃的銑磨是粗加工的主要方式, 它分平面和球面銑磨砂輪。平面銑磨砂輪的直徑一般大于100mm, 而球面銑磨的砂輪直徑一般小于100mm , 砂輪粒度一般為60#～180# , 濃度一般為50%～100%, 結(jié)合劑為青銅。

       金剛石磨邊砂輪

       金剛石磨邊砂輪主要是對(duì)光學(xué)零件的外圓進(jìn)行磨加工, 其幾何形狀和尺寸見(jiàn)圖2和表2, 其結(jié)合劑有兩種, 一種是電鍍鎳基結(jié)合劑, 一種為燒結(jié)青銅結(jié)合劑。其粒度一般在230/270 -M28/20 , 濃度為電鍍的100%-200%, 青銅的為50%-100%。

       精磨片、超精磨片

       精磨片和超精磨片是對(duì)粗加工后的光學(xué)零件進(jìn)行精加工, 使其在使用時(shí)充分展現(xiàn)它的光學(xué)性能。精磨和超精磨有平面加工也有球面加工。精磨片一般選用青銅、鐵基、鎳基或鈷基結(jié)合劑, 而超精磨一般選用樹(shù)脂有機(jī)結(jié)合劑。精磨片粒度一般在325/400 ～ 10/5 , 濃度為100%~35%, 而超精磨片粒度一般在14/8 ～ 7/5范圍內(nèi), 濃度為50 %～ 25 %。

       拋光片

       拋光片主要是用于提高光學(xué)零件的表面光潔度,保證一定的光圈, 同時(shí)降低表面變質(zhì)層的加工。主要形狀如同精磨片和超精磨片, 結(jié)合劑為樹(shù)脂,磨料為氧化鈰和少量的金剛石微粉。

       2、光學(xué)玻璃加工中金剛石制品的合理選擇

       光學(xué)玻璃加工中金剛石制品的合理選擇主要是指根據(jù)被加工光學(xué)玻璃元器件的形狀、牌號(hào)、加工質(zhì)量要求和加工工藝, 對(duì)金剛石工具的形狀尺寸、結(jié)合劑類型、金剛石粒度、金剛石濃度、結(jié)合劑軟硬度等進(jìn)行選擇。一般的選擇原則為：

       （1）根據(jù)加工方式及機(jī)床的精度來(lái)選擇金剛石工具的形狀尺寸和精度。

       （2）根據(jù)加工原件的余量及表面的粗糙度來(lái)選擇金剛石工具的粒度。

       （3）根據(jù)加工工件的大小和加工工序、金剛石工具覆蓋比的大小來(lái)選擇金剛石的濃度, 尤其對(duì)精磨和超精磨加工。

       （4）根據(jù)加工工件的工序和工件的牌號(hào)來(lái)選擇結(jié)合劑類型, 尤其對(duì)精磨和超精磨。象精磨一般選青銅、鎳基、鈷基和鐵基;超精磨選樹(shù)脂結(jié)合劑。軟玻璃的精磨加工選擇青銅和鎳基。而硬玻璃及粘性較大的玻璃選擇鐵基和鈷基。

       （5）根據(jù)加工光學(xué)零件的牌號(hào)、硬度和脆性大小來(lái)選擇金剛石工具的軟硬度以及結(jié)合劑強(qiáng)度。一般情況下, 軟玻璃和脆性小的玻璃選擇結(jié)合劑的硬度低些;結(jié)合劑強(qiáng)度小些。而硬、脆玻璃選擇硬度高些;結(jié)合劑強(qiáng)度大些。

       3、光學(xué)玻璃用金剛石工具的最新制造技術(shù)

       目前該領(lǐng)域金剛石工具的制造技術(shù)越來(lái)越高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:原材料方面, 結(jié)合劑的粉料越來(lái)越細(xì), 一般顆粒直徑都小于40μm, 有的可達(dá)到10μm以下，并且都是采用預(yù)合成的粉料。

       金剛石的粒度組成范圍越來(lái)越窄, 晶形越來(lái)越好, 尤其在微粉級(jí)幾乎趨于等積體。各種的結(jié)合劑中都添加了微量的元素和化合物, 旨在提高其磨削的效率。金剛石在結(jié)合劑中的分布一般采用了造粒工藝或充分的均勻混合。成型燒結(jié)采用有保護(hù)氣氛的熱壓燒結(jié)方式。

       模具采用高精度耐高溫的金屬模具, 燒出來(lái)的毛坯幾乎沒(méi)有氣孔, 并且金剛石在燒結(jié)過(guò)程中強(qiáng)度幾乎沒(méi)有降低, 制造出的毛坯都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的精加工, 以保證它的型面和公差, 同時(shí)保證其磨削鋒利度。

       4、部分金剛石工具在光學(xué)玻璃加工過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

       金剛石工具在使用過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題, 其影響了加工的成品率和效率, 對(duì)生產(chǎn)成本和產(chǎn)品性能帶來(lái)極大的影響。這主要表現(xiàn)在金剛石工具的制造技術(shù)和內(nèi)在的性能方面。

       銑磨過(guò)程

       在銑磨過(guò)程中常出現(xiàn)以下主要問(wèn)題:

       （1）粗糙度差

       （2）打玻璃及崩口

       （3）型面不穩(wěn)定

       （4）效率低, 有深劃傷

       這些問(wèn)題主要與銑磨砂輪的粒度、同心度、濃度、結(jié)合劑的自銳性及砂輪的壽命和耐用度有關(guān), 解決這些問(wèn)題從砂輪的制造技術(shù)上分析, 主要調(diào)整結(jié)合劑的強(qiáng)度和金剛石濃度和粒度, 同時(shí)必須保證砂輪的同心度。主要是提高金剛石的把持強(qiáng)度和降低結(jié)合劑的研磨硬度。

       精磨和超精磨及拋光過(guò)程

       精磨、超精磨及拋光過(guò)程是光學(xué)玻璃加工最關(guān)鍵的幾道工序, 同時(shí)也是最易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的幾道工序。該工序中的金剛石工具也是最難制做的, 該過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題主要表現(xiàn)如下:

       （1）工件易產(chǎn)生麻點(diǎn)

       （2）光圈不穩(wěn)定和光圈不規(guī)則

       （3）表面粗糙度差

       （4）工件破邊或崩口

       （5）規(guī)則劃傷或不規(guī)則劃傷

       （6）磨盤易鈍化

       （7）切削效率低

       以上這些問(wèn)題大部分與金剛石工具的質(zhì)量有關(guān),應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

       （1）選擇合適的金剛石濃度, 一般情況下是金剛石濃度偏高。

       （2）提高結(jié)合劑的自銳性, 主要是降低其研磨硬度和均勻性, 減少低熔物偏析。

       （3）降低金剛石片的覆蓋比, 減少金剛石丸片的磨削面面積, 或增加容屑空間。

       （4）減少金剛石粒度的分散性和形狀的不規(guī)則性。絕不允許有大顆粒, 同時(shí)也不容許細(xì)粒偏多。

       （5）結(jié)合劑中加入準(zhǔn)納米級(jí)的微量元素, 以改變結(jié)合劑的性質(zhì)。

       （6）磨削液中加入少量的細(xì)顆粒磨料。

       （7）提高樹(shù)脂耐水性和耐溫性, 提高它的導(dǎo)熱性。

       （8）降低丸片中的氣孔, 減少結(jié)合劑的結(jié)晶尺寸。