光学玻璃金刚石磨削机理查立豫(北京理工大学工程光学系)摘要本文通过对各类光学玻璃进行广泛的金刚石磨削试验,和对光学波璃及金刚石片各种性能的测试,研究了金刚石磨具对光学玻璃磨削效果与i者因素间的关系,并对金刚石加工中的三种过程一一破碎性切削、塑性变形、塑性切削进行了分析,指出了这三种过程的特点。作者还通过单颗粒金刚石刻划抛光的玻璃表面的实验,验证了各个过程的存在。据此,提出了为减少裂纹层深度,光学玻璃的金刚石磨削应该在低压高速下进行的论点。光学玻璃的散粒磨料研磨硬度是表征用散粒磨料研磨时光学玻璃的可磨性大小。它取决于由硬度计(维氏)压印所产生的裂纹长度,如图1所示。因而,光学玻璃散粒磨料研磨硬度是表示光学玻璃对于破裂的抵抗性能的大小。利用金刚石作为固着磨料加工光学玻璃在60年代国外已正式用于生产,国内从60年代的中期开始研究,从金刚石磨轮的铣磨技术发展到金刚石磨片的高速精磨,取得了很大的成幼。由于金刚石磨具具有磨削量大、加工时间短、工件面形精度高、表面粗糙度细等一系列优点,现在已相当普遍地用于铣磨和精磨。金刚石磨削是一个复杂的过程,包括破碎性切削、塑性变形、塑性切削。这三种过程往往并不是单独出现,而是同时存在于同一次加工中,但是由于光学玻璃种类、磨具种类、加工条件的不同,而表现出以某一种过程为主。现分别讨论如下。一、破碎性切削当用单颗粒金刚石刻划玻璃时,破碎性切削的特点是在刻痕的下面出现明显的条纹,玻璃的切屑是由于裂纹而产生的。古典法散粒磨料的研磨是典型的破碎性切削。助SFZ以__一__`一一__.一_J一~31.4j.5…一|.叶l|es叶|l|lles卜!|IL,1IL沁勺衷洲澎毛一详蕊咨担名尽甘粉未裂纹长度的对数图1光学玻璃散粒磨料研磨硬度与由维氏硬度计压印产生的裂纹长度(卜nI)的关系(荷软ZN)光学玻璃散粒磨料研磨硬度与光学玻璃组成间的关系是,网络形成氧化物含量越多,高原子价氧化物含量越多,研磨硬度就越大,如图2所示。这说明它取决于玻璃的强度,因为,网络形成氧化物的单键能比网络修饰氧化物的大。金刚石固着磨料对各种牌号光学玻璃的磨削性能否找到如图1、图2的对应关系呢?作者及其科研组在取得大批金刚石固着磨料磨削的数据后,企图探索光学玻璃的性能与玻确磨去量之间的关系。首先观察弹性模最E与玻瑞剂的种类、金刚石粒度的大小、加工压强、速度等。2晚八rs凸劣zK,_Z入11ZK10O2K602K7兔zK」、,乙K浮倒鉴澎畜落荞御解名积补`1001认Ks.Z】lO百lalO。勺ZK:川.0k3曰tIF川全.,Lr,.IJ`.`L.,.1卜es.l.lll八ù.亡口n`,叮p户日U公U勺ó111产尸u尸uùc.e书来睡博银OKgJzKS网络形成喊化物含旦(n、。xKl`2.Z!户2..ZF4圈2光学玻璃磨科研磨硬度与网络形成权化物克分于百分数之闻的关系O代衰K,·代表KF,QF,F,ZF,J代表ZK.△代表BaK,BaF,ZaBF,。代表含伙玻瑞-磨去量之间的关系,如图3所示,从图中看到了某种大体的比例关系。即弹性模量越大,玻璃的磨去量越大。对于一般材料来说,弹性模量是与物质内部质点间化学键强度有关,键力越强,变形越小,弹性模量E越大。但玻璃是一种脆性材料,根据Hil理论,弹性模量越大,弹性变形越小,越容易产生塑性变形,强度越小。换言之,存在着硬度较大,但强度相对较小的玻璃。因此,对于脆性材料来说,在一定的变形时,玻璃的弹性模量越小,就越坚固,玻璃的磨去量就小。玻璃中高原子价氧化物的克分子百分数对玻璃磨去量的影响如图4所示,虽然高价氧化物的单键能比低价的高,但没有得到明显的对应关系。这是因为散粒磨料的研磨主要是破碎性切削,但是金刚石固着磨料的研磨包括着破碎、塑性变形、塑性切削等三种过程。只有在一定的条件下,才呈现出以破碎切削为主。这些条件包括光学玻璃的种类、金刚石磨片结合作。.”1F6`。匕~-_」、_J几___56739么种光学玻璃弹性模证刃(1。“、)图3光学玻瑞的弹性模皿与磨去蛋的关系O代表K,一代表KF,QF,F,ZF,△代表BaK-aBF,ZBaIFJ代表ZK。结合剂牌号Q“金刚石位度W10,浓度50%一加工时间865。破碎性切削的特点是:1.光学玻璃的磨去量与加工时间成线性关系;2,金刚石磨片结合剂的磨耗量与加工时间成线性关系,3.粗粒度金刚石磨片的磨削比细粒度易于出现破碎性切削。从玻璃的品种来看,易...
