光学镜片加工工艺.doc

1、光学镜片加工工艺目录光学冷加工工序 -2玻璃镜片抛光工艺 -3镜片抛光 -4光学冷加工工艺资料的详细描述-5模具机械抛光基本程序（对比）-7光学清洗工艺 -10镀膜过程中喷点、潮斑 (花斑 )的成因及消除方法 -12抛光常见疵病产生原因及克服方法-23光学冷却液在光学加工中的作用-25光学冷加工工序第 1道：铣磨 ,是去除镜片表面凹凸不平的气泡和杂质,(约 0.05-0.08) 起到成型作用 .第 2道就是精磨工序 ,是将铣磨出来的镜片将其的破坏层给消除掉,固定 R 值.第 3道就是抛光工序 ,是将精磨镜片在一次抛光 ,这道工序主要是把外观做的更好。第 4道就是清洗 ,是将抛光过后的镜片将起表

2、面的抛光粉清洗干净.防止压克 .第 5 道就是磨边 ,是将原有镜片外径将其磨削到指定外径。第 6 道就是镀膜 ,是将有需要镀膜镜片表面镀上一层或多层的有色膜或其他膜第 7道就是涂墨 ,是将有需要镜片防止反光在其外袁涂上一层黑墨.第 8道就是胶合 ,是将有 2 个 R 值相反大小和外径材质一样的镜片用胶将其联合.特殊工序 :多片加工 (成盘加工 )和小球面加工 (20 跟轴 )线切割根据不同的生产工艺，工序也会稍有出入，如涂墨和胶合的先后次序。玻璃镜片抛光工艺用抛光机和抛光粉或抛光液一起下进行抛光要设定抛光时间,压力等参数 . 抛光后要立即进行清洗可浸泡 ,否则抛光粉会固化在玻璃上,会留有痕迹的

3、 .1.抛光粉的材料抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成，不同的 材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。氧化铝和氧化铬的莫氏硬度为9，氧化铈和氧化锆为7，氧化铁更低。 氧化铈与硅酸盐玻璃的化学活性较高，硬度也相当，因此广泛用于玻璃的抛光。为了增加氧化铈的抛光速度，通常在氧化铈抛光粉加入氟以增加磨削率。铈含量较低的混合稀土抛光粉通常掺有3 8 的氟；纯氧化铈抛光粉通常不掺氟。对 ZF 或 F 系列的玻璃来说，因为本身硬度较小，而且材料本身的氟含量较高，因此因选用不含氟的抛光粉为好。2.氧化铈的颗粒度粒度越大的氧化铈，磨削力越大， 越适合于较

4、硬的材料，ZF 玻璃应该用偏细的抛光粉。要注意的是， 所有的氧化铈的颗粒度都有一个分布问题， 平均粒径 或中位径 D50 决定了抛光速度的快慢， 而最大粒径 Dmax 决定了抛光精度 光学冷加工生产操作的大小只3 的高低。因此，要得到高精度要求，必须控制抛光粉的最大颗粒。3.抛光粉的硬度抛光粉的真实硬度与材料有关，如氧化铈的硬度就是莫氏硬度7 左右，各种氧化铈都差 不多。但不同的氧化铈体给人感觉硬度不同，是因为氧化铈抛光粉通常为团聚体。 当然，有的抛光粉中加入氧化铝等较硬的材料，表现出来的磨削率和耐磨性都会提高。4.抛光浆料的浓度抛光过程中浆料的浓度决定了抛光速度时 ，浆料浓度因适当调低。,浓

5、度越大抛光速度越高。使用小颗粒抛光粉镜片抛光光学镜片经过研磨液细磨后，其表面尚有厚约23 m 的裂痕层， 要消除此裂痕层的方法即为抛光。抛光与研磨的机制一样，唯其所使用的工具材质与抛光液(slurry)不同，抛光所使用的材料有绒布(cloth) 、 抛光皮(polyurethane) 及 沥青(pitch) ，通常要达到高精度的抛光面， 最常使用的材料为高级抛光沥青。利用沥青来抛光，是藉由沥青细致的表面，带动抛光液研磨镜片表面生热，使玻璃熔化流动，熔去粗糙的顶点并填平裂痕的谷底，逐渐把裂痕层除去。目前抛光玻璃镜片所使用的抛光粉以氧化铈(CeO2) 为主， 抛光液调配的比例依镜片抛光时期不同而有

6、所不同，一般抛光初期与和抛光模合模时使用浓度较高的抛光液，镜片表面光亮后，则改用浓度较稀的抛光液，以避免镜面产生橘皮现象(镜片表面雾化 ) 。抛光与研磨所用的运动机构相同，除了抛光的工具与工作液体不一样外，抛光时所需环境条件亦较研磨时严苛。一般抛光时要注意的事项如下：抛光沥青的表面与抛光液中不可有杂质，不然会造成镜面刮伤。抛光沥青表面要与镜片表面吻合，否则抛光时会产生跳动，因而咬持抛光粉而刮伤镜片表面。抛光前必须确定镜片表面是否有研磨后所留下的刮伤或刺孔。抛光工具的大小与材质是否适当。沥青的软硬度与厚度是否适当。抛光的过程中必须随时注意镜片表面的状况及精度检查。透镜表面瑕疵的检查，因为检测的过

7、程是凭个人视觉及方法来判断，所以检验者应对刮伤及砂孔的规范有深刻的认知，要经常比对刮伤与砂孔的标准样版，以确保检验的正确性。光学冷加工工艺资料的详细描述（工艺过程老化）1. 抛光粉1.1 对抛光粉的要求 a. b. c. d. e.颗粒度应均匀， 硬度一般应比被抛光材料稍硬；抛光粉应纯洁，不含有可能引起划痕的杂质；应具有一定的晶格形态和缺陷， 并有适当的自锐性；应具有良好的分散性和吸附性；化学稳定性好，不致腐蚀工件。1.2 抛光粉的种类和性能常用的抛光粉有氧化铈（CeO2）和氧化铁（ FeO3） 。a. 氧化铈抛光粉 颗粒呈多边形，棱角明显，平均直径约2 微米，莫氏硬度7 8级， 比重约为 7

8、.3。由于制造工艺和氧化铈含量的不同，氧化铈抛光粉有 白色（含量达到98%以上） 、淡黄色、棕黄色等。b. 氧化铁抛光粉俗称红粉， 颗粒呈球形， 颗粒大小约为0.5 1 微米，莫氏硬度4 7 级，比重约为5.2。颜色有从黄红色到深红色若干种。综上所述，氧化铈比红粉具有更高的抛光效率，但是对表面光洁度要求高的零件，还是使用红粉抛光效果较好。2. 抛光模层（下垫）材料) 常用的抛光模层材料有抛光胶和纤维材料。2.1 抛光胶抛光胶又名抛光柏油，是由松香、沥青以不同的组成比例配制而成，用于光抛光。学零件的精密2.2 纤维材料在光学工件的抛光中，若对抛光面的面形精度（光圈）要求不高时，长采用其它纤维物质

9、作为抛光模层的材料。呢绒、毛毡及3. 常用测试仪器光学零件的某些质量指标，如透镜的曲率半径、棱镜的角度，需要用专门的测试仪器来测量。常用的仪器有：光学比较侧角仪、激光平面干涉仪、球径仪和刀口仪等。5. 抛光在抛光过程中添加抛光液要适当。太少了参与作用能够的抛光粉颗粒减少，降低抛光效率。太多了，有些抛光粉颗粒并不参与工作，同时也带来大量液体使玻璃边面的温度下降，影响抛光效率。抛光液的浓度也要适当，浓度太低，即水 分太多， 参与工作的抛光粉颗粒减少并使玻璃表面温度降低，因此降低抛光效率。浓度太高，即水分带少，影响抛光压力，抛光粉不能迅速散步均匀，导致各部压力不等，造成局部多磨，对抛光的光圈（条纹）

10、质量有影响。而且单位面积压力减少，效率降低，抛光过程中产生的碎屑也不能顺利排除，使工件表面粗糙。一般是开始抛光时抛光液稍浓些，快完工时，抛光液淡些，添加次数少些，这有利 于提高抛光效率和光洁度。另外，一般认为抛光液的酸度 （ pH 值）应控制在 68 之间，否则玻璃表面会被腐蚀，影响表面光洁度。模具机械抛光基本程序（对比）模具要想获得高质量的抛光效果，最重要的是要具备有高质量的油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况，如机械加工、电火花加工，磨加工等等。机械抛光的一般过程如下：（1） 粗抛 经铣、 电火花、 磨等工艺后的表面可以选择转速在35 000

11、 40 000 rpm 的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光。常用的方法有利用直径3mm、 WA # 400 的轮子去除白色电火花层。然后是手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。一般的使用顺序为 #180 #240 #320 #400 #600 #800 #1000 。许多模具制造商为了节约时间而选择从 #400 开始。（2）半精抛 半精抛主要使用砂纸和煤油。砂纸的号数依次为：#400 #600 #800 #1000 #1200 #1500 。 实际上 #1500 砂纸只用适于淬硬的模具钢（ 52HRC 以上） ，而不适用于预硬钢，因为这样可能会导致预硬钢件表面烧伤。（3）精抛 精

12、抛主要使用钻石研磨膏。若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进行研磨的话，则通常的研磨顺序是9m（ #1800） 6 m（ #3000） 3m（ #8000） 。9m 的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除#1200 和 #1500 号砂纸留下 的发状磨痕。接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为1m（ #14000） 1/2 m（#60000） 1/4 m（ #100000） 。 精度要求在 1m 以上（包括1m）的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行。若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间。灰尘、 烟雾，头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。光学清洗工艺影响

13、清洗的因素：A ， 清洗工艺的技术关键：光学玻璃经过清洗后能否达到表面不留任何油污，污光滑，水膜完好！迹，表面B，影响清洗后玻璃质量的因素及相应的解决方法：（1）玻璃本身的质量及被污染的情况，主要为：表面有霉点，气泡，划伤等， 在机械处理中，如：研磨，搽试，测应力时，人为导致的污染情况不一；（2）清洗剂的选择其能动及温度， 水质； 国际上应用最广的清洗剂为 CFC-113 ，四氯化炭， 1-1-1 三氯乙烷（简称 ODS ）等， 此类清 洗剂对臭氧层有破坏，属于非环保性清洗剂；我们采用非ODS 的水类碱性清洗剂，主要由水，碱，表面活性剂，防锈材料组成，化学式C3H8 ，具有侧链的环状烯烃，具有

14、较强的溶油能力；特点：低毒，不燃，清洗成本低等特点；（3）溶液的浓度直接影响清洗度的大小；通常清洗液的 PH 值一般在 8.5-12之间，若 PH值大于 10，侧表面活性物质作用要削弱，当 PH值大于 12 时，侧清洁度下降。在实际使用中发现当溶液浓度过大，超过15%，清 洗效果不好，不易漂洗，而浓度约为4%-7% 时，侧清洗效果较佳。（4）溶液温度及浸泡时间也同样影响去污效率；当温度上升， 溶液的反应速度也上升， 污染物的粘度下降， 便于污染物脱离， 但 溶液的稳定光学冷加工生产操作10 度下降。 实际发现溶液温度 50 度，浸泡30 分钟后，清洗效果最好！（5）在清洗过程中， 还应注意必须

15、使用纯水或去离子水，若使用自来水等硬水侧很难除去玻璃上的油污，且水中所含的Ca,Na 离子等杂质会在烘干后的玻璃表面形成一层白色雾状膜，污染玻璃；（6）玻璃经清洗后需漂洗，漂洗后的清洁度， 除与清洁剂的漂洗性和清洗液中的清洁剂浓度有关外，还与漂洗工序的多少，漂洗供水量的大小，温度及循环使用的纯水是否干净有关；（ 7）清洗环境的清洁程度；（ 8）清洗后的干燥工艺及温度：应尽量保证玻璃垂直，可在玻璃下垫陶瓷柱，避免烘干后玻璃下沿有水印；烘箱 温度控制在 70 度左右，时间在 20 分钟左右。若温度过高，会在玻璃边角上产生花 纹。镀膜过程中喷点、潮斑 (花斑 )的成因及消除方法真空镀膜的过程中有时会

16、产生喷点及潮斑(花斑 )，这些喷点、 潮斑 (花斑 )极 大的影响了薄膜的品质，降低产品的合格率。本文将对喷点、潮斑 (花斑 )的形成 原因以及消除方法作一探讨。一喷点形成的原因镀膜过程中产生喷点主要有以下几种原因:1. 镀膜材料纯度不高，含杂质较多 ,预熔过程中无法将这些杂质去除 ,蒸镀过程 中杂质溅上工件表面形成喷点。2. 材料较为潮湿,预熔时电子枪光斑不能将表面的材料全部熔化喷点 (这种情况在用国产电子枪镀制MgF2及一些直接升华的材料,在蒸镀过程中时较易发生也容易产生)。3. 镀膜前对材料进行预熔时不够充分,蒸镀过程中材料里的细小颗粒溅上工件表面形成喷点。4. 镀膜过程中 ,电子枪束流

17、过大引起的材料飞溅产生的喷点。二潮斑形成的原因 :1. 清洗液配比不好 ,含有较多水份 ,清洗后工件表面留有残迹 ,镀膜后形成花斑。2. 镀制两个面以上的工件时 ,一面镀制完成 ,清洗第二面时 , 镀制完的一面受到 污染 ,在第二面镀膜后形成花斑。3.工件本身含有的水份（工件白片制作过程细解）,在蒸镀前的烘烤过程中逸出, 蒸镀后形成潮斑。4.镀膜夹具在烘烤过程中会有水汽以及其它废气排出,蒸镀后在工件表面形成潮斑且对镀膜后的光学特性产生影响。针对以上喷点、潮斑 (花斑 )的成因 ,在生产中采取了以下一些措施以消除喷点、潮斑 (花斑 ):1.选择可靠的材料供应商,并对购买的每批材料在投入使用前先做

18、一测试,判定材料的可靠性。2. 规范材料的领用、保管 ,(干燥缸 ,干燥剂 )保证材料不受潮 ,材料性质无变化。3. 规范镀膜操作 ,严格执行预熔、蒸镀的操作规程。蒸镀前的材料预熔一定要彻 底 ,镀制某些较厚的膜层时可以采用多次预熔的方法消除喷点。4. 规范清洗操作 ,加强清洗后的检查 ,提高清洗质量 ,消除因清洗而产生的潮斑(花斑 )。5. 调整烘烤温度 ,消除烘烤原因产生的潮斑。6. 规范镀膜夹具的管理。每次投入使用前,夹具需要先经过清洗、烘烤 (300 度 ,3 小时以上) 才能投入生产。7. 设计镀膜夹具时,尽量采用在真空室内放气量小的材料,同时可采取夹具表面镀 Ni 的方法降低夹具的

19、放气量,消除由此产生的潮斑(花斑 )。 通过以上这些措施,镀膜过程中产生的喷点、潮斑 (花斑 ) 可以得到非常有效的控制。研磨或抛光对光学镜片腐蚀的影响光学玻璃腐蚀是伴随着光学玻璃抛光及抛光下盘以后的全过程,它受抛光粉及抛光用水的酸碱度以及抛光液使用时间延续趋于呈碱性及周围环境中潮湿空气、酸性气体等因素影响而产生的一种化学腐蚀。 因此 ,可以认为光学玻璃腐蚀是一个化学过程 ,如果仅仅停留在抛光下盘以后 ,采用若干防护措施 ,显然是不够的。应在抛光过程中就采取必要的防护措施。、等光学玻璃在抛光过程中及抛光下盘以后的腐蚀问题 ,长期以来一直影响着这些光学玻璃零件的加工质量和生产效率。通过对光学玻璃

20、在抛光过程中稳定性课题的研究和生产实验,研制并筛选出比较理想的光学玻璃抛光添加剂 ; 即在这些化学稳定性差的光学玻璃抛光液中,添加适当的值调节剂及表面稳定剂,减少了、等系列化学稳定性差的光学玻璃在抛光过程中的腐蚀问题,显著提高了抛光表面质量和合格率, 并进一步提高了光学玻璃零件加工的效率和效益及其工艺技术水平 .五、结束语 从玻璃的腐蚀机理出发 ,依照光学玻璃在抛光过程中的化学作用,对、 、 等化学稳定性差的光学玻璃在其抛光液中添加适当的值调节剂及表面稳定剂 ,在抛光过程中抑制玻璃腐蚀的可能性。使这几种光学玻璃抛光表面一次合格率从 0% 10%左右分别提高到75% 85%左右。即使在高温高湿条

21、件下 ,其一次合格率也能稳定在75%以上。同时提高抛光速率近2倍 ;并提高玻璃抛光表面的粗糙度及“亮度” 。抛光下盘以后 ,可存放数天或10 多天时间 ,便于零件运转和下道工序加工。在抛光下盘以后 ,再作若干补充防护措施,更为可 靠。这项有理论、 有实践、 可操作的对化学稳定性差光学玻璃抛光过程中的防护措施 ,进一步提高了光学冷加工的效率和效益及其工艺技术水平。抛光常见疵病产生原因及克服方法印迹1)抛光模与镜盘吻合不好出现油斑痕迹2)玻璃化学稳定性不好3)水珠、抛光液、口水沫等未及时擦拭干净克服方法1)选用合适的抛光胶,修刮或对改 (聚胺脂 )抛光模使之吻合2)抛光中产生的印迹可以选用适当的添

22、加剂;而完工后产生的印迹可以保护3） 避免对着工件讲话 ,如下盘擦不干 ,应擦净 ,对化学稳定性不好玻璃还应烘光圈变形1)粘结胶粘结力不适2)光圈未稳定既下盘3)刚性盘加工时 ,刚盘使用时间较长未检测(沉孔脏或变形 )4)刚性盘加工时被加工工件外圆偏大,上盘方法不当等克服方法1)光圈变形主要发生在较薄的零件或不规则的零件,应采用适当的上盘方法2)应按工件大小给予一定的光圈稳定时间3)刚盘定期进行检测和修正4）严格按工艺和上盘操作规程加工麻点产生原因1) 精细磨、抛光时间不够2) 精细磨面立不均匀或中间与边缘相差大3)有粗划痕抛断后的残迹4)方形或长方形细磨后塌角5)零件在镜盘上由于加工造成走动

23、6) 精细磨面形误差太大 ,尤其是偏高 ,易造成边缘抛光不充分7) 抛光模加工时间过长或抛光液使用时间长而影响抛光效率克服方法1) 精细磨应除去上道粗砂眼 , 抛光时间应足够2) 精细磨光圈匹配得当 ,应从边缘向中间加工3)发现后应作出标识单独摆放或重抛4)用开槽平模细模、添加砂要均匀5)选用适当的粘结胶，控制工序温度和镜盘忽冷忽热, 粘结胶厚度应符合标6)精细磨各道光圈匹配应严格按工艺操作指导卡操作7)更换抛光皮及抛光液的各项指标( 比重、 PH 值等 )周期性管理准划痕产生原因1)抛光粉粒度不均匀或混有大颗粒机械杂质2)工房环境不洁净3)抛光材料 (抛光胶或聚胺脂及粘贴胶等4)擦布不洁及操

24、作者带入灰尘)不洁5)精细磨遗留划痕未抛掉或清洗不彻底6)检查光圈工件或样板不干净、方法不当7)抛光材料 (抛光胶或聚胺脂)偏硬、使用时间长表面起硬壳或边缘有干硬堆积物8)抛光模与镜盘不吻合9)辅助工序（下盘、清洗、周转、保护漆未干等）造成克服方法1)选用粒度均匀和与玻璃材料对应抛光粉2)做好 “ 5S工”作3)保管好所需用品4)擦布清洗保管及操作者穿戴好工作服和帽子5)应自检6)正确使用样板7)选用合适抛光材料(抛光胶或聚胺脂)，周期更换，对改或修刮抛光模8)对改或修刮、重新制作抛光模9)按各辅助工序操作规程加工光学冷却液在光学加工中的作用在光学冷加工中， 使用冷却液的目的是对金刚石磨削工具

25、进行冷却， 以带走 光学玻璃加工过程中的热量，保证光学冷加工的顺利进行，但对这一目的，在使 用水或其它有机液体作为冷却介质后，基本上都可以达到要求，尤其是使用水介 质，成本低廉，冷却效果也十分理想。 但是如果在光学冷加工中用自来水来冷 却，可以肯定地说， 其加工是低效率的，因为金刚石工具无法发挥其最大的工作 效率，因此冷却液的核心作用是与金刚石工具协调作用，保证金刚石工具能将自 身的磨削效能发挥到极至，同时较高质量的冷却液还能带来高质量的加工表面， 减少对光学玻璃的浸蚀，降低抛光后水印和霉菌的产生。当然好的冷却液还应该具有较好的缓蚀性能，没有气味和不污染环境及其它影响健康的不利因素。1 光学冷

26、却液的缓蚀性能水与光学冷加工设备接触后，将直接导致设备的锈蚀，因此冷却液的缓蚀性能是冷却液最基本的技术要求。根据光学冷加工设备常用的材料，应该对铸铁、普通钢板、铝件或铜件具有缓蚀作用。 质量较差的冷却液往往会加速设备腐蚀， 降低冷加工设备的使用寿命，从而增加生产成本。2 光学冷却液对金刚石工具的致锐性能为了使光学冷却液具有我们所需要的性能，我们在自来水中加入了某些特性物质，比如一定量的金属缓蚀剂，表面活性剂，适宜的润滑剂等物来组成冷却液的配方，它们的引入往往会带来我们不需要的一些现象，比如：泡沫、气味、对皮肤的过敏或刺激、对设备的腐蚀、毒性等，这些现象的强弱或大小，直接影响了冷却液的综合性能。

27、2.1 光学冷却液在冷加工中与金刚石磨具的协调作用高效光学冷加工一般分为铣磨（粗磨），精磨，和抛光三个阶段，各阶段所采用的工艺参数、辅料直接影响了光学加工的效能。在铣磨（粗磨），精磨或超精磨过程中，冷却液的作用不可小觑。用金刚石铣磨轮或钻石粒（丸片）加工光学玻璃一般分为三个阶段，即预磨、主磨削和光刀阶段。根据各个阶段的目的，冷加工设备由继电器控制调压阀来调节气压的大小和磨削时间。在预磨阶段，由于磨具与玻璃之间吻合不好，施与低压可防止冲击而使金刚石磨盘的丸片脱落或使镜盘工件打坏。在这一阶段，由于金刚石工具与被加工光学元件处于低压接触磨削状态，此时金刚石对光学玻璃的磨削量很小， 而同时， 粗糙的玻璃表面对金刚石工具基体也产生磨削，作用的结果就是在金刚石工具的工作面上形成一个破坏层，这个破坏层由镶嵌在基体中的金刚石小颗粒、合金基体的小突起和被吸附的基体粉末、金刚石粉、玻璃粉等。 此阶段是金刚石工具被致锐的阶段，也是冷却液发挥作用的主要阶段，在此阶段，冷却液的作用是使吸附在工具表面的金属基体微小颗粒和玻璃粉脱离工作面，从 而增加了金