砂挂（精磨）加工工艺

光学零件的高速砂挂工艺是指用金刚石固着磨料来磨削玻璃。可以用线接触的方式，如同CG那样，进行范成法加工；也可以用面接触的方式，用金刚丸片进行砂挂，我司现在主要采用此种模式。

一、砂挂加工原理

1．砂挂的目的

一方面使工件表面的凹凸层深度和裂纹层深度减少，即达到零件要求表面的粗糙度（外观）；

另一方面使工件表面曲率半径的精度进一步提高，保证零件达到抛光前所需要的面形精度（光圈），尺寸精度（中心厚度），因此，从砂挂的目的可以分析出砂挂的重点控制项目是：光圈、中心厚度、外观。

人们往往认为，砂挂表面粗糙度愈小，对抛光越有利，其实这不完全正确。衡量砂挂表面结构，主要有两项指标：裂纹层深度和凸凹层深度、裂纹层深度决定抛光要去除材料的厚度，影响抛光时间；凸凹层深度决定抛光模釉化程度，直接影响抛光速率。

抛光过程基本可以分为两个阶段：首先是抛去凸凹层，然后抛去裂纹层，从抛光第一阶段开始，抛光模与工件表面凸凹层峰顶接触，这时抛光玻璃表面承受相当大的单位压力，同时表面的凹坑，使抛光液能充分进入整个表面，因此抛光效率较高。随着抛光过程的继续，抛光模与工件表面接触面积增加，工件所受单位压力减少，同时抛光液在工件表面的附着能力降低，因此抛光过程减缓。当抛光进入二阶段达到裂纹层时，整个工件表面与抛光模完全接触，抛光过程趋于稳定化，这时抛光模开始釉化，随着抛光的继续，釉化加剧，抛光效率降低，釉化程度取决于第二阶段的持续时间，所以第二阶段的抛光时间取决于裂纹层深度的大小，因此砂挂后的表面应具有较小的裂纹层深度。

综上，砂挂的工件表面结构应具有较小的裂纹层深度和较为粗糙的表面。因为砂挂表面的裂纹深度，决定了抛光的去除量，所以工件表面的裂纹深度应成为评价砂挂表面质量的主要指标。

2．砂挂的方法

①散粒磨料砂挂，又称古典法砂挂（磨砂）。

②金刚石丸片砂挂，又称高速砂挂。

散粒磨料砂挂与金刚石砂挂的优缺点分析

从以上表格分析出金刚石砂挂与散粒磨料砂挂的优缺点。

由于金刚石砂挂具有一系列优点因此得到迅速推广和普遍应用。在这里就根据我司设备介绍金刚石砂挂加工方法、原理。

3.金刚石砂挂的含义

金刚石砂挂就是用粘贴有金刚石丸片的模子通过机台的高压、高转速、冷却液作用等加工条件加工零件的方法。金刚石丸片贴附在模子上要按一定的排列形式（有同心圆、螺旋、三角形等）

4. 丸片相关知识介绍：

①丸片的待性参数

金钢石丸片就是将金钢石微粉与结合剂烧结而成的，其参数主要有金钢石的粒度、浓度、结合剂的种类和丸片尺寸等。

1. 粒度的选择：

   我司砂挂加工要分为两次砂挂。

   第一道砂挂主要为切削厚度让其尽快达到规定的尺寸及适当的表面粗糙度，所以一般选择较粗粒度的丸片，如国产：W₂₈、W₁₄、进口、1000#、1200#、1500#等；

   第二道砂挂需加工较好的表面透明度并使用保证稳定性，所以对丸片粒度的选择一般有：国产、W₁₀、W₇、进口：1500#、1800#、2000#等

2. 浓度的选择：

   金钢石丸片的浓度是指金钢石丸片有效体积每立方厘米含有金钢石的重量，规定每立方厘米中含有4.39克拉金钢石作为100%浓度，1克拉=0.2g，浓度为50%其金钢石含量为2.2克拉/cm^3.。

   浓度过低或过高对砂挂品质与效率都有较大影响，

   如果浓度过高，结合剂就相对减少，这样对金钢石颗粒的把持力减弱金钢石颗粒会过早脱落；

   若浓度过低，金钢石颗粒相对减少，作用在每个金钢石颗粒上的切削力增大，也可能使金钢石颗粒过早脱落。

3. 结合剂：

   金钢石磨片的结合剂主要作用是把持金钢石颗粒，结合剂的硬度，直接影响钝化金钢石颗粒的脱落速度，即影响磨削效率和工件表面质量，因此结合剂硬度要与金钢石颗粒的磨钝速度和玻璃的抗磨性相匹配，即结合剂磨损速度应与金钢石磨耗速度大致相同，一般结合剂的硬度与玻璃的硬度相当，较硬才质的玻璃要用较硬的结合剂，以利于削磨效率；较软的玻璃要用较软的结合剂，以保证玻璃表面的质量，太硬会产生伤痕。

   现使用的结合剂耐磨性由弱到强依次为：

   金属结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂和电镀结合剂四种，我们现在所使用的丸片一般为金属结合剂和树脂结合剂。

   金属结合剂：

   结合力强、耐磨性好、磨耗小，使用寿命长，可以承受较大的载荷磨削，但成本高，自锐性稍差，钝化的金钢石颗粒不能及时脱落，磨削过程不能充分冷却，易堵塞发热。

   树脂结合剂：

   加工表面粗糙度小，磨削中不易堵塞发热，耐磨性差，不适合大负荷磨削。

4. 丸片的形状和尺寸

   形状：丸片一般为圆形，国外也有矩形。

   尺寸：主要指丸片的直经和厚度，曲率半径。

   选择尺寸一般取决于砂挂基体的曲率半径，口径和玻璃的外径。

   ② 粘贴方法

   丸片的粘贴方法对砂挂品质的影响及过程中光圈、外观、弧度、厚度等的稳定性有重要的影响。最基本应保证磨具的形稳性，冷却液流动，以利散热排屑

   粘贴方法主要为丸片排列的形状，丸片的覆盖率等。

1. 丸片排列的形状一般为同心圆、螺旋状形、菊花形、三角形等。一般应用最多的为三角形排列方法使它加工中光圈较好控制不易出现局部不规则现象。

2. 覆盖率是指排列在磨具上的丸片表面积之和与基本球缺表面积之比覆盖率越大，在相同条件下玻璃磨去量相对减少，因为覆盖率大，使玻璃表面所受压力减少，玻璃磨去量反而减少，磨削效率反而降低。一般小镜片，模子覆盖率要大，这样使磨具形稳性保持较好，而大镜片覆盖率需稍小，得切削厚度，缩短加工时间，提高效率。

   ③丸片的选别原则：（据要加工镜片的材质的磨耗度选择）

   a.磨耗度小，需选择结合剂硬，金刚石粒度粗的丸片。

   b.磨耗度大，需选择结合剂软，金刚石粒度细的丸片。

1. 冷却液

   冷却液的作用是散发加工过程产生的热量，去除磨削碎屑和减少磨具与玻璃的磨擦，即起到冷却、清洗、润滑作用及对玻璃和磨具的化学作用。

   冷却作用：

   指在高速压下，吸收带走玻璃与磨具产生磨削热，降低磨具的磨耗，提高其使用寿命和稳定性，减小热应变对玻璃的影响；

   润滑作用：

   指减少磨擦能力，即降低磨削阻力和磨具磨损能力，但润滑作用需适当，不能太大，否则会降低磨削效率；

   清洗作用：

   及时清除加工中产生的玻璃碎屑和磨具碎屑。如果冷却液清洗作用差，在加工中不断产生的碎屑不能及时清除，堆积在玻璃的磨具表面上；由于高速压的作用，在磨具表面会形成一层材料膜，使磨具变钝，钝化的磨具会破坏自锐作用，影响磨削效率，同时表面粗糙度加大；

   化学作用：

   金钢石磨具中的结合剂被冷却液暖慢的腐蚀、溶解、加速了钝化的金钢石颗粒从磨具脱落下来，新的颗粒露出表面，使磨具产生自锐作用，这种自锐作用不是丸片自身固有的那种自锐作用，而是冷却液对磨具腐蚀的一种化学作用。

   冷却液一般分为：

   水溶液类、切削油类、乳化液类。

   种类选择不当，将直接影响玻璃表面质量，还会影响磨具的使用寿命。

   随着加工延续，冷却液中的玻璃碎屑含量越来越高。如达到4-5%磨具会产生釉化，使玻璃表面造成划痕，而且操用者的皮肤也有害，所以需清除碎屑或更换冷却液。一般用离心机过滤，或加入小量凝固剂使碎屑沉淀。

   二、有要加工设备介绍。

   设备型号：

   JPT15.4、CF-4、HSPM-0.5、HP-048、KJ-077、JPRYO6.4、JPRO12.4

   根据加工原理、摆弧方式可分为：上摆、下摆、平摆。

   1. 平摆机型：JPRYO6.4 JPRO12.4

   
   加工原理：

机台摆弧是通过一个偏心而使铁笔头进行椭圆摆弧的单片或者是多片加工方法。

2. 上摆机：CF-4A JPT15.4

加工原理：

串棒绕球芯圆弧式摆动，不论摆到任何位置，串棒尖端到球芯点的距离不变。如图：

3. 下摆机：HP-048 KJ-077 HSPM-0.5

加工原理：

机台通过主轴摆动，使镜片在球芯点上加工镜片的方式，其加工原理和上摆机的加工原理一样。

1. 作业标准书的认识

   作业标准书是品质加工的重要依据，需要去执行、维护它。

   内容：（1）零件编号，使用单位、面别、及编制、审核、批准。

   （2）加工流程——根据镜形状、材质等工艺参数制定最优的加工工艺流程。

   （3）工程图面——砂挂加工中各个面的具体图面：均标注有相关寸法要求。

   （4）参考图面——上道工序完成品图面

   （5）加工条件——镜片加工所需要设定的加工条件（如:机型、转速、压力、时间、砂挂液浓度丸片号及粘法）

   （6）品质管理——镜片加工后的各项规格要求及过程中的检查频率、项目、检查重点等。

   （7）修订项目——作业标准条件不完善需修改时，工程师修订填写

   （8）备注——重点注意项目的标示，是加工者须重点执行的。

2. 机台的切换

1. 机台切换前首先依作业标准书选定机台

2. 准备冶工具——夹具、模子、修模、作业标准书、千百分表、样板、归零件、接头、托架。

3. 准备所用这辅助工具——擦布、毛巾、调试工具

4. 检查机台运转是否正常、气压是否稳定

5. 根据镜片才质配比冷却液浓度。

6. 将模子装入主轴，调试同心度，调试串棒或上轴高度，使用损品进行试机，进行曲率，外观、弧度、切削量的检查，如不符合要求，需对机台进行调整（如摆幅、压力倾斜角度等）或修整砂挂模直至OK，然后设定好最佳条件，交于作业员加工。

1. 砂挂模的修复

   在加工过程中，避免不了会出现光圈、外观不良现象，所以需对模子进行修复，如有好的方法将大大减少浪费，提高高效率。

2. 在出现不良现象时，首先确认不良现象产生原因，是否需对模子进行修复，如在短时间内能通过其它方式改善，就尽量避免修模子，因为它是对成本的一种浪费而且修模后表面粗糙，对外观也有影响。

3. 修模前首先确认修模曲率是否OK

4. 如修模太正则用砂石与修模顶部对磨，直至曲率OK。

5. 修模的口径需恰当，太大模子不易合修复，太小模子不易修正，如修模太正，模子容易修负。可将模子放下面，修模放上面进行修复。

6. 修模对在保证修模精度的同时，须使用10#或20#砂修复，如砂太粗修出的模子局部面形不均匀，同时砂也不可太多，太多反而没有磨擦力降低速度，每现砂与砂之间的对磨。

7. 修模时，尽量着力点降低，防止模具抖动，致使模具面形变化或碰撞损坏。

8. 模子如需修正，可将模子边缘部位与修模多修，而且摆幅要小，模子如需修负，需将模子中心多修，则模子中心部位于修模边缘多磨，且摆幅相应增大。

9. 修复时须沿着修模曲率面作均匀摆动施力方向始终指向模子球心。

10. 修复OK后，需将修模取下洗净放于指定位置，不可留在修模机上，避免碰撞，变形。

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