光学塑料人工晶体冷加工工艺初探
文章内容：穿.光学塑料人工晶体冷加工工艺初探一々\金光明(江苏光学仪器厂)(南享仪表机械厂)一,月吾1一,4人们将塑料应用于光学上的历史已有近五十年,进一步地发展和运用是从六十年代开始的.光学塑料的主要成份是有机高分子聚台物,除了具有良好的机械,化学性能及固有的优点外,还有一个更重要的特性,即结构上与玻璃有着非常的相似之处,例如,都有不规则的分子结构和呈非结晶状态.因此,它能不断满足光学设计者的要求,越来越广泛地代替某些玻璃光学零件.本文所述的光学塑料人工晶体就是一例.但是,光学塑料也存在着某些缺点.如:热膨胀系数大,导热性,耐热性差,软化温度低,易变形,加热时易变色和分解,耐有机溶剂性差,硬度低,表面易磨损,划伤等等.目前,国内外在加工光学塑料零件的方法上主要分两类.其一,是模塑法.如:注射成型,压塑成型,铸塑成型和放射性成型;其二是直接加工法.如:用机械加工的方法直接加工(多数是在车床上直接车削)和用光子冷加工方法直接研磨加工光学塑料零件.上述两种加工方法只能加工一般精度的光学塑料零件.而要加工较高精度或高精度的光学塑料零件是相当因难的.用光学冷加工的方法加工较高精度或高精度的光学塑料零件成功的例子在国内外资料中还很少见.本文就我们在这方面工作的尝试,用冷加工方法制造小型较高精度(:2.△:02.=ⅲ)光掌塑料零件——人工晶体及取得成功的经验和体会作一个简单的介绍.并借此机会,殷切希望得到专家和同行的指教.二,问题的提出和材料性能分析(1)问题:用光学冷加工方法加工塑料人工晶体2)零件结构参数及技术要求(图1)分析零件的结构及技术条件,显然该零件用一次成型的模塑法加工目前还难以达到其精度要求.而唯有用光学冷加工的方法加工才有可能满足技术条件,生产出台格产品.因此必须更进～步了解掌握零件材料的各项性能.(3材料特性零件材料缩写代号是:.名称:聚甲基丙烯酸甲脂,俗称有机玻璃.我们将26,2对零△0.2件0<>5的要ⅲ求△57.42961.03347.61061.0637.80061000028.00060.984821160.968产品名称人工晶状体序号口0.5材料图1同德国(相当于中国的)玻璃的有关性能加以比较(见下表).性质比重1.192.5弹性模量()4.5111.610硬度5～500507.3×109/(2454℃)7.110/(一3070℃)线膨胀系数()8.31/(225～1135)8.310/(20—300℃)热导()4.610一/-113-℃26.610一/??℃/一8.5×10/℃(15)10/比热035/?℃(25)0.205/'℃可见,相对玻璃而言,有两个比较敏感的温度特性,(线睇胀系数大,热导性低,)另外硬度较玻璃低.因此,加工过程中要严格控制加工时的温度因素,同时还要防止零件受力后的应力变形和防止表面受损伤.我们还从资料中查得.材料对光学加工中的溶剂有下面特点.光学加工中常用的乙醚,乙醇均不同程度地能溶解它,而不能溶解它的常用溶剂有:95%的乙醇,甲醇,正丁醇,异丙醇,乙氯基乙醇,脂肪族烃类,酮类等.27鉴于零件材料的上述性能,制定特殊的工艺方案和选择合适的工艺辅料是我们工作的关键.三,主要工艺问题及工艺程序1.主要工艺问题从零件结构参数及技术条件看,本零件加工过程中的主要工艺问题有下面几点.(1)表面精度要求较高,但材料硬度低,确定何种工艺方法.满足透镜中心偏差:,05,且边缘光洁度达到025/-而又不影响透镜表面质量要求?(2)怎样保证零件表面质量指标:=2,△=.2,=ⅲ(3)零件表面曲率半径比较小,直径也比较小+中心厚度又很薄,并还有一定的公差要求工序之间如何匹配及保证措施怎样?2.工艺程序我们将工艺程序绘编成下列框图:『光学塑料原料(捧状料————丁————一车削外圆(直接在车床上用普通车刀粗车外圜)旦堕壁!里垒塑墨:堑壁旦三二垦垦!!垫!旦墨坐壁墅:苎型墨垦!墨查!墨堡型!里兰圭型!叵虱匦圃.......<>_1塾堕堕堕匦蓝圃匝,.—————————一塑宣垫堡亘28四,工艺方案的具体实施大家知道,对于任一圆形透镜零件,通常都有光学中心偏差的要求,而要满足光学中心偏差的要求,必须实施磨边工序.常规的工艺规程是:镜片两表面抛光完成后,再进行磨边以保证球一,偏差要求,而对透镜而言,走常规工序,有下面两个不可克服的缺点.其一是本文中透镜的表面质量要求比较高.必须认真保护,若按常规工序.即两面抛光后用光学定心法磨边或用机械定心法磨边.则:(1)用光学定心法磨边,必须用磨边胶将透镜牯在接头上,可我们知道,的导热性能比玻璃的导热性小.因而在加热粘接时.会引起零件局部变形,若受热的一例是平面,则会变成凸球面,变成凸球面的半径为::——零件的边厚——零件的线膨胀系数△——零件受热前后的温度差若受热倒是球面,则球面的半径会发生变化,上述情况不仅会破坏零件的表面精度,更重要的还会导致零件的焦距值发生变化.(2)用机械法定心磨边.磨边过程中,两机械定心磨边夹头对零件的夹紧力较大(机械法定心磨边就是靠机械接头夹紧力,自动将零件定心,保证中心偏差要求的),由于材料的硬度较低,且耐磨性,耐划伤性差,故而容易受各种机械损伤,而影响表面光洁度要求,除此以外,磨边过程中,零件受夹紧力.磨削力的作用还会产生内应力,使零件产生应力变形,而影响透镜表面精度要求.显然,上述两种磨边方法都不能保证零件的表面质量指标,即使满足:0.05的要求.也是徒劳的.其二,完工后的零件外圆有较高的光洁度业的要求很明显,这项技术指标,用磨边的方法是不可能达到的.,,于是我们研究制定了这样的加工方法:省去磨边工序,先将棒料车削成6::::的圆棒,而后进行研磨和抛光外圆,满足外圆的尺寸.表面光洁度的要求,切割下料成=1.6的片状坯料.在其它工序间注意防止边缘表面光洁度受破坏.加工初期,发现有时零件抛光后.表面光圈在镜盘上很稳定.下盘后,光圈就变形了.通过分析,查找各种工艺因素,我们从控制温度着手,经过反复实验,得出了这样的结论,当胶盘等温度因素
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