【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学冷加工，具体涉及一种大尺寸蓝宝石光窗的高精度加工方法。
技术介绍
1、随着科学技术的不断发展，对具备光电特性等功能的窗口材料的要求也逐步提高，传统意义上光学玻璃窗口的性能已不能达到现有的实际应用标准。
2、人造单晶蓝宝石是拥有特殊性能的氧化物晶体，化学成分为三氧化二铝，其拥有优良的光学性能、物理性能和化学性能。单晶蓝宝石的特性决定了它能够广泛应用于用于潜艇、导弹、卫星空间技术、军用红外装置等国防科技上。随着航空器发展的多功能、智能化和高速化，其光电等功能材料的要求也逐步提高，传统的光学玻璃窗口已经逐渐无法满足现有的使用要求，蓝宝石材料稳定的化学特性，优良的机械性能，可以承受恶劣的太空环境，在高速的运动下保持较高的强度，使其成为光电窗口、透波窗口、整流罩、陀螺等部件的不可替代的选择。蓝宝石制备的光电窗口，具有化学性能稳定特性，耐霉菌、光照、雨烛、盐雾等特性；硬度高，耐磨损，与传统光学玻璃相比更能抵抗砂石颗粒的冲刷；透过率高，可承受各种环境变化如温升、气动载荷变化等；结构强度高，材料比重是钢铁的二分之一左右，对于航空器减重发挥了巨大的优势。
3、蓝宝石莫氏硬度为9，仅次于金刚石，化学性能稳定，一般情况下不溶于酸，不溶于碱。机械性能良好，具有高的硬度和强度，致使蓝宝石晶体(尤其大尺寸蓝宝石光窗)难于研磨抛光、加工周期长。传统的沥青盘磨抛工艺方法和rf40离子源离子束设备加工效率较低，抛光时间长，且长时间抛光处理，容易导致大尺寸光学窗口表面出现大量亮点甚至容易产生毛面等问题，不适合加工大尺寸蓝宝
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于针对现有大尺寸蓝宝石光窗加工存在的问题和不足，提供一种高精度大尺寸蓝宝石光窗的加工方法，采用改进的研磨抛光-精密抛光-离子束精修工艺，可有效改善各工序之间面形衔接性，在保证大尺寸蓝宝石光窗的整体加工效率的基础上，有效满足大尺寸、高精度面形蓝宝石光窗的加工要求。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种大尺寸蓝宝石光窗的高精度加工方法，包括依次进行的研磨抛光-精密抛光工艺和离子束精修工艺，具体包括如下步骤：
4、1)研磨抛光-精密抛光工艺；
5、1-1)研磨抛光；
6、采用铸铁盘单轴研磨机，依次对大尺寸蓝宝石光窗型料进行粗磨、半精磨和精磨；其中，依次采用尺寸递减的碳化硼辅料和磨削量；同时保证测量点的厚度值相差不超过0.03mm；
7、1-2)精密抛光；
8、粗抛，聚氨酯盘单轴抛光机、大粗抛转速和大粒径钻石液辅料进行抛光至平面光学样板检测任意位置的光圈数小于5；现有光学加工工艺中，粗抛工序通常采用沥青盘单轴抛光机，且抛光转速一般为30～40rpm，然而沥青本身属于流体，随着抛光时间的增加，盘面容易变形，导致零件出现边缘塌边效应，不利于面形精度提升；本专利技术粗抛工序采用聚氨酯盘并结合高转速抛光，转速为100～110rpm，聚氨酯具备较高的硬度和表面粗糙度，可在长时间抛光过程中不易变形，有利于保证零件表面面形精度，并大大提高抛光效率；采用上述工艺抛光至使用直径φ150mm平面光学样板检测整个面光圈数，任意位置光圈数小于5，可转入下一道工序；
9、精抛，使用聚氨酯盘环抛机、大精抛转速和小粒径钻石液辅料进行加工，至透射面形pv优于3.5λ(λ＝632.8nm)；现有光学加工中，精抛工序通常采用沥青盘环抛机，且抛光转速一般为0.5～1rpm，随着精抛时间的增加，盘面容易变形，导致零件出现边缘塌边效应，零件中心区域面形为高光圈，零件四周面形为低光圈，不利于面形精度提升；本专利技术精抛工序采用聚氨酯盘并结合高转速抛光(转速为5～6rpm)，可有效保证零件表面面形精度并显著提高抛光效率，还可根据零件表面不锈钢压块加压情况，实现零件中心区域面形为低光圈，零件四周面形为高光圈，此面形分布更有利于后期离子束精修加工，有利于缩减离子束精修时间；采用上述方法加工所得零件透射面形pv优于3.5λ(λ＝632.8nm)，可转入下一道工序；
10、3)精修；采用离子束抛光机对步骤2)所得抛光样品进行精修；现有离子束抛光设备一般采用rf40离子源，本专利技术采用rf80大口径离子源，并结合优化的离子束抛光工艺参数可大大提高加工效率，同时保证大尺寸、高精度面形蓝宝石光窗的加工要求。
11、上述方案中，所述大尺寸蓝宝石光窗的最大对角线长度为500～700mm。
12、上述方案中，所述大粒径钻石液为5μm钻石液；小粒径钻石液为3μm钻石液。
13、上述方案中，由于零件尺寸较大，建议设定多个均分测量点进行厚度测量，能更好的测算厚度均值。所述粗磨、半精磨和精磨步骤分别在蓝宝石光窗四周设定6～10个均分测量厚度的测量点，加工至每个测量点的厚度值相差不超过0.03mm。
14、上述方案中，步骤1)所述粗磨步骤采用40μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.05～0.07mm；半精磨步骤采用28μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.03～0.05mm；精磨步骤采用14μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.02～0.03mm。
15、上述方案中，所述粗磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速90～100rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.25～0.3mpa；半精磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速90～100rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.2～0.25mpa进行磨削；精磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速50～60rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.15～0.2mpa。
16、优选地，粗磨时，粒度40μm碳化硼的辅料与水按1:2～3的质量比混合使用；边缘四周取6～10个点厚度值相差不超过0.03mm，是为了保证光窗零件边厚差。单面磨削量为0.05～0.07mm，即可去除毛坯材料表面线切割表面留下的纹路，且整面砂眼均匀。
17、优选地，半精磨时，粒度28μm碳化硼的辅料与水按1:2～3的质量比混合使用；边缘四周取6～10个点厚度值相差不超过0.03mm，是为了保证光窗零件边厚差。单面磨削量为0.03～0.05mm，即可去除粗磨工序粒度40μm碳化硼辅料磨削后表面留下的砂眼，且整面砂眼均匀。
18、优选地，精磨时，粒度14μm碳化硼的辅料与水按1:2～3的质量比混合使用；边缘四周取6～10个点厚度值相差不超过0.03mm，是为了保证光窗零件边厚差。单面磨削量为0.02～0.03mm，即可去除粗磨工序粒度28μm碳化硼辅料磨削后表面留下的砂眼，且整面砂眼均匀。
19、上述方案中，所述粗抛步骤采用的工艺条件包括：主轴转速100～110rpm，摆轴转速70～80rpm，压力值0.3～0.35mpa进行抛光；精抛步骤采用的工艺条件包括：主轴转速5～6rpm，工件环转速8～10rpm，采用压块均匀加压，压力值为3～5mpa。
20、进一步地，所述压块可选用不锈钢块等，采用若干个压块均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大尺寸蓝宝石光窗的高精度加工方法，其特征在于，包括依次进行的研磨抛光-精密抛光工艺和离子束精修工艺，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述大尺寸蓝宝石光窗的最大对角线长度为500～700mm。
3.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述粗磨、半精磨和精磨步骤分别在蓝宝石光窗四周设定6～10个均分测量厚度的测量点。
4.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，步骤1-1)所述粗磨步骤采用40μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.05～0.07mm；半精磨步骤采用28μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.03～0.05mm；精磨步骤采用14μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.02～0.03mm。
5.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，步骤1-1)所述粗磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速90～100rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.25～0.3Mpa；半精磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速90～100rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.2～0.25Mpa进
6.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述大粒径钻石液为5μm钻石液；小粒径钻石液为3μm钻石液。
7.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述粗抛步骤采用的工艺条件包括：主轴转速100～110rpm，摆轴转速70～80rpm，压力值0.3～0.35Mpa进行抛光；精抛步骤采用的工艺条件包括：主轴转速5～6rpm，工件环转速8～10rpm，采用压块均匀加压，压力值为3～5Mpa。
8.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，粗抛步骤中5μm钻石液与水按1:30～35的质量比混合使用，转速为100～110rpm；精抛步骤中3μm钻石液与水按1:30～35的质量比混合使用，主轴转速5～6rpm，工件环转速8～10rpm。
9.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述精修步骤包括：使用离子束抛光机，采用RF80离子源，将大尺寸蓝宝石光窗装入离子束抛光机夹具中，参数设置包括：口径80-80-80的栅网，Ar气体流量12～15sccm，Beam电压1.5～1.7KV，加速电压180～200V，中和器电压200～220V，离子源功率300～350W，加工距离50～55mm。
10.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，步骤2)所得大尺寸蓝宝石光窗的面形收敛率达90％以上，面形精度PV优于1.5λ，λ＝632.8nm。
...【技术特征摘要】
1.一种大尺寸蓝宝石光窗的高精度加工方法，其特征在于，包括依次进行的研磨抛光-精密抛光工艺和离子束精修工艺，具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述大尺寸蓝宝石光窗的最大对角线长度为500～700mm。
3.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，所述粗磨、半精磨和精磨步骤分别在蓝宝石光窗四周设定6～10个均分测量厚度的测量点。
4.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，步骤1-1)所述粗磨步骤采用40μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.05～0.07mm；半精磨步骤采用28μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.03～0.05mm；精磨步骤采用14μm碳化硼辅料，单面磨削量为0.02～0.03mm。
5.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于，步骤1-1)所述粗磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速90～100rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.25～0.3mpa；半精磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速90～100rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.2～0.25mpa进行磨削；精磨步骤采用的工艺条件包括：主轴转速50～60rpm，摆轴转速30～35rpm，压力值0.15～0.2mpa。
6.根据权利要求1所述的高精度加工方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄程，熊涛，高凡，向雪峰，刘雨钢，吴虑，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。