[發(fā)明專利]球罩光學(xué)元件的加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010723051.2
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111890522B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 頓愛歡;孫政;張慧方;朱杰;吳福林;徐學(xué)科
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所;上海恒益光學(xué)精密機械有限公司
• 主分類號: B28B3/00
• 分類號: B28B3/00;B28B11/08;B28B11/24;B24B13/00;B24B49/12;B24B47/20;B24B49/03
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種球罩光學(xué)元件的制造方法，該方法包括：原材料定比混合、熱等靜壓成型、素坯精細處理、高溫?zé)Y(jié)、銑磨成型、細磨、化學(xué)機械拋光、清洗并存儲等工序。本發(fā)明將元件坯料燒結(jié)與精密制造融合在一起，實現(xiàn)了球罩元件的高精度加工，解決了目前球罩元件加工硬度大、加工效率低、容易變形、面形極難控制的難點，具有加工精度高、加工效率高的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件加工，特別是一種球罩光學(xué)元件的加工方法。

背景技術(shù)

隨著紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈的不斷升級創(chuàng)新，要求空空導(dǎo)彈在高速飛行的過程中，不僅要保證高清晰成像質(zhì)量，還要能夠承受高溫、高壓以及惡劣天氣等環(huán)境因素的不利影響，因此紅外球罩材料必須同時具有良好的光學(xué)、機械、耐熱、耐腐蝕等材料性能。目前新興的紅外陶瓷球罩元件是其中的首選材料。但是該類材料具有極高的硬度和較低的斷裂韌性，在采用傳統(tǒng)切削方法加工時，一方面刀具磨損嚴重，加工效率很低，另一方面容易出現(xiàn)材料斷裂破壞和損傷等問題，是目前學(xué)界公認的難加工材料，也是阻礙其大規(guī)模工程應(yīng)用的主要問題。本發(fā)明綜合考慮該類元件從坯料制作到精密拋光的整個流程線，主要包括原材料定比混合、熱等靜壓成型、高溫?zé)Y(jié)、銑磨成型、細磨、化學(xué)機械拋光、清洗并存儲等工序。從該流程線發(fā)現(xiàn)：球罩材料高溫?zé)Y(jié)前后的硬度變化很大，而該類材料的高硬度也是影響其加工效率的主要因素。因此，本專利在高溫?zé)Y(jié)前增加素坯精細處理工序，在球罩硬度增加之前采用精密數(shù)控車床進行適當?shù)臏p薄處理，減輕后期銑磨成型的壓力，極大提高了該類元件的加工效率。

該發(fā)明從球罩元件的整個生產(chǎn)流程線出發(fā)，通過增加精細處理工序，大大提高了加工效率，可以在后期推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種球罩光學(xué)元件的加工方法，本發(fā)明將元件坯料燒結(jié)與精密制造融合在一起，實現(xiàn)了球罩元件的高精度加工，解決了目前球罩元件加工硬度大、加工效率低、容易變形、面形極難控制的難點，具有加工精度高、加工效率高的特點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種球罩光學(xué)元件的加工方法，其特點在于，包括以下步驟：

1)原材料定比混合：首先根據(jù)球罩元件最終性能指標、重量及設(shè)定尺寸進行球罩粉體材料比例及重量計算(一般包括球罩主材、輔材和粘合劑)，并按照計算結(jié)果進行稱重、混合，最終得到均勻的粉體；

2)熱等靜壓成型：把均勻的粉體放入熱等靜壓成型設(shè)備中，設(shè)定溫度、升溫速率以及壓力參數(shù)，然后啟動設(shè)備進行熱等靜壓成型；成型后取出球罩素坯，并利用千分尺進行尺寸測量，并查看有無裂紋等缺陷，滿足要求后移交下一工序；

3)素坯精細處理：素坯成型后厚度較大，但硬度較低；而經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后其硬度會增加很大，為了減輕后期銑磨成型壓力，需要對素坯進行精細減薄處理。首先將素坯固定在精密數(shù)控車床工件架上，選擇合適的刀具，然后將熱等靜壓成型后的球罩素坯形狀及尺寸參數(shù)在數(shù)控機床電腦上構(gòu)圖，并設(shè)定去除量、去除速度、去除路徑參數(shù)，然后啟動精密數(shù)控機床，按照精密數(shù)控車床設(shè)定參數(shù)對球罩素坯進行減薄處理；該工序完成后進行測量，滿足要求后進入下一工序，如不滿足則繼續(xù)進行精密車床減薄工序。素坯精細處理工序減薄的厚度應(yīng)略大于后期銑磨成型尺寸的2-3mm。素坯精細處理完成后采用千分尺測量外形尺寸。

4)高溫?zé)Y(jié)：將減薄處理后的素坯放入高溫馬弗爐中，設(shè)定燒結(jié)溫度、升溫速率、保溫時間、降溫速率參數(shù)，然后啟動高溫馬弗爐進行高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)完成后取出球罩元件，并采用千分尺測量外形尺寸；滿足公差要求后進入下一工序，如不滿足則樣品報廢。

5)銑磨成型：球罩元件高溫?zé)Y(jié)后，硬度、強度很大，需要進行銑磨成型處理。首先根據(jù)圖紙要求設(shè)定需要銑磨的公差范圍，然后將高溫?zé)Y(jié)后的球罩元件固定在在數(shù)控光學(xué)銑磨加工中心工作臺上，然后使用固著金剛石砂輪銑磨工件，銑磨完成后采用千分尺、觸針式輪廓儀進行外型尺寸及面形檢驗，使用球徑儀測量球罩半徑并判斷銑磨誤差是否達到轉(zhuǎn)工序要求，若達到要求則進入下一步，否則重新進行銑磨加工；