Механическая обработка заготовок оптических деталей

Оптическая деталь получается не на одном станке, а на цепочке операций. На каждом шаге снимается свой слой материала, и ошибка на раннем этапе потом не исправляется полировкой: межзеренная граница или скол в заготовке останутся в детали, как её ни доводи.

Около 90 % трудоёмкости всего технологического процесса обработки оптических деталей приходится на шлифование и полирование поверхностей. И при шлифовании, и при полировании материал разрушается, и в том же процессе образуется новая поверхность, которая отличается от исходной. Поэтому режимы подбирают под конкретный материал и форму, а не «по среднему».

Что считаем заготовкой

Заготовка — это материал с припуском, из которого получится деталь. Припуск назначают так, чтобы снять деформированный слой после резки и выйти на номинал по толщине и радиусу.

Заготовку делают из блока или слитка монокристалла, из пластины, из отливки или из трубки. Для плоских деталей чаще берут пластину, для линз — блок, который сначала режут на куски, а потом обдирают до нужного радиуса.

Перед обработкой деталь крепят. Стекло и кристаллы садят на смолу, воск или оптический клей — так, чтобы деталь не «поплыла» под давлением полировальника. Слабый крепёж даёт местную ошибку формы, которую потом спишут на полировку. На смолу садят сериями, в блок: так проще держать одинаковую толщину по всей партии.

Этапы обработки

Самая тяжёлая часть — переход с грубого абразива на мелкий. Деталь после обдирки нужно отмыть, иначе одно крупное зерно понесёт царапину по всей партии. У нас на участке это отдельная операция с ультразвуковой ванной.

Чем снимаем материал

Закреплённые абразивные зёрна работают быстрее свободных. Алмазные круги на металлической связке дают самый большой съём на обдирке и лучше держат форму радиусного инструмента. Для тонких операций переходят на суспензии: зерно в жидкости само ориентируется по поверхности и меньше выкрашивает кромку.

Полируют по-разному, в зависимости от материала:

• Стекло К8, ЛК5, кварцевое стекло — смоляной или полиуретановый полировальник с коллоидным кремнезёмом. Так убирают дефекты и получают ровную поверхность без «ямы» в центре.
• ZnSe, ZnS — мягкие ИК-материалы, склонны к царапинам. Тут выигрывает мягкий полировальник и мелкая алмазная суспензия, давление полировальника ниже, иначе появляется «шубка» — рассеивающий слой.
• Кремний и сапфир — твёрдые, съём идёт медленно, главное не перегреть деталь и не оставить деформационный слой. Для кремния после механической обработки полезно химико-механическое доведение.
• CaF₂, MgF₂, BaF₂ — хрупкие и анизотропные по твёрдости. Кромки скалываются, поэтому фаску снимают раньше полировки, а не после.
• NaCl, KBr, KCl — водорастворимые. Водные суспензии и мойка исключены: работают на неводных составах, деталь хранится в эксикаторе запечатанной.

Что контролируем

Форма поверхности описывается двумя параметрами, и путать их нельзя:

• N — общая ошибка формы, отклонение радиуса кривизны от номинала. Считают в кольцах Ньютона на длине волны 632,8 нм.
• ΔN — местная ошибка формы, локальное отклонение поверхности от сферы. Считают в долях кольца.
• Класс чистоты — по ГОСТ 11141-84: число и размер царапин и сколов на поверхности.

Шероховатость исполнительных поверхностей после полировки лежит в пределах Rz 0,1–0,05 мкм (ГОСТ 2789-73). Полированные поверхности дают отклонение по стрелке кривизны меньше 2,5 мкм и по форме меньше 0,5 мкм.

Проверяют форму на интерферометре и пробным стеклом, чистоту — под микроскопом или лупой с подсветкой. На каждую деталь у нас оформляется паспорт с фактическими параметрами.

Что чаще всего выходит из строя

Три дефекта, которые уходят в брак, если не поймать их вовремя:

1. Выкрашивание кромки. Появляется на обдирке и на тонкой шлифовке у хрупких материалов. Лечится правильно назначенной фаской.
2. Деформационный слой. После грубого алмазного съёма под полированной поверхностью остаётся нарушенный слой. Если его не снять тонкой шлифовкой, деталь «плывёт»: форма уходит уже после контроля.
3. Царапины на мягких ИК-материалах. Причина одна — зерно, оставшееся на детали или на полировальнике. Отсюда жёсткий порядок мойки между операциями.

Материалы, с которыми работаем

Режем, шлифуем и полируем почти весь оптический набор: кварцевое стекло КУ-1, КУ-2, КВ, КИ, стекло К8 и ЛК5, селенид цинка ZnSe, сульфид цинка ZnS, кремний, фторид кальция CaF₂, лейкосапфир Al₂O₃, фторид магния MgF₂, а также кристаллы галогенидов.

Из заготовок выходят оптические окна, линзы, клинья, призмы и светоделители. Дальше деталь уходит на нанесение покрытий или на склад готовой продукции.

Работа по чертежам

Деталь делаем по вашему чертежу или по образцу. В чертеже нам важны: материал и марка, размеры с допусками, форма поверхности в N и ΔN, класс чистоты, требования к фаскам и покрытию. Если чего-то из этого нет, инженер уточнит и предложит варианты, а не станет угадывать.

Отдельно занимаемся изготовлением точной оптики по чертежам заказчика и полировкой оптических деталей, включая ту, что пришла от заказчика.

Частые вопросы

Как заказать

1. Пришлите чертёж или образец на info@m-progress.ru. Если чертежа нет — напишите задачу: что за деталь, где работает, из какого материала.
2. Инженер проверит технологичность и предложит вариант изготовления.
3. Согласуем параметры и запустим деталь в производство.
4. Отгрузим с паспортом на каждую деталь.

Контакты

ООО «М-Прогресс», Санкт-Петербург, пр. Обуховской обороны, 45 лит. ДА, пом. 4 Телефоны: +7 (812) 309-22-23, +7 (921) 634-25-08 (ПН–ВС 9:00–21:00) Email: info@m-progress.ru Все контакты и реквизиты