锗窗口双面磨抛工艺的研究

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,锗窗口双面磨抛工艺的研究,红外特种光学技术公司超精密双面磨抛,QC,小组,概述,目前，我国超精密加工研究与应用水平还落后于工业技术发达国家，对平面零件而言，多数工厂只能完成手工研磨加工及少量产品的单面逐面抛光加工，尚存在工件加工表面平整度差、加工效率低等诸多问题。在红外光学领域，对于红外光学系统中常用的平面锗窗口，国内一般只能进行零件的单面逐面抛光，同样存在加工效率低、表面质量和平整度差等问题。随着我们公司规模和市场的不断扩大，产品订单越来越多，生产周期越来越短，现有的古典逐面加工法已不能满足市场需求。为了进一步提高红外锗窗口的加工效率，增强公司国际竞争力，公司提出了用双面研磨和抛光的方法加工红外锗窗口的思路，并于2006年先后购进兰州瑞德设备制造有限公司X61 1112B型双面研磨设备1台和X62 1112B型双面抛光设备2台。此设备的主要特点是加工时间短、速度快、质量好、效率高以及加工一致性好，可进行产品的批量生产。由于双面研磨抛光是新设备、新技术、新工艺，我们公司并没有可直接借鉴的工艺，为此，在公司领导的大力支持和关心下，我们成立了双面磨抛工艺研究创新型QC小组，对锗窗口的双面研磨和双面抛光工艺进行专题性工艺技术创新研究。,小组概况,小组名称,双面磨抛,QC,小组,类 型,创新型,课题名称,锗窗口双面磨抛工艺的研究,成立时间,2006-02,本次活动时间,2006-08,2007-08,注册号,小组成员简介,序号,姓名,职务,职称,组内分工,1,肖建国,组长,工程师,技术指导,2,卿德友,组员,工艺实验,3,乔海红,组员,工艺实验,产品需要,根据产品订货的技术指标要求，零件平行度15，光圈N=2，N=0.5,表面光洁度级。,公司要求,公司目前对锗加工已经成熟，而对于锗窗口的超精密双面磨抛工艺技术还未涉及，为拓展我公司科研和生产的方向，提高竞争能力，必须进行研究。,本部门职责,本部门为光学零件及双面磨抛工艺的编制和加工、为公司解决技术难题是本部门工艺技术人员义不容辞的职责和义务。,确定课题,锗窗口双面磨抛工艺研究,选题理由,阶段,时间,项目,2006年,2007年,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,P,选择课题,设定目标,提出各种方案,确定最佳方案,制定对策表,D,按对策表实施,C,确认效果,A,标准化,总结与今后打算,注：计划进度 实际进度,活动计划,目,标,可,性,行,分,析,组织保证,技术保证,工作经验,公司和部门领导对双面磨抛工艺研究工作极为重视、关心和支持。,小组成员中有,1,名从事超精密加工工作十多年的工程师和,2,名学习冷加工专业且从事抛光工作两年以上的组员。,小组成员从事锗窗口双面磨抛工艺的设计和生产，多次组织进行技术攻关和工艺方案改进，对新材料、新工艺、新技术和新设备的了解和应用能力很强。,目,标,可,以,实,现,b),目标可行性分析,a)确定目标,成功研制锗窗口双面磨抛工艺，光圈N3道,表面疵病B=级，平行度15,。,.,提出各种方案并确定最佳方案,双面磨抛工艺的难点在于抛光。由于锗材料较软，莫氏硬度为6.0，表面很容易产生道子，所以红外锗窗口双面磨抛技术的关键是如何获得较高的表面质量，其次是获得高质量的平面度和平行度。工作中，我们选用,35.56X2.0,mm,锗片250件在兰州瑞德设备制造有限公司X61 1112B型双面研磨和X62 1112B型双面抛光设备上进行工艺实验。,方案一：用粒度为1.0,m,的 A抛光粉 和某抛光布作为抛光辅料,将抛光布粘贴在抛光盘上，抛光粉和水按一定比例混合并加入化学试剂以调节抛光液的PH值，工艺流程如下：,开始,清洗零件,清洗设备,清洗夹具,粘贴抛光布,修抛光布,上盘,编程,专检,自检,双面抛光,不合格,方案二：用粒度为,0.5,m,的,B,抛光粉和某抛光布作为抛光辅料,将抛光布粘贴在抛光盘上，抛光粉和水按一定比例混合并加入化学试剂以调节抛光液的PH值，特别注意的是要保证水的纯净和抛光液的颗粒能够均匀的分布在抛光液里，工艺流程如下：,开始,清洗零件,清洗设备,清洗夹具,粘贴抛光布,修抛光布,上盘,编程,专检,自检,双面抛光,不合格,方案号,优点,缺点,1,1,、,加工周期短。,2,、,速度快。,3,、,加工后的零件平行度可以达到图纸要求。,1,、,表面质量差。,2,、,加工过程中很容易产生粗道子。,3,、,达不到粗抛要求。,2,1,、,表面质量好。,2,、,表面质量达到检验要求。,3,、,零件平行度较好。,4,、适合批量生产。,1,、,磨削量小。,2,、加工周期长。,评价各方案的优缺点,方案号,可行性分析,最终确定方案,1,1,、,抛光粉粒度为,1.0,m,，磨削速度快，但由于粒度较大，零件表面很容易产生较深的点点道。,2,、,抛光布是表面呈方块的某抛光布，最大的优点是在抛光液的辅助下加快零件的磨削量。,3,、,只要保证设备的清洁卫生和抛光液的浓度，抛一批零件只需一个工作日。,不选,2,1,、,抛光液粒度为,0.5,m,，粒度较小，抛出的零件表面质量好，达到,级光洁度，光圈,12,道，达到图纸要求。,2,、,抛光布是表面呈方块的某抛光布，有一定的韧性，在保证平面度的同时也保证了零件的平行度。,3,、,一个工作周期需,3,个工作日。,选择,方案可行性分析,锗,窗,口,双,面,磨,抛,工,艺,选择抛光布,选择抛光液,工艺参数的优化,选用进口材质,选用硬度较软材料,选用方块结构,选用粒度为,0.5m,抛光粉和纯水配制,选用合适的工艺参数：抛光压力、流量、转速和抛光温度等,根据工艺流程对方案,2,中的难点进行分析,序,号,计划内容,对策,目标,措施,地点,完成时间,负责人,1,选用进口,材料,通过查找,资料分析,硬度适中最佳,分析对比选择符合要求的材料,超精密磨抛中心,2006,年,10,月,肖建国,选用抛光粉辅料,选择各种粒度进行实验,粒度越小颗粒越均匀越好,通过实验选择最佳抛光粉,超精密磨抛中心,2006,年,10,月,肖建国,选用抛光布结构,通过查找资料分析,磨削量越快越佳,通过工艺实验确定,超精密磨抛中心,2006,年,10,月,乔海红,2,抛光液的配制,通过工艺实验确定,浓度适合最佳,通过工艺实验确定,超精密磨抛中心,2006,年,10,月,卿德友,3,工艺参数的优化,通过查找资料分析,磨削量快且不会使零件表面产生粗道子,通过工艺实验确定,超精密磨抛中心,2006,年,10,月,卿德友,对策表,对策实施,锗窗口的双面磨抛工艺包括研磨、粗抛光和精抛光两部分，研磨主要包括配制研磨液、零件上盘、编程、双面研磨等步骤。粗抛光主要包括配制抛光剂、编程、修抛光盘、零件上盘、编程、双面抛光等步骤。精抛光的步骤和粗抛光大致相同。,1、主要步骤,1、1 研磨,1）配制研磨液：把研磨剂和水按一定比例混合；,2）零件上盘：将待研磨零件放入游星轮内；,3）编制程序：根据零件的尺寸，编制相应的加工程序；,4）双面研磨：将零件上盘，检查零件是否放置正确，开启水泵，启动加工程序，进入正常加工状态；,1、2 粗抛光,1）配制抛光液：把抛光剂和纯水按一定比例混合并搅拌均匀；,2）零件上盘：将待抛光零件放入游星轮内；,6）双面抛光：将零件上盘，检查零件是否放置正确，开启水泵，启动加工程序，进入正常加工状态。抛光过程中对锗窗口依次按轻压P1、中压,P2、重压P3、修研P4四段加压抛光，参见表；,磨盘的修正,轻压,中压,重压,修研,时间,（,min,）,30,55,45,90,85,170,30,80,压力,P(kg),25,45,30,60,55,85,35,50,速度,(r/min),55,115,100,170,150,220,75,140,磨盘的修正参数,1、3,精抛光,更换抛光布和抛光液，按粗抛光类似的步骤，完成零件的精抛光。,2、辅助工装游星轮的设计,游星轮是双面研磨和抛光工艺中最重要的工装，形式如图6所示，零件放置在游星轮的孔中，孔的大小根据不同零件的形状和尺寸决定，需要注意的是，零件和孔的间隙要适中，不能太紧，妨碍零件在其中运动，也不宜过大。另外，对机加完工后的游星轮还应使用双面研磨机进行研磨。,游星轮示意图,工艺参数的优化,红外锗窗口双面磨抛技术的关键是如何获得较高的表面质量，其次是获得高质量的平面度和平行度。影响锗窗口表面质量和平面度的因素大致有以下几方面：,1）抛光液的成分、粒度和PH值；,2）抛光布的材质、硬度、结构；,3）抛光工艺参数（抛光压力、流量、转速和抛光温度等）。,只有选用合适的抛光液和抛光布，并对工艺参数进行优化，才能加工出满足要求的产品。经过多种抛光布实验，最终选用某抛光布作为粗抛抛光布，做出的零件表面比较好。优化后的工艺参数见表。零件加工完毕，进行自检，在达到一定的光圈和光洁度要求后，再选用专用的抛光液和抛光布，用同样的工艺参数，进一步精抛，最终完成零件加工。,精磨,抛光,轻压,中压,重压,修研,轻压,中压,重压,修研,时间,（,min,）,22-32,28-55,40-70,20-30,18-40,42-95,70-110,15-32,压力,P(kg),15-33,25-70,55-79,20-30,18-35,30-70,55-78,28-55,速度,(r/min),30-55,40-120,95-165,65-130,43-95,80-120,110-150,20-50,优化后的工,优,艺参数,效果检验,使用美国 Z,ygo,激光干涉仪对,35.5,6,mm,的锗窗片进行面形检测，图为典型的面形检测结果。,从图可知，采用双面抛光加工的,35.5,6,mm,锗窗口，面形RMS值为0.43光圈，面形PV值在1道圈左右，适合批量加工。如果仅考虑通光口径，则面行会更好。与常规单面抛光相比，双面抛光均有微量的塌边现象,。,使用10倍放大镜进行表面质量检验，表面疵病B=V，满足使用要求。,平行度用新天JJ2型数字式2光学分度头进行检测，测角精度2。测量结果两面的平行度为2。,工艺试验成功后进行了批量生产，2007年4月公司对锗窗口双面磨抛进行了工艺鉴定，获通过。至月底批量生产合格为245件，为公司节约了大量人力、物力的投入，降低生产成本，缩短生产周期，生产效率得到很大的提高，,极大地提高了公司的经济增长点。,规格（材料）,数量,25.4,Si,104+470+120件,25.4,Ge,1197+500+500件,37.5,Ge,1300,件,35.56,Ge,2568,件,151 Si,5,件,165 Si,24,件,50.8 Ge,122+60+250件,89 Ge,50,件,101.6 Si,145,件,246X179X8.0 Si,22,件,246X179X8.0 Ge,12,件,38,Ge,510+1500件,190,10件,114,66件,152X120X6.54,100件,20,350件,35.3,Ge,50+500件,总计,10535件,注：截止08年4月21日,标准化及巩固措施,我们将本次锗窗口双面磨抛工艺研究成果进行了整理，把有效措施纳入管理，把成果变为标准，用于指导生产，提高生产效率。,总结及下一步打算,我们将本次工艺实验的资料交工艺技术部存档备案，并继续进行锗窗口双面磨抛的生产工作，发现问题及时记录、处理后存档备案；组织生产人员学习总结新技术，严格执行工艺操作规程和相关技术标准。本次活动我们运用新技术、新方法、新思维对锗窗口的双面磨抛进行工艺实验，遵循PDCA开展活动，取得了很大的成功，效果明显。,下一步我们将把,“,提高锗窗口的双面磨抛一次交验合格率,”,作为课题，不断提高产品质量，促进公司又好又快的发展。,谢谢大家！,