藍寶石半球罩外表面磨削用工裝的探討

閆嘉興 周紅園

【摘 ?要】隨著人工藍寶石生成工藝日趨成熟，藍寶石在各行各業(yè)得到廣泛應用，其優(yōu)異的透光特性，在武器整流罩方面應用也得到大力開發(fā)。本文討論的是半球罩在內(nèi)球面磨削完畢后，在磨削外球面時，需先把磨好的內(nèi)球面的半球罩與加工好的鋁制工裝內(nèi)球面配合固定，數(shù)控機床夾緊固定有整流罩的鋁工裝棒再進行磨削寶石外球面。外球面磨完后，須將鋁制工裝與整流罩安全脫離。

【關(guān)鍵詞】藍寶石脆硬易裂;易溶解;易粘接;易拆卸;安全卸料

引言：

現(xiàn)有的鋁制內(nèi)胎具與寶石聯(lián)接采用50℃可熔化的膠粘接固定方法，因鋁與藍寶石的熱膨脹系數(shù)不同，且粘接厚度及面積不均勻。當用熱水溫度卸料時，鋁變形迅速且比藍寶石變形大，致使藍寶石瞬間脹裂，造成無法挽回的損失。

因此必須研發(fā)出一種新型的固定結(jié)構(gòu)來解決安全加工藍寶石罩的問題。

一.原有整流罩、磨削用鋁工裝棒及磨削工藝介紹：

1.1圖01：所示左前端為藍寶石整流罩成品的三維圖，它是由直徑140mm長度80mm藍寶石圓柱，經(jīng)內(nèi)、外面磨削成半橢球型罩是由 10000r/min高速電機上安有金剛石磨頭，磨粒大小按粗磨要求選用。首先，藍寶石圓柱夾緊在車床上，先磨內(nèi)球面。

1.2車床主軸轉(zhuǎn)速60r/min，磨削時粗磨削厚度不大于0.1mm（進給量大易造成寶石細微裂痕，振動時易碎裂），先將寶石內(nèi)球面磨出。

1.3再將鋁制內(nèi)胎具粘接面車成與寶石內(nèi)球面相同尺寸形狀，用膠與寶石內(nèi)球面粘接。見圖01：車床夾緊鋁工裝棒右側(cè)，再磨削寶石外球面，當寶石外球面磨完后，需要鋁工裝棒與寶石罩脫離。

原有的辦法是用50℃水溶劑熔化膠粘接，寶石外球面磨完后用熱水作溶劑溶解，使鋁工裝棒與寶石罩脫離。由于鋁的導熱及熱膨脹系數(shù)比藍寶石大，當同時置于50℃以上的熱水中時，溶膠過程是緩慢進行的。而鋁制工裝受熱先于藍寶石罩膨脹，致使藍寶石球罩瞬間脹裂，造成無法挽回的損失，這是原有磨削工藝存在的問題！

二.改進的磨削工裝新結(jié)構(gòu)及操作方法介紹（見圖01）：

2.1工藝路線是：采用鋁制內(nèi)胎具、有機玻璃（PMMA）、寶石罩的粘接工裝。鑒于藍寶石變形小易碎裂特性，必須研發(fā)出確保無大溫差變化、微形變、微內(nèi)應力狀態(tài)下粘接、相同條件下脫膠的結(jié)構(gòu)來保證最后加工成型的藍寶石罩安全地卸料。

2.2見圖02：研發(fā)磨削藍寶石球罩外球面新結(jié)構(gòu)中鋁制內(nèi)胎具與藍寶石內(nèi)球面之間只連接不粘膠，鋁內(nèi)胎具只起到支撐藍寶石作用。鋁制內(nèi)胎具與藍寶石之間的有機玻璃作為連接介質(zhì)進行的作用，鋁制內(nèi)胎具起到支撐藍寶石的同時有機玻璃粘接寶石傳遞和承受磨削扭矩。

2.3粘接有機玻璃和鋁制內(nèi)胎具的膠粘劑采用A、B膠（改性丙烯酸酯膠黏劑），參照手冊資料及實際試驗驗證很少的劑量即可粘貼牢靠，可靠性有保證。

2.4安裝時：用螺釘將有機玻璃條右側(cè)固定在鋁制胎具溝槽位置上，左側(cè)固定在黃色不銹鋼連接塊上，中心長螺栓拉緊左側(cè)連接塊，同時旋緊螺釘固定。再一同車成與寶石罩內(nèi)球面相同的半橢球形狀，使鋁合金與有機玻璃處于同一曲面，有機玻璃條上開有4個孔，在滿足強度同時盡量增加玻璃與溶解劑接觸面積。

2.5將寶石罩內(nèi)球面與組合工裝外球面完全貼合，粘接面四周有環(huán)溝，以防膠粘到鋁上，限半分鐘內(nèi)在有機玻璃指定涂膠處涂膠，再將寶石罩粘在組合工裝上貼合定位面粘正。

2.6外形磨完后卸掉六個把緊有機玻璃條的螺釘，卸開右側(cè)中心孔上長螺栓，緩慢拔出鋁棒，整流罩與粘接的有機玻璃一起脫離鋁制內(nèi)胎具。之后再用氯仿、丙酮等溶劑溶解整流罩上的有機玻璃（PMMA），使藍寶石罩輕易地脫離鋁制內(nèi)胎具。

2.7清洗藍寶石罩：用有機溶劑溶解，經(jīng)試驗測得，需24h有機玻璃即可全部溶解，上部有5mm厚與整流罩相配的車削余量，下部有一排孔，孔間最薄處為3mm厚，溶劑溶解時，最薄處24h內(nèi)先溶斷，可大大縮短溶解時間，提高效率。

三.結(jié)論：

3.1.原有50℃溶解方案的問題：

查藍寶石及鋁合金線膨脹系數(shù)得知，當溫度達到50℃以上時鋁有很大的變形，鋁制內(nèi)胎具在藍寶石內(nèi)部，同溫度加熱導致藍寶石脹裂幾率很大。

3.2新結(jié)構(gòu)成功的要點：

3.2.1 A、B膠接必須在23±2℃溫度下混合粘接（見國標HGT 3827-2006），且最好在1min內(nèi)粘完，0.5h達到強度一半，必須固化到時間24h才能達到最大強度。

3.2.2圖03所示，鋁工裝棒和6條有機玻璃支撐體首先把緊牢固后，上車床車外凸面，與整流罩內(nèi)凹面等形狀后，再在6條有機玻璃支撐體橢圓面上指定部位抹膠，與寶石內(nèi)凹面粘接，寶石罩不得旋轉(zhuǎn)，以防鋁與藍寶石之間粘和，24h全部固化后再磨寶石外凸面到加工完成。

3.2.3寶石罩全部磨削加工完畢后，左側(cè)卸下鋁制胎具中心長螺栓及六個固定有機玻璃的螺釘，同時卸下鋁棒，在有機玻璃與整流罩組合體中倒入有機溶劑，開始溶解過程，經(jīng)過試驗得知有機溶劑針對有機玻璃的溶解速度為單面2mm/12h，有機玻璃支撐體靠近寶石部位厚度為3mm，理論12h內(nèi)可全部溶掉，保守起見，24h后整流罩內(nèi)有機玻璃可全部溶解。然后將藍寶石整流罩用清洗干凈即可。

3.2.4原有工藝為粗磨、精磨分離，致使藍寶石反復拆裝，增大碎裂幾率，此工裝粗磨、精磨一裝夾就可以加工完成。

3.3由于版面限制，具體的查表及依據(jù)沒有一一列出，另附完整版論文及成品樣張。

參考文獻：

[1]膠黏劑助劑手冊/張洪濤，黃錦霞編著.-北京：化學工業(yè)出版社，2014.6 ISBN 978-7-122-201232

[2]實用通用塑料手冊/張玉龍，石磊主編.-北京：機械工業(yè)出版社，2012.6 ISBN 978-7-111-38858-6

[3]磨粒、磨具加工技術(shù)與應用/李長河，修世超編著.-北京：化學工業(yè)出版社，2012.9 ISBN 978-7-122-15019-6

五.致謝：感謝一路亦師亦友的賈東輝同志，是您的光輝照耀著我前行，讓我知道工作和生活的更深意義。

（作者單位：哈爾濱新力光電技術(shù)有限公司）