Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках (1025559), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Шероховатость поверхности составила Ra 9 нм (Rz 44 нм).120Рис. 4.8. Топограмма обработанной поверхности ситалла СО115МПометодике,описаннойвпараграфе3.5,сиспользованиемнанотехнологического комплекса HeliosNanolab, был проведен контрольглубины трещиноватого слоя обработанной оптической поверхности. НаРис. 4.9, а показана заготовка, на которой отмечены зоны травления материала:z1 – исходная поверхность (Рис.
4.9, д), z2 –глубина травления 20 нм (Рис. 4.9,г),z3 –глубина травления 50 нм (Рис. 4.9,в), зона z3 –глубина травления 100 нм(Рис. 4.9 б).Как видно, при глубине более 20 нм дефекты поверхности – микроцарапины и сколы выражены менее ярко, что свидетельствует о том, что глубиназалегания трещин состаляет менее 50 нм и более 20 нм.
При глубине травленияболее 50 нм микро-царапины и сколы отсутствуют, видны только риски оталмазного зерна.Глубина трещиноватого слоя соизмерима с величиной шероховатости Rz.Поэтому при измерении величины трещиноватого слоя на различной глубинеповерхности можно видеть как следы, оставленные зернами при шлифовании,так и трещины в поверхностном слое.121а)б)в)г)д)Рис. 4.9. Результаты контроля глубины трещиноватого слоя оптическойповерхности на образце ситалла СО115М (масштаб 2 000): 1):а) общий вид образца с обозначением зон травления;б) травление глубиной 100 нм; в) травление глубиной 50 нм;г) травление глубиной 20 нм; д) исходная поверхность122На Рис.
4.10 показана заготовка из кварцевого стекла КУ1 с оптическойповерхностью, обработанной на экспериментальном стенде на базе сверхточногостанка по кинематической схеме шлифования периферией с наклоном оси круга.Характеристики алмазного круга приведены в параграфе 3.5. Режимы резанияуказаны в Таблице 12.Рис. 4.10. Образец из кварцевого стекла КУ1 с оптической поверхностью,обработанный алмазным шлифованием на экспериментальном стенде на базесверхточного станкаНа Рис.
4.11 приведена профилограмма шероховатости обработаннойоптической поверхности, полученная на профилометре MitutoyoSurftest SJ-210.Шероховатость поверхности составила Ra 11 нм (Rz 65 нм).[µm]0,040,020,00-0,02-0,040,000,020,040,060,08[mm]Рис. 4.11. Профилограмма шероховатости оптической поверхности образцакварцевого стекла КУ1: по оси абсцисс – базовая длина измерения, мм; по осиординат – шероховатость поверхности Ra, мкм123НаРис.4.12приведенатопограммаобработаннойоптическойповерхности, полученная на оптическом профилометре модели Talyserf CCL600. Шероховатость поверхности составила Ra 11 нм (Rz 34 нм).Затем по методике, описанной в параграфе 3.5, с использованиемнанотехнологического комплекса HeliosNanolab был проведен контрольглубины трещиноватого слоя обработанной оптической поверхности.Рис.
4.12. Топограмма обработанной поверхности кварцевого стекла КУ1На Рис. 4.13 показан общий вид образца с обозначением зон травления, атакже вид каждой зоны травления. Как и в случае обработки ситалла, приглубине более 20 нм дефекты поверхности практически отсутствуют, чтосвидетельствует о том, что глубина залегания трещин состаляет менее 50 нм иболее 20 нм.Для контроля используемого метода измерения глубины трещиноватогослоя были проведены эксперименты по ионно-лучевому травлению поверхностипод углом.124а)б)в)г)д)Рис.4.13.
Результаты контроля глубины трещиноватого слоя оптическойповерхности на образце кварцевого стекла КУ1(масштаб 2000:1): а) общий вид образца с обозначением зон травления;б) травление глубиной 100 нм; в) травление глубиной 50 нм;г) травление глубиной 20 нм; д) исходная поверхность125На Рис. 4.14 приведены изображения трещиноватого слоя для образцаситалла СО115М, обработанного на режимах, обеспечивающего условиярезания, указанные в Таблице 5 и для образца, обработанного на режимах,указанных в Таблице 11.Травление поверхности на Рис.
4.14 а, б проведено под углом 30° кобрабатанной поверхности на глубину 4 мкм. На Рис. 4.14,б видна трещина,которая образовалась в поверхностном слое глубиной 480 нм. На Рис. 4.14, авизуально трещины не наблюдаются, а значит глубина трещиноватого слоясоставляет не более нескольких десятков нанометров.Ионно-лучевое травление под углом к поверхности позволяет увидетьимеющиеся трещины на всей поверхности травления и является болеенаглядным, чем послойное стравливание, однако данный метод имеетзначительно большую трудоемкость, чем метод послойного стравливания, ввидубольшой глубины травления.4.4.
Сравнение расчетных и экспериментальных значенийшероховатости поверхности и глубины трещиноватого слояВ Таблицах 13 и 14 приведены данные для сравнения расчетных иэкспериментальных значений шероховатости поверхности: Ra - Rarasch , Raexp иRzrasch , Rzexp , и глубины трещиноватого слоя - Htr rasch и H tr exp по Рис. 4.7-4.9 и 4.11-4.13.Из анализа Таблиц 13 и 14 следует, что экспериментальные и расчетныезначения шероховатости больше, чем расчетные и относятся к одному, 13 классу.Это можно объяснить тем, что расчетные значения учитывают толькокинематическую составляющую шероховатости.Экспериментальные значения глубины трещиноватого слоя находятся вдиапазоне от 20 до 50 нм. Использованные экспериментальные методы непозволяют повысить точность измерения глубины трещиноватого слоя доединиц нанометров.126Исходная поверхностьЗолотое покрытиетолщиной 10 нма)Исходная поверхностьб)Рис.
4.14. Результаты контроля глубины трещиновтаого слоя образцовситалла СО115М масштаб (25 000:1):а)поверхность бразца, обработанного на режимах, указанных в Таблице 11;б) поверхность бразца, обработанного на режимах, указанных в Таблице 5127Таблица 13.Расчетные и экспериментальные значения шероховатости и глубинытрещиноватого слоя для образцов из ситалла марки СО115МГлубина трещиноватогослоя H tr , нмПараметры шероховатости поверхности, нм14119Экспериментальная0,013…0,014Расчетная3,3…3,5ОптическийпрофилометрTalyserf CCL 600RmaxПрофилометрMitutoyo SurftestSJ-210RaЭкспериментальныеRaRmaxПрофилометрMitutoyo SurftestSJ-210ОптическийпрофилометрTalyserf CCL 600Расчетные1007572443920…509Таблица 14.Расчетные и экспериментальные значения шероховатости и глубинытрещиноватого слоя для кварцевого стекла КУ-1Глубина трещиноватогослоя H tr , нмПараметры шероховатости поверхности, нм11109Экспериментальная0,014…0,016Расчетная3,5…4,1ОптическийпрофилометрTalyserf CCL 600RmaxПрофилометрMitutoyo SurftestSJ-210RaЭкспериментальныеRaRmaxПрофилометрMitutoyo SurftestSJ-210ОптическийпрофилометрTalyserf CCL 600Расчетные816750533920…5011Примечание к Таблицам 13 и 14: проведены трехкратные измеренияшероховатостипрофилометромMitutoyoSurftestSJ-210;измерения128шероховатости оптическим профилометром Talyserf CCL 600 проведены наоснове сканирования поверхности размером 1,8х1,8 мм и автоматическоговыбора сечения с наименьшим показателем Ra.4.5.
Выводы по Главе 41. В результате экспериментальных исследований были проверенырасчетные зависимости сил резания от режимов резания. Проверка показала, чторасчетные и экспериментальные значения имеют минимальные и допустимыерасхождения.Следовательно,количественноотражаетразработаннаясодержаниемодельпроцессакачественноалмазногоишлифованияповерхностей из оптических изотропных материалов.2. Экспериментально подтверждены рекомендации по выбору алмазныхкругов с зернистостью алмазоносного слоя 2/3 мкм на органической связке дляшлифования оптических поверхностей деталей из ситалла и кварцевого стекла.Разработан специальный шлифовальный круг, обеспечивающий кинематикуплоского шлифования периферией с наклоном оси круга с зернистостью 3/2 мкмна органической связке.3.
Обработанные по схеме плоского шлифования периферией с наклономоси круга образцы из ситалла СО115М и кварцевого стекла КУ1 прошлиметрологическийконтроль.Шероховатостьобработанныхповерхностейсоставила Ra 9…14 нм, что соответствует 13 классу. Для уменьшенияшероховатости до значений Ra<10 нм (оптический класс шероховатости)требуется разработать и изготовить сверхточный станок, обеспечивающийосевое биение исполнительных поверхностей шпиндельных узлов не более 0,1мкм и жесткость шпиндельных узлов более 100 Н/мкм.4.
Глубина трещиноватого слоя образцов составила 20…50 нм,экспериментальные данные практически совпадают с полученными в результатемоделирования в Главе 2 расчетными значениями. Такая минимальная глубинатрещиноватого слоя обеспечивает значительное увеличение функциональныхсвойств оптических элементов.129ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АЛМАЗНОГОШЛИФОВАНИЯ НА СВЕРХТОЧНЫХ СТАНКАХ ДЛЯ ОБРАБОТКИОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИБОРОВ5.1.
Разработка программы ЭВМ для расчета сил резания и параметровповерхностного слоя при плоском алмазном шлифовании изотропныхоптических материаловДля расчета сил резания и параметров поверхностного слоя при плоскомалмазном шлифовании периферией круга, в т.ч. с наклоном оси, в соответствиис Рис. 2.11 и 2.13 с использованием уравнений (2.1) – (2.60) была разработана изарегистрированапрограммадляЭВМ«Расчетпараметровпроцессананоразмерной обработки хрупких материалов алмазным шлифованием»(Свидетельство госрегистрации №2016661911 от 25.10.2016), работающая всреде TurboDelphi 7.
Программа позволяет:- рассчитать силы резания, действующие на единичное алмазное зерно, взависимости от толщины срезаемого слоя;- проверить действие ограничений по прочности зерна и связкиалмазоносного слоя;- рассчитать параметры поверхности алмазоносного слоя шлифовальногокруга, суммарные силы резания;-рассчитатьпараметрыкачестваобработаннойповерхности–шероховатость и глубину трещиноватого слоя.На Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
