蓝宝石半球罩外表面磨削用工装的探讨

闫嘉兴 周红园

【摘  要】随着人工蓝宝石生成工艺日趋成熟，蓝宝石在各行各业得到广泛应用，其优异的透光特性，在武器整流罩方面应用也得到大力开发。本文讨论的是半球罩在内球面磨削完毕后，在磨削外球面时，需先把磨好的内球面的半球罩与加工好的铝制工装内球面配合固定，数控机床夹紧固定有整流罩的铝工装棒再进行磨削宝石外球面。外球面磨完后，须将铝制工装与整流罩安全脱离。

【关键词】蓝宝石脆硬易裂;易溶解;易粘接;易拆卸;安全卸料

引言：

现有的铝制内胎具与宝石联接采用50℃可熔化的胶粘接固定方法，因铝与蓝宝石的热膨胀系数不同，且粘接厚度及面积不均匀。当用热水温度卸料时，铝变形迅速且比蓝宝石变形大，致使蓝宝石瞬间胀裂，造成无法挽回的损失。

因此必须研发出一种新型的固定结构来解决安全加工蓝宝石罩的问题。

一.原有整流罩、磨削用铝工装棒及磨削工艺介绍：

1.1图01：所示左前端为蓝宝石整流罩成品的三维图，它是由直径140mm长度80mm蓝宝石圆柱，经内、外面磨削成半椭球型罩是由 10000r/min高速电机上安有金刚石磨头，磨粒大小按粗磨要求选用。首先，蓝宝石圆柱夹紧在车床上，先磨内球面。

1.2车床主轴转速60r/min，磨削时粗磨削厚度不大于0.1mm（进给量大易造成宝石细微裂痕，振动时易碎裂），先将宝石内球面磨出。

1.3再将铝制内胎具粘接面车成与宝石内球面相同尺寸形状，用胶与宝石内球面粘接。见图01：车床夹紧铝工装棒右侧，再磨削宝石外球面，当宝石外球面磨完后，需要铝工装棒与宝石罩脱离。

原有的办法是用50℃水溶剂熔化胶粘接，宝石外球面磨完后用热水作溶剂溶解，使铝工装棒与宝石罩脱离。由于铝的导热及热膨胀系数比蓝宝石大，当同时置于50℃以上的热水中时，溶胶过程是缓慢进行的。而铝制工装受热先于蓝宝石罩膨胀，致使蓝宝石球罩瞬間胀裂，造成无法挽回的损失，这是原有磨削工艺存在的问题！

二.改进的磨削工装新结构及操作方法介绍（见图01）：

2.1工艺路线是：采用铝制内胎具、有机玻璃（PMMA）、宝石罩的粘接工装。鉴于蓝宝石变形小易碎裂特性，必须研发出确保无大温差变化、微形变、微内应力状态下粘接、相同条件下脱胶的结构来保证最后加工成型的蓝宝石罩安全地卸料。

2.2见图02：研发磨削蓝宝石球罩外球面新结构中铝制内胎具与蓝宝石内球面之间只连接不粘胶，铝内胎具只起到支撑蓝宝石作用。铝制内胎具与蓝宝石之间的有机玻璃作为连接介质进行的作用，铝制内胎具起到支撑蓝宝石的同时有机玻璃粘接宝石传递和承受磨削扭矩。

2.3粘接有机玻璃和铝制内胎具的胶粘剂采用A、B胶（改性丙烯酸酯胶黏剂），参照手册资料及实际试验验证很少的剂量即可粘贴牢靠，可靠性有保证。

2.4安装时：用螺钉将有机玻璃条右侧固定在铝制胎具沟槽位置上，左侧固定在黄色不锈钢连接块上，中心长螺栓拉紧左侧连接块，同时旋紧螺钉固定。再一同车成与宝石罩内球面相同的半椭球形状，使铝合金与有机玻璃处于同一曲面，有机玻璃条上开有4个孔，在满足强度同时尽量增加玻璃与溶解剂接触面积。

2.5将宝石罩内球面与组合工装外球面完全贴合，粘接面四周有环沟，以防胶粘到铝上，限半分钟内在有机玻璃指定涂胶处涂胶，再将宝石罩粘在组合工装上贴合定位面粘正。

2.6外形磨完后卸掉六个把紧有机玻璃条的螺钉，卸开右侧中心孔上长螺栓，缓慢拔出铝棒，整流罩与粘接的有机玻璃一起脱离铝制内胎具。之后再用氯仿、丙酮等溶剂溶解整流罩上的有机玻璃（PMMA），使蓝宝石罩轻易地脱离铝制内胎具。

2.7清洗蓝宝石罩：用有机溶剂溶解，经试验测得，需24h有机玻璃即可全部溶解，上部有5mm厚与整流罩相配的车削余量，下部有一排孔，孔间最薄处为3mm厚，溶剂溶解时，最薄处24h内先溶断，可大大缩短溶解时间，提高效率。

三.结论：

3.1.原有50℃溶解方案的问题：

查蓝宝石及铝合金线膨胀系数得知，当温度达到50℃以上时铝有很大的变形，铝制内胎具在蓝宝石内部，同温度加热导致蓝宝石胀裂几率很大。

3.2新结构成功的要点：

3.2.1 A、B胶接必须在23±2℃温度下混合粘接（见国标HGT 3827-2006），且最好在1min内粘完，0.5h达到强度一半，必须固化到时间24h才能达到最大强度。

3.2.2图03所示，铝工装棒和6条有机玻璃支撑体首先把紧牢固后，上车床车外凸面，与整流罩内凹面等形状后，再在6条有机玻璃支撑体椭圆面上指定部位抹胶，与宝石内凹面粘接，宝石罩不得旋转，以防铝与蓝宝石之间粘和，24h全部固化后再磨宝石外凸面到加工完成。

3.2.3宝石罩全部磨削加工完毕后，左侧卸下铝制胎具中心长螺栓及六个固定有机玻璃的螺钉，同时卸下铝棒，在有机玻璃与整流罩组合体中倒入有机溶剂，开始溶解过程，经过试验得知有机溶剂针对有机玻璃的溶解速度为单面2mm/12h，有机玻璃支撑体靠近宝石部位厚度为3mm，理论12h内可全部溶掉，保守起见，24h后整流罩内有机玻璃可全部溶解。然后将蓝宝石整流罩用清洗干净即可。

3.2.4原有工艺为粗磨、精磨分离，致使蓝宝石反复拆装，增大碎裂几率，此工装粗磨、精磨一装夹就可以加工完成。

3.3由于版面限制，具体的查表及依据没有一一列出，另附完整版论文及成品样张。

参考文献：

[1]胶黏剂助剂手册/张洪涛，黄锦霞编著.-北京：化学工业出版社，2014.6 ISBN 978-7-122-201232

[2]实用通用塑料手册/张玉龙，石磊主编.-北京：机械工业出版社，2012.6 ISBN 978-7-111-38858-6

[3]磨粒、磨具加工技术与应用/李长河，修世超编著.-北京：化学工业出版社，2012.9 ISBN 978-7-122-15019-6

五.致谢：感谢一路亦师亦友的贾东辉同志，是您的光辉照耀着我前行，让我知道工作和生活的更深意义。

（作者单位：哈尔滨新力光电技术有限公司）