[发明专利]球罩光学元件的加工方法

说明书

一种球罩光学元件的制造方法，该方法包括：原材料定比混合、热等静压成型、素坯精细处理、高温烧结、铣磨成型、细磨、化学机械抛光、清洗并存储等工序。本发明将元件坯料烧结与精密制造融合在一起，实现了球罩元件的高精度加工，解决了目前球罩元件加工硬度大、加工效率低、容易变形、面形极难控制的难点，具有加工精度高、加工效率高的特点。

技术领域

本发明涉及光学元件加工，特别是一种球罩光学元件的加工方法。

背景技术

随着红外制导空空导弹的不断升级创新，要求空空导弹在高速飞行的过程中，不仅要保证高清晰成像质量，还要能够承受高温、高压以及恶劣天气等环境因素的不利影响，因此红外球罩材料必须同时具有良好的光学、机械、耐热、耐腐蚀等材料性能。目前新兴的红外陶瓷球罩元件是其中的首选材料。但是该类材料具有极高的硬度和较低的断裂韧性，在采用传统切削方法加工时，一方面刀具磨损严重，加工效率很低，另一方面容易出现材料断裂破坏和损伤等问题，是目前学界公认的难加工材料，也是阻碍其大规模工程应用的主要问题。本发明综合考虑该类元件从坯料制作到精密抛光的整个流程线，主要包括原材料定比混合、热等静压成型、高温烧结、铣磨成型、细磨、化学机械抛光、清洗并存储等工序。从该流程线发现：球罩材料高温烧结前后的硬度变化很大，而该类材料的高硬度也是影响其加工效率的主要因素。因此，本专利在高温烧结前增加素坯精细处理工序，在球罩硬度增加之前采用精密数控车床进行适当的减薄处理，减轻后期铣磨成型的压力，极大提高了该类元件的加工效率。

该发明从球罩元件的整个生产流程线出发，通过增加精细处理工序，大大提高了加工效率，可以在后期推广使用。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种球罩光学元件的加工方法，本发明将元件坯料烧结与精密制造融合在一起，实现了球罩元件的高精度加工，解决了目前球罩元件加工硬度大、加工效率低、容易变形、面形极难控制的难点，具有加工精度高、加工效率高的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种球罩光学元件的加工方法，其特点在于，包括以下步骤：

1)原材料定比混合：首先根据球罩元件最终性能指标、重量及设定尺寸进行球罩粉体材料比例及重量计算(一般包括球罩主材、辅材和粘合剂)，并按照计算结果进行称重、混合，最终得到均匀的粉体；

2)热等静压成型：把均匀的粉体放入热等静压成型设备中，设定温度、升温速率以及压力参数，然后启动设备进行热等静压成型；成型后取出球罩素坯，并利用千分尺进行尺寸测量，并查看有无裂纹等缺陷，满足要求后移交下一工序；

3)素坯精细处理：素坯成型后厚度较大，但硬度较低；而经过高温烧结后其硬度会增加很大，为了减轻后期铣磨成型压力，需要对素坯进行精细减薄处理。首先将素坯固定在精密数控车床工件架上，选择合适的刀具，然后将热等静压成型后的球罩素坯形状及尺寸参数在数控机床电脑上构图，并设定去除量、去除速度、去除路径参数，然后启动精密数控机床，按照精密数控车床设定参数对球罩素坯进行减薄处理；该工序完成后进行测量，满足要求后进入下一工序，如不满足则继续进行精密车床减薄工序。素坯精细处理工序减薄的厚度应略大于后期铣磨成型尺寸的2-3mm。素坯精细处理完成后采用千分尺测量外形尺寸。

4)高温烧结：将减薄处理后的素坯放入高温马弗炉中，设定烧结温度、升温速率、保温时间、降温速率参数，然后启动高温马弗炉进行高温烧结，高温烧结完成后取出球罩元件，并采用千分尺测量外形尺寸；满足公差要求后进入下一工序，如不满足则样品报废。

5)铣磨成型：球罩元件高温烧结后，硬度、强度很大，需要进行铣磨成型处理。首先根据图纸要求设定需要铣磨的公差范围，然后将高温烧结后的球罩元件固定在在数控光学铣磨加工中心工作台上，然后使用固着金刚石砂轮铣磨工件，铣磨完成后采用千分尺、触针式轮廓仪进行外型尺寸及面形检验，使用球径仪测量球罩半径并判断铣磨误差是否达到转工序要求，若达到要求则进入下一步，否则重新进行铣磨加工；