无蜡上盘加工Nd：YAG激光晶体板条

无蜡上盘加工Ｎｄ：ＹＡＧ激光晶体板条　徐　斌，王国强，皱武应　（成都东骏激光有限责任公司，四川成都６１１６３０）　摘　要：本文以Ｎｏ．２，ＢＩｌｌ０　２０”Ｎｄ：ＹＡＧ激光板条为例，介绍了无蜡上盘加工Ｎｄ：ＹＡＧ激光晶体板　条的加工方法，通过对上盘工艺的改进，有效地去除了胶结变形、热变形对零件面型的影响，解决了由于　胶结上盘，下盘后板条面型变化的问题，本方法也适用于其他材质的大直径薄形光学零件的加工。　关键词：激光板条；无蜡上盘；零件面型　中图分类号：ＴＧ　１５　文献标志码：Ｂ　ＸＵ　Ｂｉｎ。ＷＡＮＧ　Ｇｕｏｑｉａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｗｕｙｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｎｄ：ＹＡＧ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｓｌａｂ　ｗｉｔｈ　Ｎｏ　Ｗａｘ　Ｐｌａｔｅ　（Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｄｏｎｇｊｕｎ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１１６３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔａｋｅｓ　ＮＯ．２，Ｂ　ＩＩ１　０２０”Ｎｄ：ＹＡＧ　ｌａｓｅｒ　ｓｌａｂ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｗａｘ　ｐｌａｔｅ　Ｎｄ：ＹＡＧ　ｌａｓｅｒ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｌａｂ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｅ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｃｅ—　ｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆａｃｅ　ｏｆ　ｐａｒｔｓ，ｃｈａｎｇｅｄ　ｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌａｂ　ｔＯ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｔＯ　ｏｔｈｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｌａｒｇｅ—ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｔｈｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐａｒｔｓ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｌａｓｅｒ　ｓｌａｂ，Ｎｏ　ｗａｘ　ｐｌａｔｅ，Ｐａｒｔｓ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｈａｐｅ　板条激光器由于具有抽运均匀、面冷却好、可得　可以看到，板条下盘后光圈变化很大，并且不规则。　到较好的光束质量和较高的平均输出功率等优点，　受到人们的高度重视，在国内外发展迅速。激光晶　体板条作为板条激光器的重要工作零件，对其加工　指标提出了更高的要求，对于大平面薄形激光板条，　加工过程中的大面光圈下盘后变形已经成为加工过　程中的一个亟待解决的难题，我们采用无蜡上盘方　法，有效地解决了这个问题，达到了预期效果。　一　图　盘上面型干涉图　图　盘下面型干涉图　１．２　引起光圈变形的几个因素ｎ　１．２．１　上盘中的胶结变形　薄形零件成盘加工常采用浸蜡上盘法，一般对　１　试验　１．１　激光板条加工存在的问题　薄形光学零件一般厚度与长度（或直径）比大于　１：１５，在加工过程中通常会出现由于胶结拉力、温　度变化及其他外力影响而引起零件表面面型变化，　达不到设计的面型精度要求，本次加工的激光板条　长厚比达到１：３５以上，因此大面胶结上盘，加工后　下盘光圈变化大。图１为板条加工完成时在盘上的　克服薄形零件变形也能起到较满意的效果，但浸蜡　上盘过程是一个加热和冷却的过程，在此过程中有　松香蜡的凝固作用，因此上盘前和上盘后零件内部　应力状况是不同的。上盘前零件摆在加热板上，零　面型干涉图，图２为板条下盘后的面型干涉图，由图２　绿色生产的要求越来越高，也将进一步促进干式切　削技术的发展，干式切削刀具将越有前途，在制造领　域将得到更为广泛的应用。　件的重力和垫板的支撑力相互平衡，可以认为零件　（４）：１４３　１４４．　［３］周伟．干式切削刀具技术［Ｊ］．机械设计与制造，２００８　（１）：１９４—１９５．　参考文献　［１］吴克忠，陈永洁，朱丹丹．干式切削及其刀具技术［Ｊ］．硬　质合金，２００５（３）：４７—５０．　作者简介：吴良芹（１９７５一），男，工程师，主要从事车辆工程、　机械工程方面的研究。　收稿日期：２０１０年２月５日　［２３王长春．干式切削刀具技术及应用［Ｊ］．煤矿机械，２００７　责任编辑王亚昆　・５２・　《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究　２０１０年　第７期　的受力是平衡的。但垫板被加热时，零件同时被加　热，当加热到适当温度后，停止加热，这时由于上表　面向外散热，零件上表面和下表面产生温差，形成温　度梯度，上表面温度低于下表面温度，因为膨胀程度　不同，零件四周向上弯曲，如图３所示。其实这种状　态在开始加热时就出现了，浸蜡后蜡充满了零件和　ＹＡＧ晶体。　２无蜡上盘解决方案　采用无蜡上盘方案，具体方法如图６所示，将圆　形方孔夹具１放入带挡圈的胶膜模具３中，１可在　模具中自由旋转；板条２放在圆形方孔夹具１的方　垫板的间隙，在冷却过程中零件上下表面的温差随　温度的下降而变小，因而零件由图４中弧线２的状　态向１的状态恢复，但由于浸蜡凝固而不能恢复到　１的状态，成为状态１和２之间的状态３，如果这个　孔中，板条在方孑Ｌ中有３～５丝的活动余量，可保证　板条在方孔中无夹持应力。加工方法和二轴机方法　相同，如图７所示，加工时转速和摆速要慢，抛光模开　方槽，以减少热应力的影响，加工结果见图８、图９。　方孔蒯彤夹具　状态的零件加工好下盘，蜡的作用力消失，零件就会　向１的状态恢复，显然零件下盘后，表面会比在盘上　凸一些。实际加工过程中胶结变形很复杂，不易控　制。　，　胶睽模具　一图６无蜡上盘　图７在二轴机上加工　Ｉ／／／／／／／／／Ｉ　Ｉ　／／／　／／／／／／Ｊ　图３　光学零件上盘受　热膨胀状态　图４　光学零件上盘随温　度下降恢复状态　１．２．２　热变形　零件抛光一段时间后，由于零件与抛光盘的相　互运动，会产生热量，这种热量影响被加工零件自身　上、下表面温度差异，产生温度梯度，从而导致零件　图８干涉图　图９干涉图　３　结语　１）因为上盘无胶结，有效地消除了胶结应力，　下盘后板条面型无变化。　２）减小转速和摆速，抛光模具开槽，可降低热　应力的影响。　表面面型精度发生微量变化，这种微量变化使零件　表面产生突状变形，这种突状变形放置一段时间后　会渐渐趋于变低，如图５所示。如果抛光过程中零　件表面温度升高△ｆ℃，并且在平行平面的垂直方向　的温度分布呈线性，则在抛光表面微小变形量△　用下式表示：　△　一　・ｄ・△ｆ／（８ｄ）　３）由于板条在夹具中跟随着夹具在有挡圈的　胶膜模具中自由旋转，使得抛光时板条的运行轨迹　更加复杂，可以提高板条加工的面型精度。　４）上、下盘简单，节省加工时间，夹具和板条研　磨后在盘下清洗，不会把砂粒带入研磨工序。　５）加工过程中直接盘下检测，检测结果更加可　靠。　式中，｛６为零件口径；ａ为材料的线膨胀系数；ｄ为　零件厚度。　从上式可以看出，零件厚度越薄、直径越长，则　变形量越大。　参考文献　ＩＬｌ田守信．高精度及特种光学零件制造与检测［Ｊ］．长春光　圈５材料的热变形　学精密机械学院．１９８３，３３：９７－９８．　１．２．３材料内应力引起的光圈变形　光学材料的内应力表征为材料的折射率、热膨　胀系数等不一致的程度，在加工薄形光学零件时，内　应力大的材料，抛光面各处由于热膨胀系数的不一　致而造成抛光不均匀，并且完工的光学零件经过一　作者简介：徐斌（１９７２一），男，硕士，主要从事凝聚态物理学方　面的研究。　收稿日期：２００９年ｌ２月２２日　责任编辑王亚昆　段时间后，由于温度的影响，表面精度也会降低，所　以要加１二高精度的表面．就要选用退火良好的Ｎｄ：　《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究　２０１０年　第７期　・５３・