論述超硬防護罩外表面磨削工裝

周紅園 閆嘉興

摘要：隨著人工藍寶石生成工藝日趨成熟，藍寶石在各行各業得到廣泛應用，其優異的透光特性，在武器整流罩方面應用也得到大力開發。

關鍵詞：藍寶石脆硬易裂 ?鋁合金易切削 ?有機玻璃

本論文討論的是半球整流罩在內球面磨削完畢，要磨外球面時，怎么可以實現在保持工件完整的情況下，完成整流罩的外圓磨削。本論文探討的就是一種新型的結構，保證無溫度、無變形、無內應力狀態下粘使整流罩與工裝分離，保證整流罩不碎裂。

一、原有整流罩、磨削用鋁工裝棒及磨削工藝介紹

圖01所示為藍寶石整流罩三維圖，是由直徑140長度80藍寶石圓柱，經內、外面磨削成半橢球型罩。

先磨里面，再將鋁工裝棒（2A12）車成與寶石內球面相同尺寸形狀，用二合一膠與寶石內球面粘接，車床夾緊鋁工裝棒左側，再磨削寶石外球面。

當寶石外球面磨完后，把鋁工裝棒與寶石罩脫離，寶石外球面磨完后用熱水化膠，使鋁工裝棒與寶石罩脫離。由于鋁變形迅速切比藍寶石變形大，若鋁不小心先加熱，致使藍寶石會瞬間脹裂，造成無法挽回的損失，這是原有工藝存在的問題！

二、磨削新結構及操作方法

鑒于藍寶石變形小易碎裂特性，必須研發出一種新型的工裝結構，保證無溫度，無變形，無內應力狀態下粘接，同等條件脫膠。

以下是研發磨削整流罩外球面新結構：

1、鋁工裝棒與藍寶石內球面之間只配合不粘膠，鋁工裝棒起到支撐寶石作用。

2、鋁工裝棒與藍寶石之間用有機玻璃作為連接中介進行粘膠固定，鋁工裝棒起到支撐藍寶石作用同時，用有機玻璃與寶石傳遞磨削扭矩。

3、磨削加工完后，鋁工裝棒可自由卸下，粘有有機玻璃的寶石放入容器內灌入丙酮等有機溶劑，密封24h后粘在寶石上的有機玻璃完全溶解，使寶石完美脫離工裝。

三、本工裝新結構如下：

a.首先將鋁棒材車削成下圖02紫色結構

b.有機玻璃粘接環加工成圖02綠色結構

c.有機玻璃圓螺母加工成圖02米黃色結構

d.如圖02所示組裝一起，用長螺栓拉緊有機玻璃圓螺母，用6個螺釘固定有機玻璃粘接環。

圖02鋁棒材、粘接環、圓螺母三件組合

e.將組合件安到數控車床上，按寶石罩內半球表面配車，要求配合間隙不得大于0.05mm。

f. 組合件右側兩紅色球面及紫色端面為有機玻璃面，該三面用302膠涂抹均勻，半分鐘內迅速與寶石罩粘貼牢固，尤其寶石端面貼實，立式放置固化24h。

g.固化后，開始磨外球面.

h. 寶石罩及有機玻璃件，放置在有氯仿溶劑的容器中溶解，需要24h，溶解后寶石罩清洗，干燥，即得寶石罩成品。

一.新舊結構設計的問題解答

1.原有50°熔化的二合一膠粘接問題

查藍寶石及鋁合金線膨脹系數得知，藍寶石系數5.8x10-6/Co，鋁合金系數24.5x10-6/Co. 。當達到50°以上時鋁有很大的變形，鋁工裝棒在藍寶石內部，同溫度加熱導致藍寶石脹裂幾率很大。

2.新結構粘接要點

A.該302膠必須在23°±2°溫度下混合粘接（見國標HGT 3827-2006），且最好在1分鐘內粘完，固化半小時強度達到一半，必須固化到時間24小時才能達到最大強度。

B.鋁工裝棒和有機玻璃支撐部分首先螺紋把緊后，上車床車外球面，與整流罩內凹面等形狀后，在有機玻璃支撐體球面上指定部位抹膠，與寶石內球面粘接，24h全部固化后再磨寶石外球面到加工完成。

C.寶石罩全部磨削加工完畢后，把粘有有機玻璃的寶石罩放入氯仿中，開始溶解有機玻璃，經過試驗得知，氯仿針對有機玻璃的溶解速度為單面2mm/12小時，24小時內可全部溶掉，然后整流罩用氯仿及時清洗干凈即可。

D.原有工藝為粗磨、精磨分離，致使寶石反復拆裝，增大碎裂幾率，建議粗磨、精磨一序解決。

四.結論

A.新結構鋁工裝棒、有機玻璃支撐體設計簡單，加工容易，鋁棒可重復使用。

B.302膠購買方便，價格低廉，操作容易。

C.粘接后車加工簡單。

D.磨削完成后溶解有機玻璃達到了不發熱、無變形，不膨脹，無風險。

五.附加：有機玻璃溶解速度及溶脹實驗

1.選擇實驗用料：40x40x8鋁板一件，40x40x8有機玻璃一件，透明藍寶石片一件，溶解用透明容器一個（帶密封蓋），氯仿500ml一瓶，302萬能膠一套（A、B組分）

2.將有機玻璃，鋁板，藍寶石片用302粘結在一起，固化24h。

3.將粘接在一起的組件浸入氯仿溶劑，杯口密封以防氯仿揮發。寶石面上透過的有機玻璃8x40輪廓清晰可見。溶解過程中，每6h插入溫度計實測亞克力溶解面溫度，并做記錄。

a.浸泡6h后，有機玻璃單面溶解1mm，并形成厚度2mm無強度膠狀混合層，環周不規則白色為302膠經氯仿浸泡變性，變軟，發白的無強度膠環，

b.浸泡12h后，有機玻璃厚度僅剩2mm厚，周圍近4mm厚為有機玻璃無強度膠狀混合層，外圍302膠變性沒有擴展;

c.浸泡24h后，有機玻璃已全面溶解，使杯中有機玻璃與氯仿全部混溶呈均勻透明狀，藍寶石上302膠環脫落，膠環發軟，無彈性，無強度。

4.總結：

A.有機玻璃在氯仿中，常溫經24h浸泡能完全溶化（針對8mm厚有機玻璃）。

B.有機玻璃溶解過程中無發熱現象。

C. 有機玻璃溶解時，呈無強度溶脹，直至混合均勻呈流動粘膠狀，溶解過程中因無膨脹力，不能造成原有其它結構產生位移。

D.有機玻璃、氯仿比例大小導致溶解后黏度不同。若使溶化后的有機玻璃、氯仿混合液無強度、無黏度，必須使氯仿、有機玻璃體積比達到4：1以上。

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