论述超硬防护罩外表面磨削工装

周红园 闫嘉兴

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。

关键词：蓝宝石脆硬易裂  铝合金易切削  有机玻璃

本论文讨论的是半球整流罩在内球面磨削完毕，要磨外球面时，怎么可以实现在保持工件完整的情况下，完成整流罩的外圆磨削。本论文探讨的就是一种新型的结构，保证无温度、无变形、無内应力状态下粘使整流罩与工装分离，保证整流罩不碎裂。

一、原有整流罩、磨削用铝工装棒及磨削工艺介绍

图01所示为蓝宝石整流罩三维图，是由直径140长度80蓝宝石圆柱，经内、外面磨削成半椭球型罩。

先磨里面，再将铝工装棒（2A12）车成与宝石内球面相同尺寸形状，用二合一胶与宝石内球面粘接，车床夹紧铝工装棒左侧，再磨削宝石外球面。

当宝石外球面磨完后，把铝工装棒与宝石罩脱离，宝石外球面磨完后用热水化胶，使铝工装棒与宝石罩脱离。由于铝变形迅速切比蓝宝石变形大，若铝不小心先加热，致使蓝宝石会瞬间胀裂，造成无法挽回的损失，这是原有工艺存在的问题！

二、磨削新结构及操作方法

鉴于蓝宝石变形小易碎裂特性，必须研发出一种新型的工装结构，保证无温度，无变形，无内应力状态下粘接，同等条件脱胶。

以下是研发磨削整流罩外球面新结构：

1、铝工装棒与蓝宝石内球面之间只配合不粘胶，铝工装棒起到支撑宝石作用。

2、铝工装棒与蓝宝石之间用有机玻璃作为连接中介进行粘胶固定，铝工装棒起到支撑蓝宝石作用同时，用有机玻璃与宝石传递磨削扭矩。

3、磨削加工完后，铝工装棒可自由卸下，粘有有机玻璃的宝石放入容器内灌入丙酮等有机溶剂，密封24h后粘在宝石上的有机玻璃完全溶解，使宝石完美脱离工装。

三、本工装新结构如下：

a.首先将铝棒材车削成下图02紫色结构

b.有机玻璃粘接环加工成图02绿色结构

c.有机玻璃圆螺母加工成图02米黄色结构

d.如图02所示组装一起，用长螺栓拉紧有机玻璃圆螺母，用6个螺钉固定有机玻璃粘接环。

图02铝棒材、粘接环、圆螺母三件组合

e.将组合件安到数控车床上，按宝石罩内半球表面配车，要求配合间隙不得大于0.05mm。

f. 组合件右侧两红色球面及紫色端面为有机玻璃面，该三面用302胶涂抹均匀，半分钟内迅速与宝石罩粘贴牢固，尤其宝石端面贴实，立式放置固化24h。

g.固化后，开始磨外球面.

h. 宝石罩及有机玻璃件，放置在有氯仿溶剂的容器中溶解，需要24h，溶解后宝石罩清洗，干燥，即得宝石罩成品。

一.新旧结构设计的问题解答

1.原有50°熔化的二合一胶粘接问题

查蓝宝石及铝合金线膨胀系数得知，蓝宝石系数5.8x10-6/Co，铝合金系数24.5x10-6/Co. 。当达到50°以上时铝有很大的变形，铝工装棒在蓝宝石内部，同温度加热导致蓝宝石胀裂几率很大。

2.新结构粘接要点

A.该302胶必须在23°±2°温度下混合粘接（见国标HGT 3827-2006），且最好在1分钟内粘完，固化半小时强度达到一半，必须固化到时间24小时才能达到最大强度。

B.铝工装棒和有机玻璃支撑部分首先螺纹把紧后，上车床车外球面，与整流罩内凹面等形状后，在有机玻璃支撑体球面上指定部位抹胶，与宝石内球面粘接，24h全部固化后再磨宝石外球面到加工完成。

C.宝石罩全部磨削加工完毕后，把粘有有机玻璃的宝石罩放入氯仿中，开始溶解有机玻璃，经过试验得知，氯仿针对有机玻璃的溶解速度为单面2mm/12小时，24小时内可全部溶掉，然后整流罩用氯仿及时清洗干净即可。

D.原有工艺为粗磨、精磨分离，致使宝石反复拆装，增大碎裂几率，建议粗磨、精磨一序解决。

四.结论

A.新结构铝工装棒、有机玻璃支撑体设计简单，加工容易，铝棒可重复使用。

B.302胶购买方便，价格低廉，操作容易。

C.粘接后车加工简单。

D.磨削完成后溶解有机玻璃达到了不发热、无变形，不膨胀，无风险。

五.附加：有机玻璃溶解速度及溶胀实验

1.选择实验用料：40x40x8铝板一件，40x40x8有机玻璃一件，透明蓝宝石片一件，溶解用透明容器一个（带密封盖），氯仿500ml一瓶，302万能胶一套（A、B组分）

2.将有机玻璃，铝板，蓝宝石片用302粘结在一起，固化24h。

3.将粘接在一起的组件浸入氯仿溶剂，杯口密封以防氯仿挥发。宝石面上透过的有机玻璃8x40轮廓清晰可见。溶解过程中，每6h插入温度计实测亚克力溶解面温度，并做记录。

a.浸泡6h后，有机玻璃单面溶解1mm，并形成厚度2mm无强度胶状混合层，环周不规则白色为302胶经氯仿浸泡变性，变软，发白的无强度胶环，

b.浸泡12h后，有机玻璃厚度仅剩2mm厚，周围近4mm厚为有机玻璃无强度胶状混合层，外围302胶变性没有扩展;

c.浸泡24h后，有机玻璃已全面溶解，使杯中有机玻璃与氯仿全部混溶呈均匀透明状，蓝宝石上302胶环脱落，胶环发软，无弹性，无强度。

4.总结：

A.有机玻璃在氯仿中，常温经24h浸泡能完全溶化（针对8mm厚有机玻璃）。

B.有机玻璃溶解过程中无发热现象。

C. 有机玻璃溶解时，呈无强度溶胀，直至混合均匀呈流动粘胶状，溶解过程中因无膨胀力，不能造成原有其它结构产生位移。

D.有机玻璃、氯仿比例大小导致溶解后黏度不同。若使溶化后的有机玻璃、氯仿混合液无强度、无黏度，必须使氯仿、有机玻璃体积比达到4：1以上。

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