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光学冷却液在光学加工中的作用

摘要：本文论述了光学冷却液在光学冷加工中的作用，选用和质量评价。

在光学冷加工中，使用冷却液的目的是对金刚石磨削工具进行冷却，以带走光学玻璃加工过程中的

热量，保证光学冷加工的顺利进行，但对这一目的，在使用水或其它有机液体作为冷却介质后，基

本上都可以达到要求，尤其是使用水介质，成本低廉，冷却效果也十分理想。但是如果在光学冷加

工中用自来水来冷却，可以肯定地说，其加工是低效率的，因为金刚石工具无法发挥其最大的工作

效率，因此冷却液的核心作用是与金刚石工具协调作用，保证金刚石工具能将自身的磨削效能发挥

到极至，同时较高质量的冷却液还能带来高质量的加工表面，减少对光学玻璃的浸蚀，降低抛光后

水印和霉菌的产生。当然好的冷却液还应该具有较好的缓蚀性能，没有气味和不污染环境及其它影

响健康的不利因素。

1光学冷却液的缓蚀性能

水与光学冷加工设备接触后，将直接导致设备的锈蚀，因此冷却液的缓蚀性能是冷却液最基本的技

术要求。根据光学冷加工设备常用的材料，应该对铸铁、普通钢板、铝件或铜件具有缓蚀作用。质

量较差的冷却液往往会加速设备腐蚀，降低冷加工设备的使用寿命，从而增加生产成本。

2光学冷却液对金刚石工具的致锐性能

为了使光学冷却液具有我们所需要的性能，我们在自来水中加入了某些特性物质，比如一定量的金

属缓蚀剂，表面活性剂，适宜的润滑剂等物来组成冷却液的配方，它们的引入往往会带来我们不需

要的一些现象，比如：泡沫、气味、对皮肤的过敏或刺激、对设备的腐蚀、毒性等，这些现象的强

弱或大小，直接影响了冷却液的综合性能。

2.1光学冷却液在冷加工中与金刚石磨具的协调作用

高效光学冷加工一般分为铣磨（粗磨），精磨，和抛光三个阶段，各阶段所采用的工艺参数、辅料

直接影响了光学加工的效能。在铣磨（粗磨），精磨或超精磨过程中，冷却液的作用不可小觑。

用金刚石铣磨轮或钻石粒（丸片）加工光学玻璃一般分为三个阶段，即预磨、主磨削和光刀阶段。

根据各个阶段的目的，冷加工设备由继电器控制调压阀来调节气压的大小和磨削时间。在预磨阶段，

由于磨具与玻璃之间吻合不好，施与低压可防止冲击而使金刚石磨盘的丸片脱落或使镜盘工件打坏。

在这一阶段，由于金刚石工具与被加工光学元件处于低压接触磨削状态，此时金刚石对光学玻璃的

磨削量很小，而同时，粗糙的玻璃表面对金刚石工具基体也产生磨削，作用的结果就是在金刚石工

具的工作面上形成一个破坏层，这个破坏层由镶嵌在基体中的金刚石小颗粒、合金基体的小突起和

被吸附的基体粉末、金刚石粉、玻璃粉等。此阶段是金刚石工具被致锐的阶段，也是冷却液发挥作

用的主要阶段，在此阶段，冷却液的作用是使吸附在工具表面的金属基体微小颗粒和玻璃粉脱离工

作面，从而增加了金刚石露出基体的高度，为主磨削作好准备。在主磨削阶段，由于光学玻璃粗糙

度逐渐变小，它与金刚石工具的接触面积增大，在主磨削高压挤压磨削状态下，在工作面将产生高

热量，此时，磨具工作面由于压力和热量的作用，在预磨阶段产生的金属基体小突起将产生塑性变

形，突出基体的金刚石微粉也被挤压而产生位移，被塑性变形的基体金属重新包覆起来，在预磨阶

段被吸附的基体颗粒有可能被重新熔入基体，增加了金刚石微粉被包覆的程度，这种现象某些文献

将之称为金刚石工具的“腻塞”，导致的结果就是金刚石工具的切削力下降。在光刀阶段，压力变小，

光学件表面粗糙度得到进一步的降低。

2.2冷却液在磨削中与金刚石工具的协同作用

根据上述分析，冷却液最主要的作用就是将在精磨预磨阶段产生的基体粉末最大量地吸附或溶解到

冷却液中，从而减少金刚石工具的“腻塞”现象，以保证金刚石工具的切削力，如何达到这个目的呢？

通常的看法有：

一是化学络合（配合），在磨削过程中由于热量和空气的作用，基体金属有部分原子被氧化变为金

属离子，适宜的络合剂会与这些离子被络合而脱离磨具工作面。

二是化学腐蚀，从理论上讲，有一定的道理，但是，它往往还与化学反应的速率有关，应该说，它

只起到辅助作用，因为，相较于机械摩擦来说，受所选用的化学物质的限制，它的反应速率要慢得

多。

然而上面的两种认识往往难于使冷却液达到所需要的性能，更深层次的认识是解决光学冷却液切削

性能的技术核心。

2.3冷却液中化学物质的选用与作用

作为冷却液配方物质的选择，其原则是：无毒、无味、不起跑（或低泡），对皮肤刺激较小，对环

境无污染，当然这只是一种原则，因为为了兼顾材料的使用性能，往往难于达到每种材料都能满足

我们的要求，试验中往往以综合性能来对选用物质进行取舍。

2.4冷却液的寿命

冷却液在精