Для чего стекло для изготовления зеркал шлифуется и полируется с особой тщательностью

61. Плоское зеркало

Сборник задач по физике, Лукашик В.И.

1534. Какое получается отражение от киноэкрана: направленное или рассеянное?
Направленное.

1535. В каком случае угол падения светового луча на зеркало меньше (рис. 381)?
Угол падения отсчитывается от вертикали. В первом случае угол падения равен 90°-30°= 60°, а во втором — 90°-50⁰=40°. Следовательно, в случае б) угол падения светового луча меньше.

1536. Угол падения луча равен 60°. Каков угол отражения луча?
Угол падения светового луча равен углу отражения. Следовательно, угол отражения равен 60°.

1537. Угол падения луча равен 25°. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами?

1538. Угол между падающим и отраженным лучами составляет 50°. Под каким углом к зеркалу падает свет?

1539. При каком угле падения падающий и отраженный лучи составляют между собой прямой угол; угол 60°; угол 30°; угол 120°?
По закону отражения угол падения равен углу отражения. Значит, угол падения равен половине угла между падающим и отраженным лучами. Тогда получаем ответы: 45°; 30°; 15°; 60°.

1540. Угол между зеркалом и падающим на него лучом составляет 30° (см. рис. 381, а). Чему равен угол отражения луча? Чему равен угол падения луча (см. рис. 381, б)?
Угол падения и угол отражения равен 90°-30° = 60°.

1541. 2/3 угла между падающим и отраженным лучами составляют 80°. Чему равен угол падения луча?

1542. При каком угле падения луча на зеркало падающий и отраженный лучи совпадают?
0°.

1543. Перечертив рисунок 382, а и б в тетрадь и используя транспортир, покажите дальнейший ход лучей.

1544. На рисунке 383 дано направление солнечных лучей, падающих на волнистую поверхность воды пруда. Покажите примерный ход отраженных от воды лучей.

1545. На одно из двух зеркал, расположенных под прямым углом друг к другу, падают лучи 1 и 2 (рис. 384). Перечертив рисунок в тетрадь, постройте дальнейший ход этих лучей.

1546. Как должно быть расположено плоское зеркало, помещенное в точке В, чтобы водитель автобуса из точки А видел входную дверь С (рис. 385)? (Ответ дайте с помощью чертежа.)

1547. На плоское зеркало падает световой пучок ASB (рис. 386). Постройте отраженный световой пучок.

1548. Постройте изображение светящейся точки S (рис. 387) в плоском зеркале MN.

1549. Постройте изображение светящейся точки S в плоском зеркале MN (рис. 388).

1550. Постройте изображение предмета АВ в плоском зеркале MN (рис. 389). Какое это будет изображение? Почему?

1551. Постройте мнимые изображения предметов в плоском зеркале MN (рис. 390).

1552. Куда переместятся изображения предметов (см. рис. 390), если зеркало MN передвинуть: а) вправо; влево; б) вверх; вниз?
а) Останутся на прежнем месте; б) переместятся вверх, вниз (рис. к задаче № 1551).

1553. В плоском зеркале вы видите мнимое изображение глаз своего товарища, смотрящего на вас. Видит ли он в зеркале изображение ваших глаз?
Да, видит.

1554. В плоском зеркале MN (рис. 391) глаз видит мнимое изображение S’ светящейся точки S. Построением определите положение светящейся точки и ход одного-двух лучей, образующих ее изображение в глазу.

1555. В плоском зеркале мнимое изображение юного спортсмена с мячом имеет вид, показанный на рисунке 392. В какой руке спортсмен держит мяч?
В правой.

1556. Девочка стоит в полутора метрах от плоского зеркала. На каком расстоянии от себя она видит в нем свое изображение?
Расстояние от девочки до зеркала и расстояние от зеркала до ее изображения равны. Следовательно изображение находится от девочки в 2-1,5 м = 3 м.

1557. Девочка стоит перед плоским зеркалом. Как изменится расстояние между ней и ее изображением в зеркале, если она отступит от зеркала на 1 м?
Так как и изображение в зеркале переместится на 1 метр, то расстояние между девочкой и ее изображением увеличится на 2 метра.

1558. Девочка приближается к плоскому зеркалу со скоростью 0,25 м/с. С какой скоростью она сближается со своим изображением?

1559. Против двух зеркал (рис. 393) находится непрозрачный экран с вырезанным в нем отверстием аб в виде стрелки, на которое падает пучок параллельных лучей света. Постройте дальнейший ход этих лучей и определите положение изображения стрелки на экране.

Источник

Ю.Н.Бондаренко. Обработка стекла с помощью шлифовки

Способом шлифовки и полировки из стекла и похожих на него хрупких, непластичных материалов (керамика, ситалл, кремний, германий, другие кристаллы и хрупкие металлы) изготовляют различного вида и размера линзы, призмы, зеркала — оптические детали средней и высокой точности. Шлифовка хрупких и стеклообразных материалов основана на том, что твёрдые зёрна шлифовального порошка при трении или перекатывании по поверхности обрабатываемой детали, создают огромное количество трещин, идущих вглубь материала.

Пересекаясь, эти трещины отделяют мелкие и мельчайшие частицы материала, которые уходят в шлам. Размер этих частиц и остающихся на детали неровностей определяется размером зёрен применяемого абразива, а скорость процесса шлифовки определяется относительной скоростью детали и инструмента и давлением на инструмент. Она резко увеличивается в присутствии какого-либо поверхностно-активного вещества, которым, для стекла, в большинстве случаев служит вода. Вода хорошо охлаждает детали и инструмент, позволяет избежать образования пыли, ускоряет работу в несколько раз. Вода проникает в образующиеся при действии абразивных зёрен трещинки и своим давлением, которое может достигать тысяч атмосфер, расширяет и расклинивает их. Добавки некоторых солей в воду могут как ускорять, так и замедлять шлифовку и полировку, однако, для нас это явление не имеет особого значения, т. к. этот эффект невелик и зависит от случайных причин, например, от сорта стекла. Кроме того, такие добавки могут коррозировать детали станка и вредно влиять на кожу рук. Обычная чистая вода из крана вполне подходит для работы. При точении стекла резцом или обычными свёрлами можно применять скипидар.

Абразивный материал, который обрабатывает стекло, может применяться в виде суспензии или быть закреплённым в абразивном инструменте. Существенной особенностью шлифовки стекла свободным абразивом является линейная зависимость скорости обработки от давления. Это позволяет обходиться при шлифовке станками малой мощности, использовать простое оборудование и даже работать вручную. Это же позволяет применять режимы обработки, не вызывающие сильного разогрева деталей и механических деформаций, что весьма существенно, так как точность обработки оптических деталей, как правило, должна быть исключительно высока. При единичном или мелкосерийном изготовлении оптики не имеет смысла применять сложное и дорогое оборудование. Особенно это касается деталей высокой точности, (например, астрооптика) так как финишные операции (доводка, «фигуризация», контроль) неизбежно требуют большого времени и поэтому заготовительные операции оказываются по сравнению с ними не очень длительными. Тем не менее, именно из-за длительности процесса, его монотонности и довольно больших усилий, прикладываемых, особенно в процессе полировки, весьма желательно иметь специальный станок, или, хотя бы, вертикальный шпиндель с регулируемым числом оборотов. Хорошо, чтобы он имел от пятидесяти-ста до нескольких тысяч оборотов в минуту. Большие обороты применяются для алмазной обработки (например, сверления отверстий в стекле, обдирки шариков). Средние — для обдирки свободным абразивом, полировки мелких линз сукном. Малые обороты применяют для обработки, особенно полировки и доводки крупных и точных деталей.

Дополнить такой станок можно рычагом с шаровым поводком, который будет удерживать деталь. Его положение следует ограничивать регулируемыми упорами. Тогда давление на инструмент можно осуществлять с помощью груза. («Рычажный станок») Более совершенной и, пожалуй, достаточной для всех видов обычных работ, является «машина Ричи», в которой поводок совершает возвратно-поступательные движения от кривошипа. Можно также дополнить станок устройством для кругления деталей свободным абразивом или алмазным кругом, алмазным отрезным диском и т. д.

Прекрасные описания таких станков и разбор их работы есть в [1],[2].
Следует заметить, что один из «патриархов» советской оптической школы Д. Д. Максутов неоправданно отрицает важную роль и удобство работы с частым «штрихом», считая его невыгодным. Однако, при «ретуши» точной оптики, (например — вогнутых «парабол» и «гипербол»), подгонкой кривизны детали шлифовальником с ослабленными краями такой штрих может быть применён с большим успехом. Он позволяет также «провалить центр» детали или углублять его кольцевым шлифовальником.

(Профессия мастеров-оптиков, как и всякая другая, не обходится без жаргона. Поэтому, специальные термины мы вначале будем брать в кавычки, а затем будем писать их, как обычно.)

Для деталей невысокой точности (очки, окна ламп) вполне достаточно простого рычажного станка см. выше, описанного в книге Стронга [2], снабжённой, кстати говоря, прекрасными иллюстрациями. Более сложный станок требуется для работы с точной оптикой. Размер и мощность станка зависит от размера деталей и рода работ. Шлифовка не требует большой его жёсткости. Наоборот, при полировке, особенно на смоле, когда усилия, требуемые для перемещения инструмента, могут быть достаточно велики, при слабой конструкции может возникнуть вибрация. Для правильно сконструированного станка при размерах деталей до 300 мм вполне достаточен двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением и мощностью 0,5 квт. Он позволяет с помощью простой схемы на тиристорах, либо просто трансформатором, регулировать обороты примерно в сто раз, что резко упрощает кинематику станка и делает более удобной работу. В настоящее время выпускаются относительно недорогие регуляторы оборотов для асинхронных трехфазных двигателей. Они позволяют резко улучшить кинематику станка и удобство работы. «Машину Ричи» лучше снабдить двумя двигателями с редукторами. Отдельно на шпиндель детали и на кривошип и позаботится о достаточной её жёсткости.

Грубая обработка деталей — «заготовка»

Обработка деталей из стекла начинается с подбора или изготовления заготовки. Стекло можно разрезать алмазной пилой, стальным диском с абразивом, или даже проволокой из стали, меди или нихрома. При этом деталь должна вращаться на шпинделе. Проволока при вращении прижимается к стеклу, смачивается абразивной суспензией и медленно перематывается против движения детали для компенсации её износа. Так можно разрезать цилиндры любого размера перпендикулярно оси. В суспензию, для липкости, полезно добавить процентов пятьдесят пчелиного мёда. Производительность процесса мала.

Толстое листовое стекло можно расколоть зубилом с победитовой напайкой или разрезать термически, подогревая лист паяльником перед трещиной, которую можно инициировать надрезом напильником или ударом стеклодувного ножа по краю листа. Этим методом можно резать даже кварц, но тогда греть заготовку следует небольшой горелкой на гремучем газе. Трещина будет идти к месту нагрева. Так удобно разделять заготовки на примерно равные части. Отрезать полоски таким методом весьма затруднительно. Края (углы) не очень толстой заготовки можно «обгрызать» плоскогубцами или слесарными тисками, «обрывая» захваченные кусочки стекла с одновременным слабым сжатием. Похожим методом стекольщики подгоняют ширину стекла. Для такой работы алмазный стеклорез имеет пазы в металлической части.

После разделки стекла заготовки круглят или обдирают грубым абразивом на близкую форму (например, призмы), не забывая о том, что при последующей шлифовке размер заготовки уменьшится. Слой стекла, который требуется снять для удаления следов обработки предыдущим абразивом, следует оставлять толщиной примерно в два размера зёрен этого абразива. Обычно при этом одну из поверхностей назначают «базовой» и проводят все измерения относительно неё.

Проще всего круглить стекло на железной планшайбе свободным абразивом, приклеив заготовку к металлическому цилиндру или толстостенной трубке из железа. Обычно точность диаметра может быть не высокой и такой приём для мелких деталей вполне подходит. Более качественно и быстро эту работу можно сделать алмазным кругом на специальном или модернизированном металлорежущем станке. Деталь при этом зажимается в центрах через мягкую прокладку между металлическими оправками, или приклеивается смолой к зажатой в патроне металлической оправке.

Если при приклейке в слой смолы поместить тонкую листовую резину, то она «разгружает» склейку от местных напряжений и деталь держится гораздо лучше. Мелкие заготовки лучше клеить эпоксидной смолой через резину. Приклеивая стекло, следует помнить, что его быстрое охлаждение (если это не кварц или ситалл) ведёт к неизбежному растрескиванию стеклянной детали. Поэтому охлаждать сборку следует медленно, особенно защищая от охлаждения края стеклянного диска. Можно сборку завернуть в толстый слой тряпок.

Круг устанавливается в дополнительном шпинделе на суппорте станка. Для такой работы подходит и мелкозернистый круг из карбида кремния, но алмазные круги сейчас настолько доступны, что заменять их другими нецелесообразно. Наилучшая связка такого круга — медная. Все остальные быстро разрушаются. Сразу после работы круг на другой (не медной) связке необходимо промыть и высушить. Ещё лучше сушить при повышенной температуре (до ста градусов) и время от времени пропитывать его минеральным маслом.

При отсутствии круга можно приклеить кусок стекла к планшайбе и высверлить из неё заготовку трубчатым сверлом из железа. Так же можно сверлить отверстия в зеркалах. Заготовку, пока приклеечная смола ещё мягкая, следует тщательно отцентровать. Для этого каким-либо подходящим карандашом на ходу станка делают метки на заготовке и сдвигают заготовку в нужном направлении.

Толщину стенки трубки-сверла не следует брать слишком малой (оптимальная — около миллиметра) её следует снабдить прорезями для лучшего проникновения абразива в рез. Сверло можно держать в руках, не очень сильно прижимая его к стеклу. Процесс сверления занимает несколько часов. Время от времени следует срезать на токарном станке изношенную рабочую кромку, что позволит получить цилиндрическую заготовку или отверстие более правильной формы.

Можно также округлить заготовку на шпинделе классическим способом, применяя для этой работы хомутик из жести и абразивный порошок с водой. При работе не следует применять слишком большие обороты, так как абразив будет сбрасываться с инструмента и работа резко замедлится. В этом отношении карбид кремния гораздо лучше наждака. Он и работает быстрее и лучше удерживается на детали.

Ободрав заготовку по диаметру, принимаются за её рабочие поверхности. Их делают такими, как требуется: или плоскими, или другой формы (сферические, асферические, цилиндр, конус и т.д.). Обдирку опять же можно делать алмазным кругом на специальном станке или свободным абразивом на шлифовальнике-контрдетали из железа (чугуна) или алюминия. Стойкое к сошлифовыванию железо следует применять для серийного производства, а алюминий — для единичного, так как инструмент из него проще сделать, а его быстрый износ может быть даже выгоден при подгонке кривизны. Остальные металлы не имеют преимущества перед ними и могут применяться в случае, если они легко доступны.

Инструмент, если это возможно, желательно делать немного больше детали (процентов на десять–двадцать). Такой инструмент требует для сохранения радиуса детали или увеличенного штриха или сдвинутого, нецентрального штриха по хорде. При этом возрастают относительные скорости инструмента и детали. Это ускоряет работу и улучшает распределение абразива. Разумеется, в этом случае инструмент помещают внизу. Его навинчивают на шпиндель, а деталь прижимают руками и медленно вращают, одновременно перемещая по шлифовальнику. Абразив добавляют по мере надобности. Скорость вращения шпинделя следует делать возможно большей, но не такой, чтобы сброс абразива мешал работе.

Инструмент должен быть всегда покрыт абразивной суспензией, иначе возможно присасывание к нему детали, которая может вырваться из рук, что ведёт к аварии. Нажимая на тот или другой край детали, можно исправлять её клиновидность и подгонять углы у призм. Кстати, клиновидность часто выгоднее устранять шлифовкой вручную на остановленной планшайбе. Если устранения «клина» не требуется, то деталь следует медленно вращать, избегая неравномерного износа. Контролировать её размеры при грубой обдирке можно штангенциркулем.

Особо ходовым инструментом при обдирке служит «план» — «планшайба» из железа возможно большего диаметра и толщиной 10-20 миллиметров. Её следует проточить на токарном станке и время от времени править на плоскость шабером из твёрдого сплава или куском абразивного круга. Применяется она для грубой и средней шлифовки небольших плоскостей, торцов трубок, призм, блоков. Планшайбу надо тщательно выставить на шпинделе, иначе её биения раскачивают станок, подшипники и сильно мешают работе.
Тонкую шлифовку таких деталей удобно делать на большом и толстом стеклянном диске вручную. Это резко упрощает и ускоряет работу.

При ручной работе следует прижимать деталь к шлифовальнику с силой примерно вдвое меньшей, чем максимально достижимая данным мастером. Иначе руки быстро устают. Это касается и грубой и мелкой шлифовки и полировки также. Тонкостенные детали следует прижимать к инструменту, сообразуясь с их прочностью.

Иногда для обдирки единичных круглых деталей (не блоков!) удобно применять невысокое кольцо с толстыми стенками из железа или чугуна, к которому приварена (привинчена) поперечина с гнездом для поводка. Такой инструмент при работе (от края до края с очень небольшим выходом за край) с частым штрихом или даже при простом вращении помещённой снизу детали, позволяет быстро выбрать углубление или срезать края для обработки выпуклой поверхности. (В последнем случае следует особо остерегаться сколов). Вместо железного инструмента можно использовать алмазный чашечный круг (лучше — с медной связкой) которому нельзя позволять быстро вращаться на поводке. Стекло должно «набегать» на алмазный круг в одном направлении, так как иначе алмазные зёрна вырываются из связки и инструмент быстро тупится. Он же позволяет прекрасно отшлифовать алюминиевый шлифовальник. Алмаз с водой (так же, как и любой абразивный круг с керамической связкой) быстро срезает алюминий и не тупится при этом. Наоборот, на железе и некоторых стёклах (в частности — на иллюминаторном) алмаз «засаливается» и работа резко замедляется. Повторяем, что подгонку кривизны шлифовальников, кроме алмаза и шабера, можно делать и шлифовкой обычным абразивным кругом с водой, применяя его, как шлифовальник малого размера.

Опять же повторим, что алмазный инструмент хорошо работает только в том случае, если стекло относительно алмазной поверхности движется в одном направлении. Если алмазному кругу позволить вращаться, как и происходит при оптической «притирке», то зёрна алмаза вырываются из связки и инструмент тоже «тупится».

Для крупных деталей, если нужно снять много стекла, для грубой обдирки можно применить и порошки из твёрдых сплавов типа ТК или ВК. Их можно получить, разбивая отработанные твердосплавные пластинки для токарных резцов молотком между цилиндрами из твёрдой стали с надетым на них металлическим кольцом («алмазная ступка»). Работать следует обязательно в очках. Полученный порошок следует просеять и опять раздробить крупную фракцию. Оптимальный размер зерна зависит от размеров детали и может быть около полумиллиметра. Такой абразив изнашивается медленно, заменяя примерно тысячу частей обычного карбида кремния. Из шлама его можно извлечь магнитом. При работе следует применять кольцевой инструмент с широкой кромкой из стали, подсыпая очень малые количества порошка и подливая воду. Поверхность детали получается исключительно грубой. Из-за толстого трещиноватого слоя обязателен запас по толщине один-два миллиметра, который затем удаляется обычным обдирочным абразивом.

Наилучший абразив для обдирочных работ — зелёный карбид кремния «КЗ». Он прочен и твёрд, его зёрна хорошо удерживаются на планшайбе. Чуть хуже — чёрный карбид кремния «КЧ». Карбид бора шлифует хорошо, и хотя он дорог, но годится для обработки самых твёрдых материалов (в том числе и самого карбида кремния). Окись алюминия, корунд, наждак в этом отношении хуже, хотя тоже вполне могут применяться. Песок в качестве абразива может применяться только для обработки самых мягких стёкол. Например, астроситалл он совершенно не шлифует. В исключительных случаях, для самых твёрдых материалов может применение и порошок алмаза. Это касается самых мелких порошков, расход которых невелик. Для мягких материалов алмаз в виде свободного абразива применять не имеет смысла.

Некоторые сведения об абразивах

Если нет готового абразива, то можно взять и измельчить подходящий абразивный круг. Пригодны остатки кругов от «Болгарки». Все обычные абразивы не портятся до температуры красного каления, и, если круг имеет органическую связку, то её можно просто выжечь в подходящих условиях. Затем абразив следует промыть водой и в мокром виде просеять через подходящее сито, сквозь которое проходит основная его фракция. Металлические загрязнения можно удалить кислотами и магнитом (железные опилки). Перед извлечением железных опилок абразив следует прокалить для удаления масла и органики. Круг на керамической связке проще всего разбить молотком на металлической плите. Чтобы куски круга не разлетались, на плиту кладут кольцо из металла или пластика.

Шлам после обдирки стекла подлежит регенерации. Его следует промыть водой сквозь сито, смыть самые мелкие фракции и опять пустить в работу до полного износа. Скорость работы с таким абразивом не уменьшается. Из его мелкой фракции, просеиванием или классификацией в воде, можно получить более мелкие шлифпорошки. Их желательно протравить крепкой плавиковой кислотой для удаления стеклянного шлама. (Опасно! Работать в очках и во дворе. Пары её и брызги очень ядовиты.) На абразивы она практически не действует.

Мелкие порошки особенно чувствительны к загрязнению крупными царапающими примесями, поэтому их лучше всего промыть струёй воды сквозь мелкое сито. Встречается хорошее металлическое полотно (например, от топливных фильтров) с ячейкой сорок микрон. Более мелкие сетки имеют часто более плотную структуру (как у ткани) и их использовать не удаётся.

Микропорошки с размером зёрен 30-5 микрон можно получить взмучиванием шлама в воде и отстаиванием. Лучше применять специально измельчённый абразив, в котором нет стеклянного шлама. По способу получения они называются «минутниками». Например, фракция, которая не оседает за 30 минут, но оседает за час, называется «тридцатиминутником». В промышленности классификацию ведут в конических сосудах, в которую снизу с постоянной скоростью подают воду. Каждая фракция абразива при этом занимает свой слой, в котором её скорость оседания уравновешивается скоростью подъёма воды. Отбирая сифоном жидкость с определённого уровня, можно чётко классифицировать порошки. Мешающим фактором при этом служат пузырьки воздуха и органические загрязнения, которые уносят вверх крупные зёрна. В любом случае, классифицированный микропорошок следует промыть струёй воды через чистое сито в 40 микрон. Все работы по приготовлению мелких абразивов требуют аккуратности, педантичности и ясного понимания того, что же собственно делается.

Автор однажды приготовил вполне приличные порошки из круга «КЗ» с керамической связкой, который он измельчил молотком и, вместе со стальными шариками размером в 20 миллиметров, поместил в плотно завинченный цилиндр из стали. Цилиндр этот был привязан к пилораме и проболтался там целый рабочий день. Измельчённый порошок пришлось отмывать от железа соляной кислотой. После классификации были получены порошки от 40 микрон до «120-минутника».

Расход микропорошков при правильной работе невелик, и приготовленных таким образом запасов может хватить надолго. Эти порошки, если в них нет стекла, можно хранить в высушенном состоянии. Стеклянный шлам, разлагаясь, при высыхании, может их сцементировать. Тогда порошок следует слегка растереть на чистом стекле с водой и пустить в работу.

Органические растворители

При изготовлении оптических деталей приходится смывать с них остатки смолы, клеев, и абразивных материалов. Часто эти вещества не растворяются водой. Для их растворения приходится применять другие жидкости.

Есть растворители «водоподобные», «керосиноподобные», и промежуточные, все они, в свою очередь, либо ядовиты, либо нет.

Водоподобные растворители смачивают стекло и не смачивают парафин, воск, гудрон. Это: вода, водные растворы этилового спирта. Если таким растворителем стирать со стекла остатки смолы, то стекло очищается полностью, а смола переходит на обтирочный материал (вату, ветошь). Поэтому для окончательного удаления смолы со стекла лучше применять спирт с небольшой (10 – 20% добавкой воды. Чистый спирт растворяет канифоль, но не растворяет воск. Спирт в смеси с бензином растворяет и то и другое. Чистый бензин или керосин канифоль сильно размягчает, но не растворяет. Шеллак хорошо растворяется в спирте. Ацетон (водоподобный) хорошо растворяет всё, кроме воска и парафина. Он является вообще очень хорошим растворителем и растворяет даже некоторые пластики и лаковые плёнки.

Для работы с оптикой достаточно керосина (размачивание смолы на деталях, протирка деталей станков), спирта для окончательной чистки и ацетона для особо приставучих смол. Керосин можно заменить автобензином (более огнеопасен и ядовит), уайтспиритом, дизтопливом (менее огнеопасно). Для растворения смолы спирт заменяет ацетон и наоборот. Вместо этилового можно применять изопропиловый и даже бутиловый спирт, но они имеют более сильный запах. Петролейный и серный (диэтиловый, эфир для наркоза) эфиры очень огнеопасны, особенно последний. Метилового спирта следует остерегаться. Он ядовит даже в малых дозах, и виде паров, портит зрение. Проникает через кожу. Определить его можно по запаху (он пахнет киноплёнкой). Не следует применять также бензол.

Хорошими растворителями являются и сложные эфиры типа амил или бутилацетатов. Они не дорогие и растворяют всё подряд. (Кстати! Добавлять их в эпоксидные смолы нельзя, так как они портят отвердитель и смола не может застыть.)

Метиловый спирт и хлорированные растворители (хлороформ, четырёххлористый углерод, дихлорэтан) можно применять только в особых случаях. (Например, для склейки пластиков). Это ядовитые вещества, опасные как в виде паров, так и при попадании на кожу. Они являются кумулятивными ядами и могут вызвать хроническое или острое отравление. Работать с ними надо под тягой или на открытом воздухе. Хлорированные растворители очень летучи и испаряются даже из бутылок с притёртой пробкой, загрязняя воздух в лаборатории. Для предотвращения этого шлиф надо смазать мёдом или сахарным сиропом. Такая смазка герметизирует шлиф и не растворяется в содержимом бутылки.

Сильным и особо вредным ядом является этиловый спирт при приёме внутрь. Если поместить рядом все могилы умерших от злоупотребления этанолом мастеровитых товарищей, то этот ряд наверняка несколько раз окружит Землю по экватору. При попадании на кожу рук и вдыхании паров он безвреден.

Иногда применяют смеси спирта с бензином. Они хороши и в качестве смазки при обработке алюминия.
При развинчивании резьбы из алюминия она иногда заедает. Тогда надо смочить её спиртом, иначе неизбежно повреждение деталей.

«Хромовая смесь» — хромпик в смеси с концентрированной серной кислотой медленно уничтожает органику, кроме парафина и почти не действует на обычные стёкла. Растворы щелочей растворяют канифоль и частично, органику, особенно, кожу и сильно разрушают стекло. Горячей щёлочью можно пользоваться только для очистки неполированных деталей.

Растворители являются предметом постоянного пользования и должны постоянно же быть под рукой. Для чистки деталей после расклейки блоков их помещают в кастрюльку с бумагой на дне с керосином или слегка подогретым дизтопливом. После растворения смолы, вытирают мягкой, простиранной ветошью, либо укладывают на сложенную в несколько раз газетную бумагу. Дальнейшая чистка идёт спиртом или ацетоном. Остатки загрязнений с полированных поверхностей стирают сухой чистой ватой, подышав на стекло.
Загрязнённую органическими растворителями ветошь нельзя хранить в лаборатории из-за загрязнения воздуха и пожароопасности. Сжигать ветошь после работы с хлорированными растворителями и вообще, с веществами, содержащими хлор, например, хлорвинилом, нельзя. При этом образуется диоксин, крайне стойкое и ядовитое даже в самых малых количествах вещество. Наличие в сжигаемом веществе хлора заметно по сильной копоти и зелёной окраске пламени. По этой же причине надо избегать горения проводов в хлорвиниловой изоляции.

Каким инструментом делать промежуточную и тонкую шлифовку?

Шлифовать порошками меньше двадцати микрон можно на металлическом инструменте, однако, при этом возможны царапины и неправильности формы детали. Лучше применять стеклянный инструмент. Он может быть двух типов: Сплошной (например, контрдеталь равного размера) или с отдельными шлифующими сегментами, наклеенными на металлическую подложку. Следует заметить, что материал детали и шлифовальника совсем необязательно должен быть одинаков. Отличные поверхности дают сегменты из оконного стекла, но можно применять даже пластмассы. Они, впрочем, дают поверхности, с менее однородной матовостью.

Сплошной инструмент (если он сам не является деталью, например, если делаются две линзы, с поверхностями для последующей склейки) часто неудобен. Для своего изготовления он требует стеклянного диска равного размера, распределение абразива в зазоре между ним и деталью неравномерное (на краях он крупнее), при неправильной работе шлифовальник может слипнутся с деталью намертво. При этом повышен риск царапин. Очень удобно шлифовать мелкие диски и блоки на толстом иллюминаторном стекле мелкими абразивами (блок сверху), но астрозеркало или линза размером 200-300 мм требует сегментного инструмента.
Изготовить его можно так: Ободрав тем или иным способом деталь (на большом шлифовальнике, кольцом, алмазом), к ней «на краску», точнее – «на машинное масло» притирают будущий шлифовальник, заготовку которого отливают из любого алюминия. (Разумеется, не на зеркало, а на металлическую плиту, в кольцо из жести. На металл нужно постелить стеклоткань с «серебрином» которой оборачивают трубы теплотрасс, либо аккуратно насыпать ровный слой мелкого песка. На песок лить алюминий нужно очень аккуратно! Защита глаз очками обязательна! Попадание воды в форму приводит к сильными и опасным взрывам!) Отливку зажимают в патроне токарного станка, грубо протачивают на нужный радиус и притирают к будущему шлифовальнику деталь, слегка смазанную маслом. Лучше это делать, остановив станок. (При этой работе следует остерегаться травм! Токарный станок — устройство весьма опасное!) На металле остаются тёмные следы в месте контакта. Эти места срезают резцом или шабером из напильника или тыльной стороной сломанного ножовочного полотна. Вместо шабера можно использовать подходящий токарный резец. Иногда шабер полезно напаять победитом.
При работе следует соблюдать особую осторожность! Подобрать рукава, тесёмки, длинные волосы!

Таким образом, подгоняют шлифовальник к детали. Дальнейшая приработка идёт при обдирке. Подшабривая шлифовальник, можно подгонять кривизну детали.

Окончив обдирку, а затем и промежуточную шлифовку стомикронным абразивом, шлифовальник моют, кладут лицевой стороной вверх на электроплитку и нагревают до шипения слюны. Это нужно для того, чтобы из пор металла удалить остатки воды. На поверхность инструмента раскладывают шлифующие сегменты — квадратики из обычного оконного или фотостекла. Более тонкое фотостекло и меньшие квадратики применяют для меньших и более кривых поверхностей, их обычный размер — 2020 мм. Снимать фаски на них не следует. Это увеличивает риск появления царапин из-за затягивания крупных зёрен абразива под шлифовальник. Приклеивают их, раскладывая на горячую поверхность металла кусочки сплава воска с канифолью (на одну часть воска — две части канифоли и немного чёрной смолы, для закраски). Воск затекает под стекло сам. Всплывающие квадратики нужно поправить и прижать гвоздём. Непроклеек и пузырей быть не должно! Вокруг квадратиков должна быть сплошная галтелька. Это позволяет дочиста отмыть инструмент от абразива щёткой.

Такой инструмент быстро притирается к детали, прекрасно распределяет абразив по поверхности. Поэтому добавлять его можно кисточкой с краю, а не в центр, как при сплошном инструменте. Регулировать кривизну детали можно изменением длины штриха и ослаблением краевой зоны инструмента при частом штрихе. Для этого сбивают квадратики на краю отвёрткой и молотком. Шлифовальник такого типа, по понятным соображениям, следует всегда помещать сверху детали. К тому же, подгонять кривизну, меняя местами деталь и инструмент, можно только при небольших деталях. (То, что при шлифовке «нормальной» шлифовке полноразмерным шлифовальником находится сверху, всегда приобретает «яму» а то, что снизу — «бугор»). Неудобство металлостеклянного шлифовальника проявляется только при обработке крутых выпуклых поверхностей, абразив с которых стекает к краям. В этом случае его следует добавлять небольшими порциями ближе к центру детали.

Соотношение абразива и воды следует выдерживать в пропорции один к трём. При слишком жидкой и слишком густой суспензии повышается риск царапин. В первом случае — из-за непосредственного контакта деталей. Во втором — из-за «сгребания» абразива с детали.

Как контролировать форму и кривизну детали?

Если это плоскость, то вопрос с кривизной решается с помощью пробного стекла. Прополировав слегка поверхность детали, можно по виду полос определить её кривизну и принять меры к исправлению кривизны. Если нет пробного стекла, то приходится действовать головой. К детали следует пришлифовать самым мелким абразивом (например, пятимикронным) два небольших одинаковых стекла). Если их прополировать и сложить вместе, то разность их кривизны будет по абсолютной величине равна двойной кривизне детали на диаметре этих стёкол. Если их сделать равного размера с деталью, то точность измерения повысится и мы будем иметь известный «метод трёх стёкол». Он позволяет, в принципе, делать плоскости оптического качества, примерно до одной десятой полосы. Стёкла складываются попарно друг с другом. Разность их кривизны в полосах, которая при этом обнаруживается позволяет составить систему из трёх простейших линейных уравнений типа А+В=3, В+С=1, А+С=2. Решив её, можно узнать кривизну всех трёх стёкол.

Часто не требуется иметь точно плоскую поверхность. Например, достаточна сферическая поверхность очень большого радиуса кривизны — «квази-плоскость». Тогда можно сделать шлифовальник из стекла того же размера, что и деталь, прополировать его поверхность и сложив с деталью не по центру, обнаружить зонные ошибки. Окончательное уничтожение слабых и плавных «зон» можно отложить до окончания всей оптической системы, выявляя ошибки при теневом контроле. Окна ламп можно вообще не контролировать на кривизну, ограничиваясь использованием более-менее плоского шлифовальника.

Контроль клиновидности (разнотолщинности) плоскопараллельных пластин ведётся инструментом соответствующей точности. Для уничтожения в достаточной степени клиновидности окон ламп при обработке их второй стороны, достаточно переложить заготовки беспорядочным образом на наклеечном приспособлении. Образовавшийся на первом этапе «клин» при такой перекладке (разумеется, при достаточном количестве деталей) должен взаимно уничтожиться. Можно просто развернуть детали блока на 180 градусов, если их немного. При этом надо следить, чтобы тыльная сторона детали плотно прилегала к наклеечному приспособлению. При таком способе обработки следует применять «жёсткую» блокировку, при которой детали приклеиваются возможно более тонким слоем смолы или воска с канифолью. Из-за деформации деталей наклеечным приспособлением их форма неизбежно будет иметь астигматические ошибки. Во многих случаях это вполне допустимо. Точную поверхность на жёсткой блокировке изготовить нельзя. Астигматизма можно до некоторой степени избежать, наклеивая деталь мягкой и чистой полировочной смолой (не воском!) через ровную и хорошую резину толщиной примерно в миллиметр. Подходит медицинский резиновый жгут в виде широкой ленты. Следует особо остерегаться царапающих примесей между полированной стороной детали и металлом. При притирке детали они могут вызвать глубокие царапины.

Если требуются пластины более высокой точности, например, «окна» для йодной ячейки, то их контроль на всех стадиях шлифовки ведётся с помощью штангенциркуля и микрометра. Иногда можно допустить некоторые отступления от заданной толщины пластины. В таком случае её толщину можно контролировать штангенциркулем, а разнотолщинность по краю — самодельной скобой с микронным часовым индикатором.

Достаточно убрать «клин» до полмикрона и даже до одного микрона, чтобы на стадии полировки уничтожить его более основательно. Контроль при этом можно осуществлять с помощью простейшего интерферометра, направляя на пластину луч лазера с достаточно большого расстояния или расширив его двумя линзами до нужного диаметра. «Зайчик» от пластины следует навести строго по оси пучка на белый экран. Интерференционная картина покажет разнотолщинность, разность кривизны и разность ошибок поверхностей. Следует заметить, что такой простенький интерферометр может внести ошибку кривизны, если пучок света, падающий на деталь, не параллельный.

К этой же задаче (измерение разнотолщинности плоскопараллельных пластин) вплотную примыкает другая: центровка линз различного вида. В крупном производстве она, чаще всего, решается прошлифовкой обода линзы на центровочном станке после полной обработки её оптических поверхностей. В единичном и мелкосерийном производстве такая технология неприемлема по двум причинам: она требует большей заготовки, часть которой бесполезно стачивается и требует отдельного точного и дорогого станка. Кроме того, деталь большого размера может просто не поместится на центровочном станке.

Гораздо проще и дешевле применить следующий приём: в достаточно толстой плоской пластине из любого металла на резьбе крепится два штифта из железа. Расстояние между ними должно быть примерно 0,6 диаметра линзы. Заготовка линзы укладывается на пластину, упирается в эти штифты и обводится чертилкой. В полученном круге сверлятся три сквозных отверстия под резьбу М6 и, после нарезки, в них вворачиваются до упора низкие стальные штифты с скругленными головками. Люфтов быть не должно! Вместо них можно вбить в отверстия подходящие стальные шарики. Если теперь шлифованную заготовку линзы уложить на эти штифты и прижать к боковым штифтам, то при её вращении можно индикаторной головкой мерить разнотолщинность по краю. Заготовка не должна качаться на этих упорах, а боковые штифты должны упираться в цилиндрическую поверхность заготовки примерно на половине её высоты. Если кривизна линзы велика, то заготовка должна быть круглой с высокой точностью. Для плоских поверхностей это не обязательно. Если же заготовка имеет не круглую форму и это мешает измерениям, то её следует разметить на секторы и записывать результат измерения. Он должен совпадать для её симметричных сторон.

Если нижняя поверхность линзы должна быть вогнутой, то с этой стороны нашлифовывают неширокую плоскую фаску, которая, наряду с цилиндрическим ободом линзы, является базовой для обеих поверхностей. При плоской базовой фаске и одной вогнутой стороне можно не делать нижних штифтов, а укладывать линзу на достаточно плоское приспособление и вращать прямо на нём. Клин нижней поверхности измеряют, устанавливая индикатор в отверстие, просверленное в самой пластине. Он меряет снизу вверх.

Метод этот прост, удобен и универсален. Так можно убирать «клин» менисков диаметром до 300-400 миллиметров, наносить юстировочные поверхности на гиперболические зеркала кассегреновских телескопов, убирать клиновидность плоскопараллельных пластин.
Для линз малого размера можно выточить временную оправку, привинтить её к приспособлению одним винтом и вращать линзу в ней.
Такое приспособление позволяет легко уничтожить клиновидность с точностью до нескольких микрон. Необходимо только позаботится о его жёсткости и возможности надёжного крепления индикатора в нужной позиции.

Выявленный «клин» проще всего убирать на неподвижном шлифовальнике, сильнее нажимая на более толстую сторону детали. У неопытного мастера при такой работе может появиться «крыша» поверхности из-за того, что он слишком усердствует и чрезмерно стачивает стекло с одного края. Для её устранения достаточно прошлифовать всю поверхность обычным способом.

При таком способе центровки линз используется их симметрия относительно оптической оси. Призмы тоже обладают свойствами симметрии, используя которые, можно убирать «пирамидальность», разность углов и другие неправильности формы. (См. рис. в главе «Призмы» Измерение пирамидальности и разности углов прямоугольной призмы.) В качестве измерителя при изготовлении призм можно применять накладное плоскопараллельное зеркальце с автоколлиматором или лазером, луч которого, при достаточном удалении экрана может служить хорошим указателем. Высокая когерентность излучения лазера позволит собрать простенький интерферометр для контроля прямого угла прямоугольной призмы с одновременным контролем однородности её стекла, контроля разности её двух других углов и пирамидальности с точностью долей полосы. Так же можно контролировать и уголковые отражатели («триппель-призмы»). Используя свойства симметрии, можно простыми способами контролировать и другие призмы.

Здесь мы должны подчеркнуть, что высочайшая точность изготовления оптических деталей, при должном прилежании и понимании мастером сути дела, может быть достигнута при весьма скромной производственной базе, хотя процесс изготовления детали будет, разумеется, более длительным, чем на специализированном оборудовании.
В лабораторных условиях это вполне допустимо, так как позволяет экономить время, например, на поиске подрядчика и получить деталь такого качества, которое требуется. Если нужное качество не получится, то опять же винить никого, кроме самого себя, не приходится, а такая обида быстро забывается.
Точность самих поверхностей при финишных операциях может быть проверена различными методами, но их можно свести к наиболее употребительным: теневой метод, интерференционный и «метод конечного результата».

Наиболее универсален и прост теневой метод. Его суть вот в чём: Проверяемая поверхность устанавливается в такую оптическую схему, в которой есть хотя бы две анаберационные точки. (Они могут быть совмещены.) Например, это фокусы удлинённого эллипсоида, центр кривизны сферической поверхности, ближайший фокус параболоида и «бесконечность» и т. д. Часто (например, у вогнутой сферы) такая система может состоять только из самой этой поверхности, в других случаях её приходится дополнять (например, параболу — плоскостью или сферическим вогнутым зеркалом). В одной из анаберационных точек устанавливается (или строится с помощью вспомогательной оптической системы, если эта точка — мнимая) близкий к точечному источник света. Тогда свет, пройдя систему, построит в другой точке изображение этого источника, которое будет также безаберационным, если все поверхности имеют нужную форму и система сьюстирована. Перекрывая конус лучей в точке схождения непрозрачным экраном — «ножом Фуко» и поместив глаз таким образом, чтобы оставшийся свет попадал в него весь, можно увидеть «теневую картину» в виде грубых «неровностей рельефа».

«Нож» должен быть тем острее и ровнее, а юстировка системы тем более точной, чем больший угол схождения лучей, чем светосильнее исследуемый пучок. Для систем со светосилой в точке контроля меньше одной десятой можно вместо точечного источника применять даже нить накаливания маленькой лампочки, если она достаточно компактна. Лучше, конечно, применять меньшую «точку». Если она не связана с «ножом» (например, находится в другом фокусе эллипсоида) то её можно осуществить, засвечивая по оси системы маленький блестящий шарик при помощи автомобильной лампочки с простейшим однолинзовым конденсором. Меняя диаметр конденсора с помощью диафрагмы из чёрной бумаги, можно менять размер «точки» которой служит блик на шарике. Разумеется, при правильной фокусировке лампочки этот блик является сильно уменьшенным изображением конденсора, а не нити накала.

Устанавливая на конденсор диафрагмы различного вида можно получать «точки» произвольной формы и размера (например, в виде «двойной звезды»). Размер их составляет размер конденсора делённый на расстояние «конденсор-шарик» и умноженный на четверть диаметра шарика. Шарик можно применять от шарикоподшипника. Он не должен иметь царапин и грязи на поверхности. Для больших «точек» он вполне подходит, но точки дифракционного размера с ним получить трудно. Особенно мешает грязь на поверхности шарика. Для их осуществления следует брать шарик, специально изготовленный из чёрного стекла и тщательно отполированный. Протирая его чистой тканью, можно получить чёткий блик, размер которого (повторяем!) будет равен диаметру конденсора, делённому на расстояние от него до шарика и умноженного на четверть его радиуса. Для очень светосильных систем шарик следует брать меньшего размера из-за вносимых им аберраций.

Дополнительный узел к теневому прибору т.н. осветитель высокой апертуры, где: S – световое окно теневого прибора; небольшое вогнутое зеркало М; N – шарик.

Пока ошибки поверхности велики, блик следует брать большим, по мере уменьшения ошибок следует переходить к стеклянному шарику и малому диаметру конденсора. Из-за потерь света иногда приходится ставить в осветитель шаровую ртутную или ксеноновую лампу высокого давления, либо устанавливать на конденсор щелевидную диафрагму. Впрочем, как показал Максутов, увеличения «точки», если её край резкий, не приводит к сильному увеличению ошибок контроля. В пределе чувствительность теневого метода раз в сто превышает требуемую для получения первоклассной поверхности. Однако он не даёт количественной меры ошибок, поэтому его часто дополняют «окулярной пробой». Очень малую «точку» (её изображение) рассматривают в сильный окуляр с фокусным расстоянием в 1-10 мм.. Перемещая окуляр вдоль оптической оси, наблюдаем внефокальные изображения «точки». Если например, предфокальное изображение имеет вид «баранки», а зафокальное — диффузное, то мы имеем общую ошибку поверхности «сплюснутый сфероид», или, что то же самое — «вогнутый тор». Если же картина противоположная, то поднята средняя зона поверхности («выпуклый тор», «гипербола»).

Где: 1 – осветитель для засветки шариков; 2 – самодельный контактный сферометр; 3 – накладной сферометр ИЗС-8 для контроля кривизны больших и тяжелых деталей.

Следует заметить, что теневой метод требует некоторой тренировки и «понятия». Автор знал одного очень неглупого человека, который освоить этот метод так и не смог! «Прямую» картину видно при контроле отражающих поверхностей. Преломляющие поверхности показывают «бугор» на месте «ямы», что следует учитывать, например, при ретуши менисков или пластинок Шмидта.

Фабричный теневой прибор ТП-1 для исследования и контроля поверхности астрономической оптики, из лаборатории автора.

Оптическая схема теневого прибора, где: 1-автомобильная лампа; 2,3-объективы; 4-зеркало; 5-зеркальная металлическая площадка; 6-вращающийся диск.

Поставив вместо лампочки полупроводниковый лазер, такой прибор можно превратить в интерферометр, конструкцию и принцип действия которого мы предоставляем читателям разработать самостоятельно. Он позволит измерять ошибки волнового фронта количественно.

Применяя двукратное отражения света от контролируемой поверхности, можно удвоить чувствительность метода. На линзах она составляет около четверти чувствительности для отражающей поверхности (при однократном прохождении света). Этот же метод можно применить ко всей телескопической системе, установив её против хорошей плоскости и работая из фокуса телескопа.

Этот метод можно отнести к «проверке по конечному результату». Если система работает не так, как следует, то изготовитель, которому неплохо быть и пользователем одновременно, исправляет одну из поверхностей, компенсируя этим ошибки всей системы. Поскольку этим методом мы убираем именно сферическую аберрацию, то надо ретушировать поверхность, стоящую в зрачке системы. Например: в системе Шмидта ретуши подлежит именно пластинка, а не зеркало, которое должно быть сферическим.

Метод «по конечному результату» состоит в том, что исследуется вся система целиком, и ей, как целому «вправляются мозги» до тех пор, пока она не будет работать так, как нужно. Непременное условие для этого — наличие собственных мозгов у того, кто вправляет, иначе нечего будет вправлять. Метод применим и к неоптическим системам, особенно — с большим количеством независимых параметров.

Интерференционный метод контроля имеет множество модификаций (в том числе — сложных и дорогих) и применений (в том числе, и для контроля оптики на заводах.) При изготовлении оптики в лабораторных условиях он чаще всего применяется к небольшим плоскостям. Этот метод требует плоского «пробного стекла» достаточной точности, которое может применять к любым деталям. Иногда интерференционный контроль применяют к выпуклым деталям, используя вместо «пробы» слегка прополированную и проверенную теневым методом стеклянную контрдеталь, шлифовальник. Это позволяет измерить местные ошибки поверхности, а общие определяются теневым методом.

Стекло накладывают на деталь (или наоборот) и освещают монохроматическим светом ртутной или неоновой лампы. Можно применять и натрий. Удобно использовать бактерицидную лампу ДБ-30, но её необходимо закрыть оконным стеклом для защиты от сильного ультрафиолета или одеть на неё вымытую сорокамиллиметровую трубку от лампы дневного света. Не следует относится к ультрафиолету небрежно. Глаза он поражает не сразу, но основательно, может и кожу обжечь!

Светильник автора для интерференционного способа контроля, на основе самодельных ртутных ламп тлеющего разряда.

Если для контроля применять белый свет, то детали и пробу следует тщательно чистить, чтобы зазор между ними не превышал одного микрона.

Освещение может быть двух видов: освещают большой белый экран, например — потолок. Кольца наблюдают, по возможности, с того же направления, с которого падает свет. Тогда контроль будет наиболее точен. Можно также взять маленький источник света, например, любую неоновую лампочку и превратить расходящийся пучок света в параллельный с помощью плоско-гиперболической линзы. Тогда удобно выполнить её плоскую сторону в виде точной плоскости и использовать её для контроля. При этом можно использовать близкий к точечному источник света малой мощности (например — неоновую лампочку). На базе такой линзы можно сделать простой и удобный интерферометр для контроля призм (см. рис).

Преимущества такого интерферометра в том, что освещение производится по нормали к плоской поверхности и не мешает вторая сторона детали. К тому же, лёгкая деталь, накладывается на массивную пробу, что не приводит к сильным деформациям детали. Смотреть на интерференционные полосы можно сверху вниз, под некоторым углом. Недостаток — прямой контакт между стёклами, что может привести к царапинам.

Смола

Полировка деталей высокой точности производится на полировальнике, изготовленном из специальной смолы.

Для полировки деталей малой точности, вроде линз очков, может применятся сукно, наклеенное смолой на металл.

«Смолой» в данном случае называется гидрофобная некристаллическая и текучая композиция, основным компонентом которой обычно является канифоль. Для размягчения канифоли и увеличения гидрофобности в неё добавляют древесный или каменноугольный пек, касторовое или даже, подсолнечное масло, скипидар, воск и другие компоненты. Твёрдость смолы обычно подбирают «на зуб». Смола не должна крошится при разжёвывании. Зубы и ноготь должны оставлять на ней отпечатки. Точнее текучесть смолы корректируют по рабочей температуре. Чем холоднее в помещении, тем смола должна быть мягче. И наоборот. При работе смолой температура в помещении должна быть как можно стабильнее. Оптимальная температура — 22-25 Цельсия. (Сукно может полировать при любой разумной температуре.)

Именно полировка на смоле даёт возможность относительно простыми средствами получить ту высочайшую точность, которая необходима для оптических поверхностей. Причём, эта точность часто получается автоматически. Для получения, например, сферической поверхности надо просто полировать «правильно» — «хорошей» смолой с штрихом в одну треть диаметром, правильно изготовить полировальник, следить за его подрезкой и т. д.
Однако практика показала, что далеко не всякая смола даёт поверхность приемлемого качества. Часто при теневом контроле поверхность выглядит «рваной», с большим количеством мелких зонок, при этом, обязательно — имеет «завал» края. Наоборот, иногда поверхность «идёт» сама, теневая картина «гладкая» и на ней видны лишь большие и плавные неоднородности поверхностей.

Переход от одного вида к другому может происходить при изменении температуры (её повышение приводит к выправлению «рваной» поверхности). При замене полирита крокусом поверхность детали также становится глаже.

Получению гладкой поверхности способствует замедление хода станка и уменьшение штриха. Последняя мера, однако, может привести к появлению зонок.
Отмечен случай, когда при полировке в сепараторе полировальник отлично работал два дня, после чего перестал приполировываться к большому стеклу и начал делать завалы на деталях. «Рваная» поверхность выглядит так, будто полировальник работает не всей своей поверхностью, а отдельными участками и те участки детали, которые начали по какой-либо случайной причине полироваться быстрее других, приобретают повышенную мягкость, способность сполировываться ещё сильнее.

Первоначально мы считали, что лучше всего, почти идеально должна работать та смола, которая не имеет упругости и течёт при любой малой нагрузке. Такую смолу можно получить, сплавляя канифоль с касторкой. (См. книгу Агеннера). Она имеет также то преимущество, что не содержит канцерогенных компонентов, например тех, что есть в каменноугольном пеке. Однако такая смола работает не лучше и не хуже других. Показала свою непригодность для точных работ канифоль с добавкой большого количества нефтебитума. Это более-менее понятно — нефтебитум проявляет заметную упругость и наверняка плохо прилегает к стеклу.
Идеально работала смола, полученная из жидкого каменноугольного пека и канифоли. Она была битком набита ароматикой, воняла нафталином, но давала хорошие поверхности. Древесный дёготь, полученный из абрикосовых косточек, а также из берёзового дерева выдающихся результатов не дал.

Слабым утешением служит то, что плохую полировку и «рваную» поверхность автор видел и на крупной оптике (1м. сфера из ситалла), изготовленной другими мастерами.
В отечественных книгах о полировке стекла (например, в монографии Винокурова) этот вопрос также не освещён. Те критерии, которые там приводятся (вязкость и прочность, скорость полировки) к получению поверхностей очень высокого качества прямого отношения, скорее всего, не имеют. Скорость полировки для нас не очень важна. Лучше за два часа отполировать поверхность, которая почти не нуждается в ретуши, чем за час такую, которую затем придётся «доводить» много дней.

В настоящее время можно констатировать, что есть более-менее вероятные предположения насчёт «плохой» смолы: Это: 1) Какие-то вредные явления на границе смола — полирующий порошок или на границе стекло — полирующая суспензия. 2) Смола представляет собой сложную, не познанную до конца тиксотропную систему, которая, с учётом разнообразия рецептов, ведёт себя так, как её заблагорассудится. 3) Кинематика станка подобрана плохо.
Последнее предположение наименее вероятно. Автор работал со смолой, на которой было почти невозможно «сорвать край» и на такой, где и односторонний штрих не давал нужного результата. 4) Может быть и такой эффект: При шлифовке стекла металлическим шлифовальником в нём вскрываются поры, а в них проникает вода. Потом, когда на этот металл клеим смолу, она закрывает поры, а в них начинается реакция воды с алюминием и выделяется водород. Он вспучивает смолу и искажает её поверхность во время работы. Тогда этот эффект не должен проявляться, если основание полировальника стеклянное или, перед наклейкой смолы прогрето при температуре намного выше ста градусов и пропитано воском.
Можно привести следующие рекомендации: Работать при стабильной температуре. Методом «научного тыка» найти «хороший» рецепт, состоящий из доступных, имеющих постоянные свойства компонентов, либо создать их запас на много лет вперёд и работать, используя этот рецепт. Достать запас «хорошей» смолы и работать с ней всегда. «Втереться в доверие» к «знающему человеку», и выведать у него секреты мастерства (если он их сам знает). Разобраться самому в механизме формообразования особо точных поверхностей и сознательно изготовить нужную смолу, которую затем и правильно использовать.

Последний путь, не пройденный автором, может быть и не самый перспективный, зато самый интересный и его мы можем порекомендовать. Начать следует с того что наделать много-много различных смол, полировать ними стандартные детали (например, сферы диаметром миллиметров 150 с фокусом в метр и писать в лабораторный журнал результаты и сопутствующие факторы. Может быть, удастся найти ключевой момент в этой каше.

Для успешной работы посредственной смолой можно рекомендовать не слишком низкую температуру помещения (по одному из наших наблюдений, переход от «плохой» работы к «хорошей» происходит при повышении температуры выше 22-х градусов). Способствует получению гладких поверхностей крокус с низкой температурой обжига (700-750) вместо полирита и других быстроработающих порошков, мягкая смола.

Разумеется, для не слишком точных деталей (одна четвёртая полосы) пригодна и не слишком хорошая смола.

Здесь мы упомянём ещё несколько моментов: Для полировки гидрофильного стекла употребляется гидрофобная смола и гидрофобный полирующий порошок в воде. Для полировки металлов с оптической точностью следует поступить наоборот: применять гидрофильную смолу и гидрофильный порошок, а воду заменить неполярной жидкостью. Это предположение вполне согласуется с результатами Винокурова (См. лит.)

Очень гладкая зеркальная поверхность (которая, однако, оптически не контролировалась) была нами получена, когда мы взяли в качестве смолы специально сваренный композит из сахара и глицерина, своеобразный «леденец», а в качестве порошка — мелкую окись алюминия (М-3) и керосин вместо воды. Мы прополировали случайную алюминиевую деталь (поверхность старого шлифовальника) из сплава АЛ-2. Полировка шла быстро. Однако, полировальник пришёл в негодность из-за поглощения влаги воздуха и перестал работать. Таким полировальником можно работать только в «сухой» камере. Однако, если взять вместо «леденца» гидрофильную целлюлозу, например — полотно, то этот процесс, аналогичный полировке стекла сукном можно производить в обычной атмосфере. Разумеется, точность поверхности при этом снизится.

В этой же главе мы кратко рассмотрим полировку суконным полировальником. Наверное, самым лучшим материалом для этой цели может служить тонкое шинельное сукно. Другие виды шерстяной ткани также пригодны, но они должны быть прочными, с не очень длинным ворсом и небольшой толщины. Гладкость и малая толщина способствуют получению более точных поверхностей. Суконная полировка раньше широко применялась для полировки зеркального стекла, поэтому её теория хорошо разработана и подробно описана (например, Качаловым)

Сукно нужно как следует вытряхнуть от пыли и наклеить на металлический инструмент не очень толстым слоем смолы. Её не надо слишком перегревать до текучего состояния, чтобы она не сильно впитывалась в сукно. Слой смолы должен быть равномерным. Ещё горячий полировальник следует отформовать деталью и, охладив струёй воды (беречь от неё разогретое стекло!) начать полировку. Для наклеивания сукна можно применять и другие водостойкие клеи, например — 88-И. Полирующие порошки можно применять те же самые, что и для работы на смоле, однако, поскольку точные поверхности при полировке на сукне всё равно не получаются, то преимущество следует отдать быстро работающим порошкам. Суконный полировальник тоже можно подрезать, соскабливая поверхность сукна ножом на ходу станка.
Матовость снимается сукном не так, как смолой. Она как бы «слизывается» и после её устранения надо снять и образованные на месте выколок пологие ямки. Однако, в целом, сукно работает быстрее смолы, позволяет применять форсированные режимы работы, не прилипает к детали после высыхания полирующей суспензии, что позволяет оставлять станок на некоторое время без надзора. При работе на больших оборотах с высоким давлением и непрерывном охлаждении детали и инструмента струёй суспензии, отполировать небольшие детали можно за несколько минут. Качество суконной полировки вполне достаточное для очков и окон ламп.

Изготовление конкретных деталей

В этом разделе мы опишем изготовление нескольких типов деталей, сделав акцент на специфике именно этой работы.

Астрозеркало небольшого размера.
Плоское зеркало эллиптической формы к системе Ньютона.
Линзы малого размера.
Изготовление шариков.
Плоско-гиперболическая безаберрационная линза.
Конические поверхности.
Цилиндрические поверхности.
Юстировочная поверхность у зеркала Кассегрена.
Призмы
Линзы для очков.

Источник