400мм зеркало 1см толщиной

[Анатолий Белкин]

Много лет назад окончательно вышел из строя наш телевизор, и я обратил внимание на то, что из его кинескоп может получиться хорошая заготовка для зеркала телескопа. Так как эти кинескопы изготавливал наш новосибирский завода «Экран», то мне не составило большого труда узнать, что экран кинескопа изготовлен из стекла марки типа ЛК и что оно отожжено. Поэтому я отбил экран от колбы, чтобы в будущем попытаться изготовить из него 400 мм зеркало для телескопа.
Легкий 400 мм диск толщиной 12 мм в виде вогнуто-выпуклого мениска был идеальной заготовкой для зеркала телескопа с относительным отверстием порядка 1/2. Большая кривизна его выпуклой и вогнутой поверхностей в сочетании с легким весом должна была способствовать устойчивости формы отражающей оптической поверхности будущего зеркала. Также я проделал простейшие расчеты, которые показали, что 400 мм диск такой формы эквивалентен диску, толщиной 35 мм который достаточно разгрузить на 9 точек.
Так как к этому времени я уже изготовил 2 телескопа с зеркалами диаметром 120 (сфера) и 170 мм (парабола) и мне предстояла учеба в медицинском институте, то осуществить эту идею решил позже. Так и пылился этот экран от кинескопа, сначала на чердаке у моих родителей, а затем у меня на лоджии.
В 2012 году я начал вести кружок астрономии и телескопостроения и решил, наконец-то, вырезать из этого экрана заготовку для тонкого зеркала.
В качестве основы для своего самодельного шлифовально-полировального станка я использовал вот такой верстачок. Это была первая партия портативных верстаков и их каркас был изготовлен из толстого листового металла (имейте в виду, что сейчас для таких верстаков используют тонкий металл, что превратило их в весьма хлипкое устройство).
 

[Анатолий Белкин]

Трубчатое сверло изготовил таким образом: Из плиты ДСП вырезал диск, диаметром чуть более 400 мм, к его ободу прикрутил металлические полосы, а остатки плиты  с отверстием использовал в качестве направляющей для сверла.
Экран от кинескопа закрепил в деревянном коробе, который прикрепил к верстаку.
 

[Анатолий Белкин]

Несколько часов скрипа и скрежета от перетираемого абразива и 400 мм стеклянный диск был готов.
Затем изготовил вращающийся столик (пока без электромотора) и алмазным шлифовальными кругом и чашкой (зернистость 400/500 мкм и 100/180 мкм) произвел грубую подгонку лицевой и тыльной поверхности будущего зеркала.
 

[Анатолий Белкин]

Смена места жительства и ремонт новой квартиры (переехал из Новосибирска в наукоград Кольцово) прервали на время процесс изготовления зеркала. Работу над ним возобновил осенью 2016  года.
Все тот же верстачок использовал как основу для шлифовально-полировального станка. Прикрепил к нему электромотор  и редуктор с трехкулачковым патроном (для крепления столика с зеркалом). Паводок решил не делать, так как было мало места на лоджии. Получился вот такой агрегат.
 

[Анатолий Белкин]

Далее изготовил бетонный шлифовальник из цемента марки 400. Покрыл его со всех сторон эпоксидной смолой и сверху наклеил квадратики из оргстекла. На тыльную поверхность заготовки зеркала приклеил силиконом стеклянный диск с металлической ручкой. Для получения чистой воды купил бытовой фильтр для чистой воды с 5 микронным картриджем.

[Анатолий Белкин]

Пришлифовал заготовку зеркала к поверхности шлифовальника (алмазными чашками АС6 зернистостью 63/50 и 100/180 мкм).

[Анатолий Белкин]

Начал шлифовку шлифпорошками (№ 25, 12, 6)  и микропорошками (М40, М28, М14).

[Анатолий Белкин]

Наступила сибирская зима, на лоджии похолодало, поэтому полировка зеркала была отложена до следующего лета.
Чтобы не простаивать, решил привести в рабочее состояние свою мастерскую и станки.
Разобрал, почистил и смазал токарный станок (ТВ 16). Укрепил при помощи накладок корпус  верхнего малого суппорта (в нем была традиционная трещина). Собрал наждак для заточки резцов. Электродвигатель для него пока использовал от станка «Умелые руки» типа К-1.

[Анатолий Белкин]

Подготовил сверлильный станок для его преобразования в сверлильно-фрезерный.

[Анатолий Белкин]

Выточил на токарном станке из подходящей болванки основание для разгрузочного механизма и для крепления зеркала за центральное отверстие (диаметром 160 мм).

[Анатолий Белкин]

Подключил электромоторы токарного и шлифовального станков к частотнику.

[Анатолий Белкин]

В конце лета 2017 г. я изготовил полировальник и начал полировку зеркала. Также решил изготовить оптическую скамью, переделать головку своего теневого прибора и подобрать детали для интерферометра.
Вначале попробовал изготовить головку теневого прибора из дюралевых уголков.

[Анатолий Белкин]

Однако изображение 400 мм зеркала с относительным отверстием 1:1,7 было больше ширины ножа в вырезе металлического уголка. Поэтому решил изготовить другую головку.
В металлическом уголке (в его грани) просверлил 2 мм отверстие и при помощи двух щечек зажал два лезвия. Но и этот вариант мне что-то не понравился, и я остановился на классическом варианте.

[Анатолий Белкин]

Далее я изготовил вот такую оптическую скамью, взяв за основу стремянку.

[Анатолий Белкин]

Подобрал детали для интерферометра.

[Анатолий Белкин]

В качестве основы полировальника я использовал свой бетонный шлифовальник. Чтобы не закоптить квартиру, вместо классического смолы, я использовал смесь канифоли с касторовым маслом. Изготовив канифольно-касторовый полировальник, я просверлил в заготовке алмазным трубчатым сверлом центральное отверстие (до наклеенного с тыльной стороны стеклянного диска) диаметром 88 мм и начал полировку. Вначале все шло вроде бы неплохо. Мат постепенно сходил. До диаметра в 80%  теневик показывал сферу, а далее завал края. Я продолжил полировку, уменьшив штрих, однако завал края нарастал, а в центре зеркала плохо сходил мат. Стал разбираться. Оказалось, что центр бетонной основы полировальника просел (микротрещины и т.д.). При формовке поверхность разогретой смолы принимала форму зеркала и была вся блестящая. Однако при остывании полировальника его центр проседал, и в полировке принимала участие лишь его краевая зона. Пришлось изготовить новый полировальник. Основу старого полировальника я с легкостью разбил. Бетон буквально можно было крошить руками. Оказалось, что мне продали не качественный цемент. Отсюда и все проблемы. Поэтому решил изготовить полировальник из алебастра, покрытого сверху слоем эпоксидной смолы. Что и сделал. Затем уложил зеркало горизонтально, смазал его поверхность вазелином, наложил сверху полиэтиленовый диск. В центральное отверстие заготовки зеркала вставил круглый деревянный диск, чтобы между поверхностью зеркала и поверхностью алебастрового диска образовался нужный зазор. Замазал все щели пластилином. По периферии все замотал скотчем, сделав входное отверстие для залива эпоксидной смолы и выходное для выхода воздуха. Все хорошо, но не учел, что при полимеризации эпоксидная смола разогревается. В результате скотч размягчился, и эпоксидная смола подтекла на заднюю поверхность заготовки зеркала (так как толщина края зеркала была 5 мм). Поэтому я разъединил этот пирог раньше времени полного отвердения эпоксидной смолы. Далее я опустил заготовку зеркала в горячую воду, эпоксидная смола слегка размягчилась и я начал ее счищать при помощи острого ножа. Всю счистил, но в одном месте получил вот такой скол. По-видимому, здесь была микротрещина, возникшая во время вырезания стеклянного диска.
Пришлось взять алмазное ножовочное полотно и потихоньку (погрузив край зеркала в воду), за 2 часа превратить 400 мм диск в 380 мм. На задней поверхности заготовки остался дефект (скол около 1 см), но на лицевую поверхность он не выходит. Так как для данного эксперимента важен диаметр зеркала (планировал 400 мм), то я не стал его уменьшать до 360 мм, остановившись на 380 мм.

[Анатолий Белкин]

Осенью 2017 г. утеплил лоджию, что позволило мне продолжить работу зимой (с открытой дверью на лоджию температура там держалась в пределах +15°С).  Алмазной чашкой (зернистость 100/180 мкм) я подогнал форму поверхности шлифовальника как можно точнее к форме поверхности зеркала. Для этого я проводил карандашом на каждом квадрате полировальника две полосы (из угла в угол). Затем делал несколько штрихов зеркалом и потом алмазной чашкой снимал те места на полировальнике, где остался след от карандаша. После этого я алмазной чашкой (зернистость 63/50 мкм) сошлифовал край зеркала, доведя его относительное отверстие с 1:1,7 до 1:1,9. И затем начал обработку поверхности зеркала микропорошками М40, М28 и М14. Чтобы не наделать царапин (запаса на переполировку уже не было) я каждый номер микропорошка предварительно перетирал в гомогенезаторе (его можно купить в магазине медицинской техники или изготовить самому).

[Анатолий Белкин]

Так, что на этапе тонкой шлифовки обошелся без царапин. Шлифовку закончил в декабре 2017 г., а в январе 2018 г приступил к изготовлению полировальника,  полировке и фигуризации зеркала.

[Анатолий Белкин]

Данный шлифовальник использовал в качестве основы для полировальника. На каждый квадратик, при помощи широкой кисточки, нанес слой расплавленной канифольно-касторовой смеси. Формовка полировальника шла медленно. Полировальник я помещал в ванну, на него накладывал зеркало и поливал его сверху из ручного душа горячей водой (порядка 60°С). Когда зеркало и смола прогревались, начинал формовку. Формовка шла с трудом, так как вес 380 мм зеркала был небольшой (1,8 кг). Поместить большой груз сверху не решился. Традиционным способом его отформовать было невозможно. Поэтому формовал так. Во время формовки приполировывалась только часть поверхности полировальника (лишь отдельные участки были блестящие и гладкие).

[Анатолий Белкин]

Отформовать полировальник удалось следующим образом. Я остужал поверхность полировальника и острым лезвием соскабливал блестящие участки. Затем новая формовка и т.д. до тех пор, пока более 50% поверхности не стало блестящей. Затем я нанес кисточкой расплавленную канифольно-касторовую смесь на все ниже лежащие участки. Когда смола затвердела, то я острым лезвием, расположив его под острым углом на отформованной поверхности и скользя по этой поверхности, срезал все выступающие части смолы. Затем повторил формовку и один два раза повторил предыдущий этап. В результате полировальник был отформован.
Полировку осуществлял полиритом, предварительно перетирая его в гомогенизаторе. Полировка также шла с трудом. Зеркало полировал почти в сухом состоянии, так как в канавках не образовывалась пена, и быстро подсыхал край. Приходилось часто смачивать поверхность полировальника и применять шампунь. Но эффект от этого был непродолжительный. Немного подумав, пришел к выводу, что пена не образуется из-за того, что зеркало очень легкое и не хватает давления для эффективного сцепления поверхности зеркала с поверхностью смолы.
При полировке рекомендуют давление на инструмент не менее10 г/см2. Т.е. в случае, если зеркало (диаметром 400 мм) расположено сверху оно вместе с грузом должно весить 12,6 кг (желательно, чтобы давление составляло 50 г/см2, т.е. чтобы вес был 62,8 кг, но это нереально для любителя).
Вес моего зеркала 1,8 кг. Т.е. на него необходимо поместить груз 10,8 кг, чтобы создать давление на полировальник  величиной 10 г/см2. Я взял груз 8 кг. Чтобы распределить его равномерно по зеркалу изготовил разгрузочное приспособление на 9 точек. В результате во время полировки появилась пена, и не надо было постоянно смачивать полировальник.