МОО АГО - Глава 3

Фрагмент книги Александра Громова "Человек с телескопом"

Глава 3. Начинаем работать

Итак, я предполагаю, что у вас есть заготовка для главного зеркала, «линейка» абразивов из 7 или 8 «номеров» и полирит (либо, на худой конец, крокус). Первый этап работы – оборудование рабочего места. Шлифовальник (или зеркало, когда это необходимо) должен лежать рабочей стороной вверх, опираясь тыльной стороной на 3 равноудаленные от центра «точки» (в качестве последних годятся кусочки линолеума, фетра, листовой резины, пробки и т. п.) и помещаться между тремя опять-таки равноудаленными боковыми упорами. В литературе об этом достаточно материала.

Мастерить ли поворотный столик – решайте сами. Я работал и с ним, и без него. Если вам нравится работать сидя – мастерите, конечно. Дело несложное. Правда, при «обдирке» и грубой шлифовке вам придется прилагать заметные вертикальные усилия, а делать это в сидячем положении не очень удобно. Но дело ваше.

Второй этап работы – фаска на заготовке. Можно сделать ее, как рекомендуют корифеи, при помощи металлической пластины с абразивом (вполне подойдет шлифпорошок № 6, или, что то же самое, М63) и водой, а можно и не слишком грубым наждачным бруском. Но будьте осторожны, чтобы не наделать выколок! Движения должны производиться преимущественно в плоскости зеркала по касательной к нему, а в начале работы – только по касательной. Лишь когда фаска уже явственна, для ее скорейшего увеличения можно иногда переходить на движения поперек или, лучше, наискось фаски. Но без чрезмерного нажима!

Фаску надо сделать на обеих поверхностях зеркала. Да-да, и на задней тоже. Ведь основное назначение фаски – предотвратить сколы края зеркала. Сколы на задней стороне вам тоже не нужны.

Фаску на лицевой стороне, возможно, придется возобновлять, так как по мере шлифовки она будет уменьшаться, и не надо, чтобы она исчезла совсем.

Внимание! Позднее, при переходе от шлифовки к полировке или, может быть, чуть раньше, фаску на лицевой стороне надо будет «облагородить» мелким абразивом. Зачем – скажу позднее.

О необходимости шлифовки и даже полировки задней стороны зеркала шли и идут споры. Одни спорщики в общем-то резонно утверждают, что грубо отшлифованная задняя поверхность зеркала будет лучше отдавать тепло благодаря увеличению эффективной поверхности рассеяния и таким образом время отстойки телескопа на холоде уменьшится. Другие столь же резонно указывают на то, что под грубо отшлифованной поверхностью стекла имеется трещиноватый слой, препятствующий теплопередаче, а потому тыльную сторону зеркала надо не только отшлифовать, но и отполировать. Натурных экспериментов с двумя одинаковыми зеркалами, одно из которых отполировано сзади, а другое лишь грубо отшлифовано, никто из любителей, кажется, не проводил, и вопрос остается неясным. Здравый смысл подсказывает, что выигрыш в одном из вариантов, если он вообще есть, будет совершенно ничтожным.

Высказываются и другие соображения: если зеркало не выпилено из стеклянного цилиндра (на что вам укажет характерная дугообразная штриховка от алмазного круга), а вырезано из листа, то оно может иметь поверхностные напряжения, каковые и следует убрать, сошлифовав с тыльной стороны зеркала слой толщиной 1 – 2 мм. (Рабочую сторону зеркала вы и без того будете шлифовать.) Но если испытание с поляризационным фильтром не выявило в вашей заготовке напряжений, то их нет нигде, ни в поверхностном слое, ни в глубине. Зачем же тогда тратить время на ненужную шлифовку, уменьшая к тому же толщину заготовки? Лично я шлифую тыльную сторону заготовки сравнительно редко и лишь в двух случаях: во-первых, когда хочу несколько уменьшить избыточную толщину стеклянного диска (бывает и такое!), а во-вторых, когда тыльная сторона выглядит неряшливо из-за дефектов в поверхностном слое стекла. Пусть зеркало не выходной костюм, однако и ему не мешает радовать глаз.

Следующий этап работы – «обдирка», то есть вышлифовывание в зеркале необходимого углубления. Во время этой операции зеркало, естественно, лежит рабочей стороной вверх на том самом месте, куда позднее ляжет шлифовальник. Если вы прислушались к моим советам относительно диаметра зеркала и его фокусного расстояния, то вряд ли глубина «ямы», она же стрелка кривизны, превысит 2 мм. Такое углубление при использовании самого грубого абразива (№25 – №50) вышлифовывается достаточно быстро. Многие, буквально восприняв из литературы совет работать на «обдирке» металлическим кольцом вдвое меньшего, нежели зеркало, диаметра, усиленно ищут это самое кольцо. Напрасно. Ровно с тем же успехом можно работать сплошным диском – металлическим, стеклянным или, еще лучше, наждачным. Правда, под наждачный диск все равно придется сыпать абразив, поскольку иначе работа идет очень медленно. Кольцо тут не проигрывает и не выигрывает. Конечно, кольцо обеспечит большее удельное давление на стекло, а скорость сошлифовывания материала прямо пропорциональна прилагаемому к нему давлению. Но в то же время в работе одновременно находится гораздо меньшая площадь, чем при шлифовке диском. «Плюс» и «минус» взаимно уничтожаются, выигрыша нет. Если вам попадется диск или кольцо несколько меньшего, чем нужно, диаметра, можно работать и им, но, чтобы не натереть яму в центре и завал на краю, придется чаще переходить с прямого штриха по диаметру на штрих эллиптический. Не следует использовать диск (или кольцо) диаметром более, чем D/2 или менее, чем D/3.

Чрезвычайно интересно и поучительно работать «по-чикински», или, что то же самое, «по-навашински», шлифуя один стеклянный диск о другой, того же диаметра. Тут поначалу надо применять штрих по хорде. Над моим первым зеркалом я работал именно «по-навашински» и для начала решил проверить: правда ли при центральном штрихе стандартной длины стрелка кривизны растет медленно? Эксперимент как нельзя лучше подтвердил правоту корифеев. За три часа работы центральным штрихом на электрокорунде №40 я вышлифовал в зеркале углубление всего-навсего 0,3 мм глубиной, а затем, перейдя на штрих по хорде, менее чем за час закончил «обдирку», достигнув требуемой (2 мм) стрелки кривизны. Сейчас метод шлифовки одного стеклянного диска о другой применяется редко. Он не дает выигрыша ни в скорости работы, ни в ее качестве, да и достать одну стеклянную заготовку проще и дешевле, чем две. Еще один минус данного метода: на этапе тонкой шлифовки два стеклянных диска могут намертво присосаться друг к другу. Об этом пишет М.С. Навашин, а я подтверждаю: еще как могут. Разделить их мне удавалось долгим вымачиванием в теплой воде с шампунем. Но если вы не трете друг о друга два одинаковых стеклянных диска, вам необходимо изготовить шлифовальник. Я не могу посоветовать вам использовать шлифовальник с рабочим слоем из эпоксидной смолы, как рекомендует Л.Л. Сикорук. Во-первых, трудно приготовить смолу без пузырьков, которые могут вскрываться по ходу шлифовки и служить ловушками для крупных зерен абразива. Во-вторых, эпоксидная смола мягка. Гораздо лучше отлить на зеркале основание шлифовальника из цементного раствора (можно и с мелким гравием), обмазать затвердевший «блин» эпоксидной смолой, а затем наклеить на «блин» те или иные шлифующие элементы.

Для работы над 150-200-мм зеркалом вам понадобится цементный «блин» толщиной 20-30 мм. Он отливается на зеркале после «обдирки». Смажьте боковую поверхность зеркала любым жидким маслом, хотя бы и подсолнечным. Положите зеркало на подстеленную газету или пленку. Вырежьте длинную полосу ватмана шириной, равной сумме толщин зеркала (по краю) и вашего будущего «блина», оберните ее один раз вокруг зеркала и прихватите любым быстросохнущим клеем. Далее мажьте полосу ватмана эпоксидной смолой и продолжайте оборачивать ее вокруг получающегося бортика. Для небольшого зеркала хватит двух слоев ватмана, но если вы накрутите три – беды не будет. Дождитесь затвердения бортика. Весь этот процесс описан в книге Л.Л. Сикорука, и я могу внести лишь небольшие поправки. Выньте бортик. Накройте зеркало тонкой полиэтиленовой пленкой или просто засуньте его в тонкий полиэтиленовый пакет. Положите зеркало на ровную горизонтальную поверхность рабочей стороной вверх. Разгладьте морщины на полиэтилене и наденьте бортик. Если вы склеили бортик аккуратно, то он должен надеться с некоторым, но не чрезмерным усилием, а полиэтиленовая пленка должна подняться над вогнутой поверхностью рабочей стороны зеркала и натянуться, как барабан. Теперь надо проткнуть пленку посередине тонкой иголкой и, осторожно надавливая, промять ее до самой поверхности зеркала, выдавливая воздух. Вот для чего нужен именно тонкий полиэтилен – он лучше «тянется»! Воздушных пузырей остаться не должно, выгоните их. Теперь, когда пленка плотно прилегла к зеркалу, осталось только смазать полиэтилен и бортики любым жидким маслом и приготовить цементный раствор (примерно 1 часть цемента на 2 – 2,5 части песка). Раствор должен иметь консистенцию сметаны, то есть быть не слишком жидким и не слишком густым. Можно предварительно заделать пластилином фаски на зеркале, как советует Л.Л. Сикорук, но можно этого и не делать. Во втором случае после затвердения «блина» и освобождения его от бортика придется аккуратно пройти по его краю напильником или наждачным бруском, чтобы убрать узкий цементный валик, образовавшийся на месте фаски зеркала.

Залейте получившуюся «емкость» раствором до половины высоты бортика. Затем положите арматуру – стальную сетку, скрученные медной или стальной проволокой длинные гвозди и т. п. (Но не толстую алюминиевую проволоку – во-первых, механические свойства такой арматуры плохи, а во-вторых, алюминий и цемент реагируют между собой с выделением газообразного водорода.) После чего залейте «емкость» раствором доверху (см. рис. 20) и выровняйте поверхность цементного раствора при помощи какой-нибудь ровной планочки, положив ее на бортики, продольно двигая туда-сюда и постепенно перемещая поперек движения. Излишки раствора будут сгоняться к краю и выпадут за бортик. Эта операция называется у строителей стяжкой, а почему – не спрашивайте.

hover эфекты

Рис. 20. Отливка цементного основания шлифовальника для зеркала 380 мм с центральным отверстием.

Когда цементный раствор немного схватится, его полезно накрыть мокрой тряпкой, особенно в помещении с сухим воздухом, и смачивать тряпку первые два-три дня. Так наше основание шлифовальника гарантированно не растрескается. После затвердения раствора (на что лучше отвести не менее недели) нужно аккуратно разломать бортики, отделить от зеркала цементный «блин» и обмазать его тонким слоем эпоксидной смолы: сначала одну сторону и боковину, затем, после затвердения смолы, подвергнуть той же операции другую сторону. При наличии серьезных дефектов (прежде всего крупных «ущелий» от морщин на полиэтилене, возникших из-за вашей неаккуратности) на рабочей стороне «блина» их следует предварительно зашпаклевать и зашкурить. Желательно, чтобы рабочая сторона основания шлифовальника была обмазана действительно тонким, без излишней щедрости, слоем эпоксидной смолы. На нее мы будем клеить шлифующие элементы. А тонкий слой эпоксидной смолы под ними нужен на тот случай, если во время шлифовки тот или иной шлифующий элемент отвалится. Пусть у нас будет шанс, что на его месте не обнажится «голое» цементное основание шлифовальника. В качестве материала для шлифующих элементов лучше всего выбрать стекло или металл. Стеклянные квадратики можно купить, например, в «Леруа Мерлен» (рис. 21) или нарезать стеклорезом самостоятельно, а если вы выберете металл, то годятся любые небольшие одинаковые пластинки стали, латуни, твердого дюралюминия и даже мелкие монетки. Чтобы шлифующие элементы, какими бы они ни были, не торчали после приклейки один выше, другой ниже, а с самого начала более или менее вошли в контакт с зеркалом, следует поступить так: положить шлифовальник рабочей стороной вверх, обмазать его рабочую сторону не слишком толстым слоем эпоксидной смолы и клеить шлифующие элементы не сразу, а выждав, когда смола вследствие начавшейся полимеризации станет несколько более вязкой. Разложив их по шлифовальнику (разумеется, асимметрично), надо смазать рабочую сторону зеркала любым жидким маслом (во избежание случайного приклеивания) и положить зеркало на шлифовальник. Обязательно нужно сейчас же подпереть чем-нибудь зеркало с боков, чтобы оно не съехало по маслу вбок и не разбилось. После чего остается лишь дождаться затвердения смолы.

hover эфекты

Рис. 21. Цементный шлифовальник с покупными стеклянными шлифующими элементами для шлифовки 400-мм зеркала.

Слишком толстые шлифующие элементы не дадут вам выигрыша ни в чем, зато шлифовальник станет более «прожорливым», поскольку промежутки между шлифующими элементами – естественные ловушки для абразива. Далеко не весь абразив из этих ловушек вам удастся заставить работать, значительная его часть будет смыта и пропадет. Но плохи и даже опасны чрезмерно тонкие шлифующие элементы – они могут полностью сработаться еще до окончания грубой шлифовки зеркала. Оптимальная толщина стального шлифующего элемента лежит в пределах 1,5 – 2 мм (вот почему я упомянул монетки), дюралюминиевого или стеклянного – 2 – 3 мм. Я бы не советовал использовать вместо стекла или металла более мягкие материалы, скажем, оргстекло или винипласт. Да, Л.Л. Сикорук пишет чистую правду: после шлифовки мягким шлифовальником остаточная матовость на зеркале получается более тонкой. Зато процесс шлифовки идет дольше и притом менее предсказуемо. Не зря профессионалы используют металлические шлифовальники, чаще всего чугунные для грубой шлифовки и латунные для шлифовки тонкой. Мне доводилось шлифовать зеркала на оргстеклянных шлифовальниках, и процесс шлифовки всегда шел существенно дольше, чем на шлифовальниках металлических, а отшлифованная поверхность сильнее отличалась от сферической.

Если вы все же решите шлифовать зеркало оргстеклом, то, возможно, вам будет интересен еще один метод. Однажды, готовясь шлифовать 260-мм зеркало, я подумал: а зачем мне, собственно, резать оргстекло на квадратики? Не лучше ли вырезать по размеру зеркала оргстеклянный диск и моллировать (изменить форму под давлением при повышенной температуре) его в горячей воде? Ведь оргстекло в кипятке размягчается. Сказано – сделано. На дно большой кастрюли я положил три щепочки, на них – зеркало рабочей стороной вверх, на зеркало – выпиленный из оргстекла диск, на диск – цементное, защищенное затвердевшей эпоксидной смолой основание шлифовальника, добавил сверху 3-килограммовый груз и залил весь этот «бутерброд» чуть теплой водой. На огонь поставить не решился (вдруг зеркало лопнет?), а время от времени добавлял в кастрюлю кипяток и отчерпывал остывшую воду. Так понемногу довел воду в кастрюле до температуры в 90 градусов и оставил остывать на ночь. Получился замечательный оргстеклянный а-ля мениск. Его я приклеил к основанию шлифовальника описанным чуть выше способом и ножовкой по металлу пропилил в оргстекле асимметричные канавки глубиной около 2 мм. Кое-кто из моих собратьев по увлечению пробурчал не без иронии, что я-де исповедую принцип «лучше, конечно, помучиться», но в свою защиту скажу, что этот шлифовальник проявил себя неплохо – для оргстеклянного, конечно.

Перед началом собственно шлифовки шлифовальник любого типа надо притереть к зеркалу на самом грубом абразиве. Возможно, для этого хватит и часа работы, но не исключено, что потребуется больше времени. В идеале по окончании притирки вся поверхность шлифовальника должна покрыться равномерной шероховатостью. На практике будет достаточно, если «заработают» все шлифующие элементы, хотя некоторые, возможно, не полностью. Крупных «лысин» остаться не должно. Шлифовка все более мелкими номерами абразива – процесс в общем несложный и хорошо описанный в литературе. Подчеркну важное: на тонкой шлифовке нужно внимательно следить за краями шлифовальника, не давая им подсыхать, и, конечно, очень тщательно мыть шлифовальник при переходе к следующему номеру абразива, вычищая щетинистой кистью остатки предыдущего абразива из канавок. Разночтения между рекомендациями М.С. Навашина и Л.Л. Сикорука по сути заключаются только в том, где начинать и где заканчивать штрих. При этом длина штриха одинакова у обоих авторов: D/4 – D/3. Именно она в первую очередь определяет успех или неуспех шлифовки, так что вы можете применять штрих с односторонним выносом (как предлагает Сикорук) или с двусторонним (как рекомендует Навашин) – существенной разницы нет. А несущественная разница заключается в том, что при штрихе с односторонним выносом сильнее уменьшается фокусное расстояние зеркала. Оно и понятно: при таком штрихе зеркало сильнее давит центром на край шлифовальника.

Некоторые полагают, что при штрихе с односторонним выносом уменьшается опасность возникновения завала края. Думаю, это ошибочное мнение. Мой опыт его не подтверждает. Лично я предпочитаю «навашинский» штрих с двусторонним выносом. Между прочим, для устранения зональных ошибок зеркала достаточно перейти на штрих той же длины с односторонним выносом (по Сикоруку). Этот простейший метод хорошо убирает валики и канавки на средних зонах, но бесполезен против ямы в центре зеркала и завала края. Впрочем, это уже в большей степени относится к полировке. Но прежде чем мастерить шлифовальник одного размера с зеркалом, подумайте: нет ли у вас возможности заказать токарю шлифовальник из стали или твердого дюралюминия несколько большего диаметра? Скажем, на 20-30% (больше 40%, пожалуй, не стоит). Этот шлифовальник может быть радиусным или, что гораздо дешевле, ступенчатым с шагом ступенек по высоте 0,05 – 0,1 мм. Ручаюсь чем угодно: попробовав работать с металлическим шлифовальником увеличенного размера, а затем и с полировальником на его основе, вы уже не захотите ничего другого. Главная причина как раз в размерах. На большем, чем зеркало, шлифовальнике (и полировальнике) вам будет гораздо труднее натереть на зеркале яму в центре и, что еще хуже, завал края. Вам не придется внимательно следить за длиной штриха – нужно только, чтобы зеркало при движении через центр или по хорде в крайнем положении слегка выступало за край шлифовальника. И наконец, такой шлифовальник долговечен, на нем можно отшлифовать десятки зеркал. Если он больше не пригодится вам (хотя почему бы и нет?), то может пригодиться кому-нибудь другому.

Расчет ступенчатого шлифовальника легко найти в литературе по любительскому телескопостроению, поэтому здесь я его не привожу. Иногда пишут, что «обдирку» можно сразу выполнить на металлическом шлифовальнике. Практика показывает, что лучше этого не делать, особенно если шлифовальник выточен из дюралюминия, самые твердые марки которого все равно довольно мягки. Вы рискуете «просадить» центр шлифовальника. В итоге по окончании тонкой шлифовки ваше зеркало будет дальше от сферы, чем вам хотелось бы, и сполировывание мата займет много времени. Не поленитесь «ободрать» зеркало до того, как оно попадет на шлифовальник. Поверьте, это окупится. На каком номере абразива закончить шлифовку – М10 или М7? Может быть, даже М5? Тут мнения разные, но в целом можно сказать одно: если шлифовка на М10 прошла удачно, то можно уже остановиться. Да, шлифовка на абразиве М7 даст на зеркале более тонкую матовость, но возрастет и опасность появления царапин. А главное, полировка после М10 окажется лишь ненамного более долгой, чем после М7. На длительность полировки повлияют главным образом другие факторы, и в первую очередь то, насколько фигура вашего зеркала отличается от сферы. Л.Л. Сикорук справедливо указывает на то, что 20-30-часовая полировка не считается у начинающих любителей слишком длительной. За такой срок гарантированно сполируется мат от абразива М10 и даже М14. Так стоит ли чересчур гнаться за тонкостью мата? Что абсолютно необходимо, так это не пожалеть времени на шлифовку последними номерами абразива (обычно это М20 и М10). Часа по полтора-два на каждый номер – это уж непременно. Иначе при полировке вы заметите, что мат уже сошел, а светящиеся при косом освещении лампой накаливания⁶ точки, возникшие из-за выкрашивания стекла крупными номерами абразива, остались во множестве, и выведение их полировкой займет неоправданно много времени.

Перед последним номером абразива или сразу после него надо проделать еще одну операцию: отшлифовать тем же номером фаску зеркала. Казалось бы, зачем? А вот зачем: фаска у нас была отшлифована довольно грубо. Как следствие, при полировке смола может сорвать с нее мелкие стеклянные крошки. Они нанесут на поверхность зеркала не классические царапины с рваными краями, а так называемые ласины – менее глубокие царапины с более плоским дном, при большом увеличении напоминающие каньоны. В принципе мелкие ласины можно сполировать, но это обойдется вам в несколько часов упорного труда. Гораздо лучше «облагородить» фаску перед полировкой и тем самым свести к минимуму опасность появления ласин. Делать это придется с помощью металлической пластины и абразивной кашицы, поскольку вряд ли вам удастся найти для этой операции подходящий наждачный брусок. Может случиться и так, что ласины начнут появляться уже при шлифовке абразивом М20, заставляя вас подозревать абразив в загрязненности, поскольку начинающему любителю трудно отличить ласину от царапины. В этом случае следует «облагородить» фаску тем же способом, продолжить шлифовку и посмотреть, появляются новые царапины или нет. Если нет, то абразив в порядке. И еще одно напоследок. Если грубый абразив можно наносить на шлифовальник ложкой или даже рукой, то для тонких абразивных порошков применяется иной метод. Абразив лучше всего насыпать в баночку, залить водой, взболтать, дать отстояться и брать сверху кисточкой. При этом может возникнуть впечатление, что корифеи говорят о какой-то особенно тонкой, чуть ли не акварельной кисточке из беличьего меха. Ничего подобного. Много абразивной суспензии вы на акварельную кисточку не наберете. Все-таки вы шлифуете не такое уж маленькое главное зеркало, а не мелкую лупу. Можно даже использовать заурядную малярную кисточку, правда, самую мелкую. Но рекомендацию тщательно мыть кисточку при переходе к следующему номеру абразива, а еще лучше использовать новую кисточку я поддержу обеими руками.

Для каждого номера абразива нужна отдельная баночка. Если не забывать накрывать баночки с мелкими номерами абразива крышками на время перерывов в работе, то можно легко обойтись без пластмассовых бутылочек с трубочками, рекомендованных Л.Л. Сикоруком. При должной аккуратности можно даже обойтись пластмассовыми стаканчиками с бумажными «крышками». В Отделе телескопостроения при МОО АГО чаще всего так и делают. Разумеется, в стаканчиках находится только расходная часть мелких номеров абразива, которую предполагается истратить во время текущего сеанса шлифовки; основная же масса мелких абразивов хранится в надежно закрытой таре.

⁶Да-да, мелкие дефекты поверхности зеркала лучше всего видны в свете именно «устаревшей» лампы накаливания, а не какой-нибудь иной.

Глава 3