Изобретение относится к области технологии обработки оптических деталей и может быть использовано для финишной магнитореологической обработки прецизионных поверхностей оптических деталей. Обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят магнитореологическую жидкость (МРЖ). Обработку ведут малым инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее магнитного поля. В процессе обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля на МРЖ и периодов его снятия. На поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента в виде сгустка МРЖ, заключенного в ограниченной по объему внутренней полости корпуса инструмента, с образованием площадного пятна контакта с поверхностью обрабатываемой детали. В результате расширяются технологические возможности и повышается производительность обработки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунки к патенту РФ 2592337
Данное предложение относится к области технологии обработки оптических деталей и может быть использовано для финишной обработки прецизионных поверхностей оптических деталей.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности и производительности процесса финишной обработки поверхностей оптических деталей, преимущественно прецизионных поверхностей, например линз или оптических зеркал, малым инструментом (рабочая поверхность инструмента меньше площади поверхности обрабатываемой детали) при автоматизированном управлении процессом формообразования.
Известен способ (1) механической финишной обработки прецизионных поверхностей оптических деталей перемещением малого инструмента, например торцом малого инструмента (алмазного инструмента при шлифовании и смоляного полировальника при доводке и полировании) относительно обрабатываемой поверхности оптической детали по расчетным кольцевым зонам, при котором малому инструменту сообщают плоскопараллельное круговое движение с эксцентриситетом относительно оси шпинделя инструмента и перемещение относительно обрабатываемой детали, определяя время пребывания инструмента на каждом участке с учетом коэффициента, характеризующего скорость съема материала вдоль радиуса инструмента относительно его центра, причем оптическую поверхность представляют в виде кольцевых зон одинаковой ширины, перемещение инструмента относительно детали осуществляют по кольцевым зонам, последовательно помещая центр инструмента в середины кольцевых зон, имеющих самые большие значения припуска.
Диаметр инструмента может варьироваться в широком диапазоне в зависимости от характера обрабатываемой поверхности, причем в случае узких зональных ошибок размер круговой площадки перекрываемой инструментом при заданном эксцентриситете плоскопараллельного кругового движения может равняться ширине одной зоны. При определении времени пребывания инструмента в каждой перекрываемой инструментом зоне коэффициент, характеризующий скорость съема, рассчитывают для каждой такой зоны, при этом скорость перемещения инструмента по кольцевым зонам определяют по формуле:
V ij =L ij /t ij ,
где L ij - длина дуги окружности, перекрываемой инструментом в i-й зоне;
t ij - требуемое время обработки в i-й зоне;
i - текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;
j - текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента,
и выбирают ее максимальное значение.
Эксцентриситет плоскопараллельного кругового движения обычно составляет 0,1 диаметра выбранного инструмента и остается постоянным в течение всего времени обработки, при этом скорость обработки определяется величиной эксцентриситета и угловой скоростью вращения шпинделя инструмента и в процессе обработки остается постоянной.
При этом обработку ведут при сообщении обрабатываемой оптической детали вращения вокруг своей оси.
Данный способ реализован в ОАО «НПО «Оптика» на практике при обработке оптических деталей на компьютеризированных доводочных станках серии АД (например, АД-1000).
Данный способ формообразования позволяет осуществлять асферизацию оптических поверхностей, убирая определенную часть припуска в каждой требуемой зоне обрабатываемой оптической поверхности в процессе формообразования и устраняя зональные ошибки.
Компьютерно-управляемая обработка поверхностей оптических деталей по данному методу в настоящий момент позволяет получать:
Величину отклонения профиля поверхности (RMS) - 30 нм;
Величину шероховатости (R Z) обработанной поверхности - 0,5 мкм.
Основной недостаток - контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью и износ инструмента.
Наиболее близким к предлагаемому способу является нашедший в настоящее время широкое применение способ магнитореологической обработки (доводка и полировка) поверхностей оптических деталей (2), появление которого связано с возросшими требованиями к бездефектности оптических поверхностей и их шероховатости, что при классическом полировании не получается в стабильно воспроизводимом режиме.
Заложенный в данном способе магнитореологической обработки принцип прост: обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки посредством вращающегося колеса или ролика через сопло подается под давлением содержащая железный порошок магнитореологическая жидкость (МРЖ). Магнитная система (например, электромагнит), расположенная внутри колеса, создает в вершине колеса сильное магнитное поле, которое обеспечивает перевод МРЖ в зоне обработки в вязкопластическое состояние в виде компактного сгустка МРЖ на поверхности колеса под обрабатываемой деталью, выполняющего роль "малого инструмента", а обрабатываемая деталь закрепляется на вращающемся шпинделе и погружается на 0,5 мм в МРЖ, где под воздействием магнитного поля и создается обрабатывающий "малый инструмент", формируемый из находящейся в зоне обработки и переводимой в вязкопластическое состояние МРЖ под действием постоянного магнитного поля, накладываемого на нее в зоне обработки.
Этим "малым инструментом", пятно контакта которого с обрабатываемой поверхностью близко к точечному, и ведут обработку.
За счет вращения колеса обеспечивается необходимая скорость съема, а также производится смена МРЖ в зоне обработки. За счет этого возможна целенаправленная обработка заготовки, так как жидкость образует постоянную зону действия в точке соприкосновения с заготовкой.
Система обеспечения МРЖ включает в себя подающий насос, связанный с соплом подачи МРЖ к колесу в зону обработки, насос для отбора МРЖ из рабочей зоны инструмента со съемником МРЖ, систему перемешивания, расположенную в резервуаре с МРЖ, датчик давления, систему термостатирования, дозатор и систему трубопроводов с электромагнитными клапанами в ней.
Система автоматизированного управления управляет датчиком рабочего зазора, который отслеживает положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали, и системы подачи МРЖ.
Предварительно обработанная заготовка точно обмеривается и на основании данных измерений станок рассчитывает время обработки, обеспечивая прецизионный и привязанный к конкретному месту съем материала. Обычно весь процесс финишного формообразования осуществляется в несколько последовательных технологических обработки сеансов с чередованием процессов промежуточного контроля поверхности обработанной во время предыдущего сеанса детали и корректировки программы обработки на последующий сеанс. У большинства современных измерительных комплексов и станков программное обеспечение взаимно связано.
Компьютерно-управляемая обработка поверхностей оптических деталей по методу магнитореологической обработки позволяет получать малую погрешность формы < /50 и < /50 ( =0,63 мкм), шероховатость R Z =3 нм, микрошероховатость менее 1 нм, что позволяет увеличить лучевую стойкость в (3-5) раз.
Кроме того, обрабатываемые магнитореологической обработкой детали имеют минимальную толщину нарушенного слоя вследствие минимального термического воздействия на деталь.
Итак, преимущества технологии магнитореологического обработки следующие:
Минимальная шероховатость и толщина разрушенного слоя;
Малая погрешность формы ( < /50 и < /50);
Отсутствие износа полировального инструмента;
Отсутствие термического воздействия инструмента на деталь;
Минимальное давление на деталь;
Однако этот способ имеет свои границы. Если при обработке выпуклых поверхностей границ почти нет, при обработке вогнутых поверхностей граница достигается очень быстро, так как радиус кривизны должен быть больше радиуса колеса, который не может быть очень малым.
Другим существенным недостатком является время процесса. Чем больше диаметр оптической детали и отклонение формы исходной заготовки, тем больше время доводки. В некоторых случаях все время финишной обработки может составлять до 6 часов. Несмотря на оптимизацию и подгонку процессов шлифования и предварительного полирования время МРЖ обработки еще очень велико. Длительность процесса повышает стоимость обработки асферических поверхностей оптических деталей. Вместе с тем растянутость процесса во времени и управляемость величиной съема позволяет добиться очень точной корректировки формы поверхности.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей предложенного способа обработки, повышение его производительности, а также упрощение и удешевление его аппаратной реализации.
Техническим результатом предлагаемого способа является максимальное устранение ограничений по величине радиуса кривизны обрабатываемых вогнутых поверхностей, возможность распространения преимуществ уже используемой в промышленности технологической системы автоматизированного формообразования (ТЕСАФ) оптических поверхностей на магнитореологическое формообразование поверхностей прецизионных оптических деталей и удешевление требуемого для реализации этой технологии станочного оборудования.
Технический результат достигается тем, что в ходе процесса магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом, при котором предварительно обработанную заготовку точно обмеривают, на основании данных измерений составляя программу обработки, весь процесс обработки разбивают на несколько последовательных технологических сеансов с корректировкой на каждый сеанс программы обработки после получения результатов контроля предыдущего сеанса, обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят МРЖ, а обработку ведут инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее в зоне обработки магнитного поля, а в ходе каждого технологического сеанса обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия, причем в процессе обработки на поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента, представляющего образующий площадное пятно контакта своей торцевой поверхности с поверхностью обрабатываемой детали сгусток МРЖ, заключенный в ограниченной по объему внутренней полости в корпусе инструмента.
Технический результат достигается также тем, что:
На зону обработки воздействуют прерывистыми импульсами постоянного магнитного поля;
Чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия производят посредством включения и выключения питания рабочим током обмоток электромагнита постоянного тока;
Малому инструменту сообщают во время обработки плоскопараллельное движение относительно обрабатываемой детали;
В процессе обработки контролируют и поддерживают постоянным положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали;
Малый инструмент располагают над обрабатываемой деталью.
При исследовании отличительных признаков описываемого способа не выявлено каких-либо аналогичных технических решений, касающихся предложенных вариантов выполнения предложенного способа.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "НОВИЗНА".
Кроме того, заявленное техническое решение не вытекает явным образом из известного уровня техники (1, 2) и в нем не выявлены признаки, отличающие данное решение от прототипа, и не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".
Сущность заявленного способа магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом поясняется иллюстрациями, где:
На Фиг. 1. представлена заявленная функциональная схема магнитореологической обработки;
На Фиг. 2. представлена фотография макетного образца устройства для магнитореологической обработки.
Устройство для магнитореологической обработки представляет собой установленные на станине стол 1 для крепления обрабатываемой детали 2 с приводом его вращения (не показан) вокруг собственной вертикальной оси (координата U); вращающийся шпиндель 3 (координата C) через механизм 4 плоскопараллельного кругового движения (координата S) с эксцентриситетом относительно оси шпинделя 3 связан с рабочей головкой 5, установленной на станине с помощью кареток с возможностью перемещения по координатам , Y и относительно стола 1; систему обеспечения устройства МРЖ, включающую в себя резервуар 6 для подготовки и хранения МРЖ, который обеспечивает непрерывное перемешивание жидкости, поддержание необходимой температуры; перистальгический насос 7 для подачи МРЖ под давлением 5÷10 КПа в рабочую головку 5, насос 8 для откачки МРЖ из рабочей головки 5, который обеспечивает сбор отработанной жидкости в рабочей головке 5 и подачу ее в резервуар 6; электромагнитный клапан 9 и трубопроводы 10, соединяющие насос подачи 7, резервуар 6 и рабочую головку 5; установленный на рабочей головке 5 источник 11 импульсного (прерывистого) магнитного поля с магнитной индукцией 250 мТл и блок управления работой устройства, включающего в себя промышленный компьютер 12, управляющий рабочими перемещениями рабочей головки 5 и стола 1 станка по заданной программе и сигналам с датчика 13 перемещения, который отслеживает положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали; а также работой блока 14 питания источника 11 магнитного поля и работой системы подготовки и подачи МРЖ.
В корпусе рабочей головки 5 со стороны, обращенной к столу 1, выполнена замкнутая ограниченная по площади внутренняя полость 15 (диаметром =40÷200 мм), соединенная выполненными в корпусе каналами подвода 16 и отвода 17 и трубопроводами соответственно с резервуаром 6 и насосами подачи 7 и откачки 8 МРЖ.
Формирование малого инструмента осуществляют в установленной на шпинделе 3 станка рабочей головке 5 посредством подачи МРЖ (взвешенной суспензии) насосом 7 из резервуара 6 посредством клапана 9 по трубопроводу через подводящий канал 16 в замкнутую ограниченную по площади полость 15 в корпусе рабочей головки 5, в которой при наложении на зону обработки магнитного поля источника 11, закрепленного на корпусе рабочей головки 5 над полостью 15, МРЖ переходит в вязкопластическое состояние, принимая в полости 15 форму сгустка 18 МРЖ, имеющего площадное пятно контакта с поверхностью обрабатываемой детали и поджимаемого своей торцевой рабочей поверхностью под давлением МРЖ к поверхности обрабатываемой детали 2.
Источник 11 импульсного (прерывистого) магнитного может представлять собой электромагнит постоянного тока, содержащий выполненный из магнитомягкого материала тороидальный сердечник 1, охватывающий корпус рабочей головки над полостью 15, тороидальную катушку медного провода и электрические выводы, подключенные к блоку 14 питания источника 11 магнитного поля. При этом компьютер 12, подавая периодически команды на включение на требуемый промежуток времени электромагнита, затем на отключение последнего, создает, таким образом, в зоне обработки импульсы прерывистого магнитного поля, тем самым создавая условия для управляемого существования в полости 15 рабочего сгустка 18 МРЖ со временем жизни, определяемым временем действия на него магнитного поля, причем в процессе обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия, при этом время наложения магнитного поля соответствует сеансу обработки, а время его отсутствия - сеансу замены в зоне обработки МРЖ.
Отсос из полости 15 отработавшей МРЖ производится после снятия магнитного поля, когда сгусток 18 МРЖ при отсутствии магнитного поля переходит снова из вязкопластического состояния в жидкотекучее и по отводу 17 в корпусе рабочей головки 5 и соединяющему трубопроводу насосом 8 откачки отводится в резервуар 6.
Способ магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом реализуется в следующей последовательности.
Весь процесс финишной обработки обычно осуществляется в несколько последовательных технологических сеансов обработки с чередованием процессов промежуточного контроля поверхности обработанной во время предыдущего сеанса детали и корректировки программы обработки на последующий сеанс.
В ходе каждого технологического сеанса обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия.
При проведения интерферометрического контроля качества поверхности предварительно обработанной оптической детали 2 строится топография поверхности, на основании которой рассчитывается программа последующего технологического сеанса обработки оптической детали на автоматизированном доводочном станке серии АД.
После интерферометрического контроля обрабатываемую деталь 2 устанавливают на столе 1 станка, а в компьютер 12 вводится необходимая программа рассчитанного технологического сеанса формообразования поверхности оптической детали 2. Рабочая головка 5 по команде от компьютера 12 подводится к поверхности обрабатываемой детали 2 до получения от датчика 13 перемещения команды на остановку рабочей головки 5, после чего компьютером 12 подается команда на электромагнитный клапан 9 и МРЖ из резервуара 6 насосом 7 подачи поступает через канал 19 в полость 15, следующая команда от компьютера 12 отключает клапаном 9 подачу МРЖ в рабочую головку 5, замыкая насос 7 напрямую на резервуар 6, и включает источник 11 импульсного (прерывистого) магнитного поля, после чего МРЖ в полости 15 переходит в вязкопластическое состояние, принимая форму сгустка 18, прижимаемого своей торцевой рабочей поверхностью под давлением МРЖ создаваемым насосом 7 подачи в систему подготовки и подачи МРЖ к поверхности обрабатываемой детали с созданием площадного пятна контакта с ней. Процесс обработки ведется при сообщении рабочей головке 5 от механизма 4 плоскопараллельного кругового движения (координата S) с эксцентриситетом относительно оси шпинделя 3 и перемещения относительно приводимой во вращение обрабатываемой детали 2 по заданной программе технологического сеанса обработки, при этом сгусток 18 МРЖ в течение времени действия импульса магнитного поля выполняет функцию малого инструмента с площадным пятном контакта с обрабатываемой поверхностью и производит рабочий съем материала с подлежащей обработке поверхности обрабатываемой детали 2.
В процессе обработки в ходе каждого технологического сеанса обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия, причем в процессе обработки на поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента, представляющего образующий площадное пятно контакта своей торцевой поверхности с поверхностью обрабатываемой детали сгусток МРЖ, заключенный в ограниченной по объему внутренней полости в корпусе инструмента.
Процесс обработки с помощью МРЖ жидкости сформированным малым инструментом производится методом «свободного притира».
По окончании времени действия импульса магнитного поля (промежуток времени 5-30 мин) магнитное поле исчезает, процесс обработки прерывается, сгусток 18 МРЖ при отсутствии магнитного поля переходит снова из вязкопластического состояния в жидкотекучее и по соединяющему трубопроводу насосом 8 откачки отводится в резервуар 6, а в полость 15 одновременно поступает по подводящему каналу 16 из резервуара 6 под давлением свежая МРЖ, которая при приходе следующего импульса магнитного поля переходит также в вязкопластическое состояние с образованием под действием магнитного поля на время действия импульса нового сгустка 18, который выполняет функции локального инструмента, и процесс обработки возобновляется и продолжается до окончания действия магнитного поля.
Процессы включения магнитного поля и отключения отсоса МРЖ из полости 15 и наоборот отключения магнитного поля и подачи МРЖ в полость 15 из резервуара 6 синхронизированы по времени.
Дальше процесс повторяется в соответствии с заложенной в компьютере станка программой технологического сеанса обработки. Такой цикл повторяется с периодичностью, зависящей от длительности сеанса обработки поверхности, размеров инструмента и обрабатываемой детали, а также от заданных параметров качества поверхности обрабатываемой детали.
В процессе обработки система управления работой станка через промышленный компьютер 12 с помощью датчика 13 перемещения в зоне обработки постоянно отслеживает и поддерживает постоянной заданную величину рабочего зазора, управляя перемещением рабочей головки 5 по координате Z. Во время обработки происходит растаскивание МРЖ по обрабатываемой поверхности, вследствие этого уменьшается зазор между инструментом и обрабатываемой поверхностью. Величину зазора отслеживает датчик 13 перемещений, который в соответствии с заданными параметрами выдает сигнал на систему управления и система выдает вышеуказанную последовательность управляющих команд.
В ОАО «НПО «Оптика» были проведены сравнительные исследования взаимодействия МРЖ при точечном и площадном пятнах контакта с обрабатываемой оптической поверхностью. Исследования проводились на детали 160 мм, материал стекло К8.
При исследовании взаимодействия МРЖ при точечном пятне контакта с обрабатываемой поверхностью было проведено несколько технологических сеансов обработки на станке АД-1К.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что предложенный способ магнитореологической обработки оптической поверхности с использованием электромагнитного инструмента с площадным пятном контакта по сравнению с методом точечного контакта:
Сокращает время доводки оптических деталей;
Использование набора электромагнитных инструментов различных диаметров в процессе технологических сеансов обработки дает возможность получения оптических поверхностей дифракционного качества (с.к.о. /100 и выше, R Z до 5 A°);
Позволяет производить доводку высокоточных крупногабаритных оптических деталей диаметром до 3-х метров на автоматизированных станках серии АД;
Данный метод не критичен к использованию прецизионных станков.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ".
Источники информации
1. Патент РФ № 1776544, МПК: B24B 13/06, 1991 г. "Способ формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей".
2. Патент США № 5795212, МПК: B24B 1/00; B24B 37/04; B24B 39/02; H01F 1/44, Опубл. 18.08.1998 г. ((Deterministic magnetorheological finishing». (прототип).
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом, включающий проведение обработки по заданной программе, составленной по результатам измерения предварительно обработанной детали, с разбивкой процесса обработки на несколько последовательных технологических циклов и с корректировкой программы обработки в каждом цикле после контроля поверхности детали в предыдущем цикле, при этом обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят магнитореологическую жидкость (МРЖ), а обработку ведут инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее магнитного поля, отличающийся тем, что в ходе каждого технологического цикла обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля на МРЖ и периодов его снятия, причем в процессе обработки на поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента в виде сгустка МРЖ, заключенного в ограниченной по объему внутренней полости корпуса инструмента, с обеспечением контакта с поверхностью обрабатываемой детали, характеризуемого заданной площадью пятна контакта.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наложение магнитного поля на МРЖ осуществляют прерывистыми импульсами постоянного магнитного поля, создаваемого электромагнитом постоянного тока.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия производят посредством включения и выключения питания рабочим током обмоток электромагнита постоянного тока.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инструмент располагают над обрабатываемой деталью.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инструменту во время обработки сообщают плоскопараллельное движение относительно обрабатываемой поверхности.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе обработки контролируют и поддерживают постоянным положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали.
6-й разряд
Характеристика работ. Грубое, среднее и тонкое шлифование, полирование и доводка деталей из оптического стекла всех марок, кристаллов и керамики эластичным методом крепления с использованием классических режимов обработки поштучно на операции "доводка" и групповым способом на грубой, средней и тонкой шлифовке на универсальном шлифовально-полировальном оборудовании с применением универсальных приспособлений.
Должен знать: оптимальные способы обработки и доводки размеров оптических деталей высокой сложности из всех оптических материалов; устройство и правила наладки всех типов шлифовально-полировальных, обдирочных и доводочных станков; все виды измерительного инструмента.
Примеры работ
1. Детали оптические плоские с размером большей стороны или диаметра свыше 100 до 500 мм, сложные с размером большей стороны или диаметра свыше 50 до 100 мм и до 10 мм с отношением толщины к диаметру или большей стороне до 0,03 - грубое, среднее и тонкое шлифование, полирование и доводка по I - II классам чистоты с допусками: на качество поверхности по общим ошибкам до 0,1 интерференционного кольца на 1 см поверхности, по местным ошибкам до 0,1 кольца, на толщину до 0,06 мм, на клин до 30 секунд.
2. Детали оптические плоские с размером большей стороны свыше 500 мм, сложные с размером большей стороны или диаметра свыше 100 мм с отношением толщины к диаметру или большей стороне до 0,05 - грубое, среднее и тонкое шлифование, полирование и доводка по I - II классам чистоты с допусками: на качество поверхности по общим ошибкам до 0,5 интерференционного кольца на 1 см поверхности, по местным ошибкам до 0,1 кольца, на толщину до 0,5 мм, на клин до 30 секунд.
3. Линзы всех видов, сферические и асферические диаметром свыше 100 до 250 мм, сложные диаметром свыше 50 до 100 мм и до 10 мм - грубое, среднее и тонкое шлифование, полирование и доводка по I классу чистоты с допусками: на качество поверхности по общим ошибкам до 0,05 интерференционного кольца на 1 см поверхности, по местным ошибкам до 0,1 кольца, на толщину до 0,1 мм.
4. Линзы всех видов, сферические и асферические диаметром свыше 250 мм, сложные диаметром свыше 100 мм - грубое, среднее и тонкое шлифование, полирование и доводка по II - III классам чистоты с допусками: на качество поверхности по общим ошибкам до 0,2 интерференционного кольца на 1 см поверхности, по местным ошибкам до 0,1 кольца, на толщину до 0,01 мм.
5. Призмы и клинья всех видов с размером большей стороны свыше 100 мм, сложные с размером большей стороны свыше 50 мм и до 10 мм - грубое, среднее и тонкое шлифование, полирование и доводка по I - II классам чистоты с допусками: на качество поверхности по общим ошибкам до 0,5 интерференционного кольца на 1 см поверхности, по местным ошибкам до 0,1 кольца, на углы и пирамидальность до 30 секунд.
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ (общие основы)»
МИНСК, 2008
Основные технологические операции
Технологический процесс изготовления оптических деталей состоит в обработке их рабочих и крепежных поверхностей. Заготовкам (кусковое стекло, плитки, прессовка и др.) придают нужные размеры, а поверхностям - структуру соответственно с их назначением
При составлении наиболее целесообразного технологического процесса должны учитываться вид сырья, количество деталей в партии, имеющиеся технические средства (оборудование, инструмент и др.) и требуемая точность изготовления. Обработку многих оптических деталей можно разбить на несколько основных этапов, каждый из которых имеет определенное назначение.
Заготовка. Заготовительные операции - это удаление лишнего материала, придание заготовке детали точной формы, выдерживание нужных размеров, обеспечение нужной структуры поверхности (матовости) для последующей мелкой шлифовки.
Операции для получения полуфабриката могут быть самыми разнообразными. Это резка стекла, распиловка, фрезеровка, сверление, кругление, обдирка, средняя шлифовка, снятие фасок и др. Обработка производится абразивами в свободном или в связанном состоянии (круги, фрезы, алмазный металлокерамический инструмент). На многих операциях (сферошлифование, центрировка, фрезеровка, фасетировка) широко применяется инструмент из синтетических алмазов на металлокерамической связке.
Вспомогательные операции (наклейка, склейка, блокировка и др.) служат для крепления деталей на приспособлениях и группировки их для совместной дальнейшей обработки или для удаления всевозможных загрязнений (промывка, протирка).
Мелкая шлифовка. Это подготовка поверхности оптической детали к полировке, т. е. снятие припусков на заготовке и доведение размеров сторон до заданных за счет последовательной обработки абразивами различной крупности (так называемые переходы). В результате мелкой шлифовки получается матовая фактура поверхности с очень тонкой структурой.
Абразивные зерна при перекатывании между стеклом и шлифовальником своими режущими кромками повреждают стекло. Благодаря ударно-вибрационному действию зерен абразива на стекле образуется поврежденный поверхностный слой (выступы и раковистые изломы), а под ним внутренний трещиноватый слой. Глубина трещиноватого слоя в несколько раз (4 и более) больше глубины выколок поверхностного слоя (исследования Н. Н. Качалова, К. Г. Куманина и других ученых).
Если при шлифовке имеется избыток воды - зерна смываются, давление на каждое оставшееся зерно возрастает, происходит их раздавливание или заклинивание. При этом неизбежны царапины и выколки. Избыток абразива, мешая зернам свободно перекатываться, вызывает царапины, снижает производительность. Шлифование наиболее производительно при распределении абразивных зерен в один слой.
Скорость вращения шпинделя влияет на частоту перекатывания зерен и на их ударно-вибрационное действие. Чрезмерное увеличение скорости вызывает, под влиянием центробежной силы, сбрасывание еще не отработавших зерен.
Величина сошлифовывания пропорциональна величине давления. Практически предельным является такое давление, при котором зерно раздавливается (раздавливающее усилие). Величина его зависит от прочности применяемого абразива.
Установлено, что вода вызывает на поверхности стекла химические процессы, в результате которых создаются расклинивающие усилия, способствующие отделению частиц стекла от обрабатываемой поверхности
Полировка. Это операция снятия оставшихся неровностей на поверхности оптической детали после мелкой шлифовки до получения требуемого класса шероховатости и чистоты, а также до получения заданной точности по плоскостности или кривизне обрабатываемой поверхности. Процесс основан на совместном действии ряда факторов: механических, химических и физико-химических
Применение разнообразных смачивающих жидкостей, как показали опыты, может ускорить или замедлить ход процесса полировки. Доказано, что кремнистые соединения стекла под влиянием воды образуют тончайшую (от 0,0015 до 0,007 мкм) пленку, прекращающую доступ воды к более глубоким слоям стекла и ее химическое воздействие на них. Благодаря механическим силам эта пленка срывается, обнажая свежий слой стекла, который снова подвергается воздействию воды. В результате образуется новый слой пленки, который тут же срывается и т.д. Сама пленка способна силами сцепления удерживать на своей поверхности частицы полирующего материала.
В качестве полировочного инструмента применяют планшайбы, грибы и чашки, на которые наносится слой смолы или волокнистых материалов
Для двусторонней полировки витражных, зеркальных, строительных стекол, декорирования сортовой стеклянной посуды большое значение имеет совершенствование способов химической (кислотной) обработки поверхности стекол травлением. Этот метод может применяться вместо механической полировки поверхности стекла иногда в комбинации с механическими способами
Центрировка. Это операция обработки детали по диаметру симметрично ее оптической оси, при которой и оптическая, и геометрическая оси линзы совмещаются. Необходимость выполнения операция вызвана следующими обстоятельствами. В процессе изготовления заготовок, например при круглении столбиков (рис. 1 , а), обдирке, шлифовке и полировке из-за неравномерного снятия слоя стекла линзы могут иметь клиновидность, которая характеризуется неравнотолщинностью деталей по краю (Рис.1,б). У такой детали при нанесении сферы происходит смещение центров сферических поверхностей, а, следовательно, и оптической оси относительно геометрической оси линзы.
Рис.1. Схема образования децентрировки:
а - перекос оси столбика заготовок; б - смещение центра сферической поверхности
Рис. 2. Децентрировка в линзе:
а - оптическая ось параллельна геометрической оси; б - оптическая ось под углом геометрической оси
Рис. 3 Схематическое изображение
Рис.4. Автоматическая установка линзы сжатием между патронами:
1-линза; 2-патроны
Оптическая ось линзы до операции центрировки может быть параллельна ее геометрической оси (рис.2, а) или идти под некоторым углом к ней (рис.2, б). У такой линзы ее края расположены на разных расстояниях от оптической оси и имеют разную толщину. Такую линзу нельзя поставить в оправу прибора, так как изображение будет плохое (оптическая ось линзы не совпадает с геометрической осью оправы). У центрированной линзы края имеют одинаковую толщину, а оптическая и геометрическая оси совмещены в пределах допуска на децентрировку (рис. 3, б).
Установка линзы на патроне перед центрировкой производится оптическим или механическим способом.
Оптический способ - установка по «блику» на глаз или под оптическую трубку. Линза закрепляется центрировочной смолой на вращающемся патроне в положении, при котором обеспечена неподвижность изображения нити лампы или изображения «блика» в оптической трубке.
Механический способ (самоцентрировка) заключается в том, что линза устанавливается автоматически сжатием между двумя патронами, расположенными строго на одной оси (рис.4).
При обоих способах правильность установки гарантируется хорошей подготовкой и подрезкой установочной кромки патронов и отсутствием биения центрируемой детали при вращении.
Склейка. Задачей склейки является получение жестко скрепленной и центрированной системы.
В некоторых случаях (особенно для плоских деталей) склейку заменяют оптическим контактом (молекулярное сцепление двух полированных поверхностей).
Вспомогательные технологические операции
Наиболее ответственная вспомогательная операция блокировка - соединение деталей или заготовок с приспособлением (наклейкой, механическим способом, методом оптического контакта, вакуумным креплением, посадкой в сепараторы и др.) для совместной дальнейшей их обработки. Сочетание приспособления и закрепленных на нем деталей или заготовок называется блоком. От правильного выбора способа блокировки, в зависимости от размеров и формы деталей, заданной точности зависит в большой степени качество изделия и экономичность технологического процесса.
Блокировка должна обеспечить:
1) закрепление максимально большого числа заготовок;
2) удобство обработки на данной операции (например: шлифовке, полировке);
3) удобство производить в процессе работы необходимые замеры;
4) надежность крепления при наиболее интенсивном режиме работы;
5) отсутствие механических повреждений и деформаций заготовок или деталей;
6) правильное и симметричное расположение обрабатываемых поверхностей относительно приспособления и обрабатывающего инструмента;
7) простоту и быстроту блокировки и разблокировки.
В оптическом производстве применяется несколько способов блокировки. Однако самым распространенным до сих пор является способ эластичного крепления.
Эластичное крепление. Применяется в мелкосерийном и массовом производстве для деталей средней точности. Эта операция включает в себя следующие переходы:
1. Наклейка на одну из обрабатываемых сторон детали смоляных подушек ручным способом или на специальном полуавтомате.
2. Зачистка второй обрабатываемой поверхности линзы
3. Притирка линз к тщательно зачищенной поверхности притирочного приспособления (гриб, чашка, планшайба).
4. Приклейка деталей к наклеечному приспособлению.
5. Охлаждение блока.
Толщина слоя смолы после охлаждения должна быть 0,1- 0,2d (d - диаметр линзы), но не менее 1 мм (для линз малого диаметра). Так, например, для линзы диаметром 30 мм высота смоляной подушки 3-6 мм. Диаметр смоляной подушки равен диаметру детали и делается с небольшой конусностью для удобства блокировки (рис. 5). Разблокировка производится в холодильнике, а иногда просто деревянным молоточком.
Заливка применяется для линз малого диаметра и малого радиуса кривизны. На притертые и соответственно расположенные на поверхности притирочного приспособления линзы капают сверху расплавленной смолой. Смола заполняет чашку, прогревает линзы и приклеивается к ним. Пока смола не затвердела, в нее вводится разогретое наклеечное приспособление, например гриб. После достаточного погружения в смолу и выравнивания с тем, чтобы оси приспособлений совпадали, блок охлаждается, После зачистки поверхность блока промывается растворителем и водой. Разблокировка производится разогревом блока.
Жесткое крепление. Применяется в массовом и крупносерийном производстве деталей с допусками на точность поверхностей от 0,5 кольца и более, на толщину от 0,05 мм и выше.
Для обработки первой стороны линзы (прессовки) жестко наклеиваются непосредственно на приспособление в специальные гнезда или площадки (рис. 6, а).
Рис. 5. Вид смоляных подушек
Приспособление разогревают до температуры около 100° С. Одновременно с этим слегка подогревают и детали. На крепежную поверхность приспособления наносят тонкий слой смолы или просмоленную матерчатую прокладку (при обработке второй стороны). После наложения линз палочкой максимально выживают смолу из-под детали. После обработки первой стороны (обдирка или фрезеровка, среднее и мелкое шлифование, полировка) всю поверхность детали покрывают лаком и в такой же последовательности обрабатывают с второй стороны.
Полужесткое крепление. Применяют для тонких линз с большим радиусом кривизны обрабатываемой поверхности. Линза наклеивается при помощи просмоленной матерчатой прокладки на металлическую шайбу в свою очередь, наклеенную на приспособление (рис. 6,б). В очковом производстве применяют наклейку разогретых заготовок непосредственно на смоляной слой. Для обеспечения точности такого крепления специальное приспособление формует на смоляном слое посадочные места обратной формы. Они определяют место линз при блокировке (рис. 6, в).
Механическое крепление. Чаще всего применяется при заготовительных операциях, например для крепления призм.
Детали ставят вплотную друг к другу в металлические приспособления с соответствующими вырезами. Крайние детали удерживаются винтовыми или пружинными зажимами. Под крайние детали подкладывают эластичную прокладку (резину, картон).
Рис. 6. Схема наклейки (жесткий и полужесткий методы):
а - жесткий метод; б - полужесткий метод; в - наклейка на смоляные выступы
(1 - линза; 2 - просмоленная матерчатая прокладка; 3 - сферическая пластинка;
4 - смола; 5 - приспособление наклеечное);
Гипсовка. Способ применяется чаще всего для крепления призм с допусками на углы от 3" и выше и крупных кусков стекла. Гипсовка состоит из заливки водного раствора гипса с цементом в приспособление в виде котелка, корпуса и т. п. (рис. 7) прямо на детали, притертые к планшайбе. Днище котелка крепится к кольцу винтами или другим способом. Часто ограничиваются оберткой притирочной планшайбы резиновым ободом. После затвердения гипса и закрепления в нем днища, установленного прямо в гипс, обод снимается. Промежутки между
Рис. 7. Схема гипсовки:
1 - призма; 2 - притирочная планшайба; 3 - пластинка; 4 - днище; 5 - кольцо корпуса призмами после затвердения гипса зачищают проволочной щеткой на глубину 2-3 мм и промывают.
Для обеспечения зачистки блока пространство между призмами до заливки засыпают мелко просеянными сухими древесными опилками, а металлический обод ставится на 3-4 пластинки толщиной 2-3 мм. Для защиты от влаги и осыпания гипса зачищенное пространство покрывают расплавленным парафином.
Разблокировка производится раскалыванием гипса деревянным молотком или на специальном разгипсовочном прессе. Использование пресса снижает трудоемкость процесса разблокировки и обеспечивает более высокое качество, так как почти все призмы полностью освобождаются от гипса.
Метод оптического контакта. При обработке деталей с точными поверхностями (до 0,05 кольца), угловыми размерами 1-2”, параллельностью 1 -10” (точные пластины, зеркала, клинья, призмы) применяется крепление оптическим контактом. При этом отполированные «с цветом» 0,5-2 кольца поверхности деталей тщательно очищаются и обезжириваются (спирт, эфир, беличья кисточка, батистовые салфетки) и плавно опускаются и прижимаются к также тщательно подготовленной полированной поверхности контактного приспособления. Нажим производят до исчезновения интерференционной картины. Промежуток между деталями замазывают лаком, или раствором шеллака в ректификате.
Контактные приспособления могут быть разной формы и размеров (рис. 8) в зависимости от формы и размеров
Рис. 8. Контактные приспособления для пластин и призм: а - контактная пластина с плоскопараллельными пластинками (1 - пластинки; 2 - контактная пластина); б - приспособление для призм и клиньев (1 - призмы; 2 - контактное приспособление) обрабатываемых деталей.
Поверхность их должна быть отполирована с точностью до 0,1-0,5 кольца. Если необходима параллельность, ее выдерживают до 1-2”. Точность углов также выдерживается строго, так как от точности угловых размеров, параллельности и качества поверхности контактных приспособлений зависит качество изделия.
При снятии с контакта применяют разогрев или охлаждение. Тонкие детали (0,1-0,5 мм) можно аккуратно снять лезвием бритвы или каплей эфира, налитой на поверхность детали.
Крепление в сепараторах. Сепараторы или разделяющие устройства применяют в заготовке и на окончательных операциях при точной доводке поверхности и угловых размеров. Сепаратор представляет собой обойму, имеющую вырезы, в которые закладываются обрабатываемые детали. Обработка таких деталей, например в заготовке, может вестись одновременно с двух сторон (рис. 9, а). Для точной доводки применяют толстые стеклянные пластины с вырезами разного диаметра, в которые закладываются различные детали (рис. 9, б). Вырезы не дают детали возможности упасть за пределы полировальника.
Рис. 9. Сепаратор: а - схема двусторонней шлифовки (1 - сепаратор; 2 - пластинки; 3 - шлифовальники); б-стеклянный сепаратор для механизированной доводки плоских деталей
Сам сепаратор в процессе работы все время исправляет поверхность полировальника, тем самым поддерживая его в хорошем состоянии, т. е. является и формовочным диском.
Если на детали (пластинке, клине) требуется увеличить или уменьшить угол клина, то на ее край наклеивают мягким воском груз, благодаря которому и происходит более сильное срабатывание нужного участка.
Соотношение площади отверстий и целой части сепаратора определяется расчетом.
Изготовление комплекта шлифовальников
Расшлифовка выпуклой поверхности при переходе от более крупных абразивов к более мелким всегда начинается с края. Этим обеспечивается выдерживание нужной толщины линзы по центру и равномерное сошлифовывание всей поверхности от краев к центру. Радиусы кривизны шлифовального инструмента меняются подрезкой при переходе от более крупных абразивов к более мелким.
Рис. 10. Схематические изображения изменения радиуса кривизны поверхности инструмента чашки (а) и гриба (б):
R 1 - радиус кривизны обдирочного инструмента; R 2 - радиус кривизны инструмента для средней шлифовки; R 3 - радиус кривизны инструмента для мелкой шлифовки
Радиусы кривизны чашек постепенно уменьшаются (рис. 10,а), а грибов, наоборот, увеличиваются (рис. 10, б).
При расшлифовке инструмента поверхности его придается нужный радиус кривизны или точная плоскостность. Одновременно с этим поверхность прошлифовывается до удаления следов резца или шабера.
Последовательность операции следующая.
1. Поверхность инструмента для последнего этапа шлифования подгоняют подрезкой по шаблону заданного радиуса и после этого блокируют на нем блок из бракованных деталей.
2. На этом же инструменте блок шлифуется и полируется. Просматривается интерференционная картина («цвет»).
3. Если «цвет» не соответствует требованиям, которые предъявляются к данному комплекту шлифовальников, то производят повторную подрезку шлифовальника, повторную шлифовку, полировку и просмотр «цвета».
Рис. 11. Схема притирки:
а - поверхности малой кривизны; б - поверхности большой кривизны (D бл - диаметр блока)
4. По достижении требуемого «цвета» инструмент шлифуется до выведения следов резца или шабера и блок еще раз окончательно проверяется по пробному стеклу.
5. Когда подготовлен последний шлифовальник, например для шлифовки микропорошком М10, производится подгонка (уже по притирке) шлифовальника, предшествующего последнему, например для шлифовки микропорошком М20. Для этого на нем шлифуют пробный блок и подгоняют его притирку к инструменту для последнего шлифования. Блоки с малой кривизной (с большими радиусами кривизны) должны притираться не менее чем на ¼ своего диаметра, а блоки большой кривизны на 1/6-1/7 диаметра (рис. 11). В производстве еще бытуют названия: «слабые радиусы» (большие радиусы кривизны), «сильные радиусы», или «крутые сферы» (малые радиусы кривизны). Эти названия применять не следует.
6. Под выправленный шлифовальник подгоняют предшествующий ему и т. д. до тех пор, пока не будет налажен весь комплект.
шли широкое применение в производстве галогенных ламп бромистый метил (СН3Вг) и бромидный метилен (СН2Вг2). 2 Технологический процесс изготовления кварцевой галогенной лампы 2.1 Физические свойства кварцевого стекла и методы его обработки Значительное уменьшение габаритных размеров галогенных ламп и необходимость создания условий для действия галогенного цикла потребовали наличия высоких...
Доводка и полирование являются операциями окончательной обработки деталей штампов. Особенно часто эти операции применяются при изготовлении вытяжных штампов и штампов для холодного прессования и выдавливания.
Доводка. Доводке подвергают главным образом закаленные детали штампов.
Сущность процесса доводки заключается в обработке поверхности детали твердыми и мягкими абразивными материалами. При применении твердых абразивных материалов (порошков) мелкие зерна абразива помещаются между обрабатываемой деталью и притиром, обычно более мягким, чем обрабатываемая деталь. При некотором давлении мелкие абразивные зерна, будучи тверже поверхностей, между которыми они находятся, вдавливаются в притир. Таким образом, поверхность притира оказывается заполненной засевшими в его порах образивными зернами. Операция вдавливания абразивных зерен в поверхность притира называется шаржированием. Если после этой операции провести поверхностью притира по обрабатываемой детали, то абразивные зерна, находящиеся на притире, будут срезать частицы металла с поверхности детали.
Доводка мягкими абразивными материалами (пастами) отличается от описанного выше способа и применяется только для окончательного сглаживания поверхности детали. Сущность ее заключается в образовании на поверхности доводимой детали тонкой мягкой пленки в результате химического воздействия входящих в пасту наряду с абразивом химических компонентов. При движении притир с помощью мягкого абразива снимает с наиболее выступающих частиц поверхности детали образовавшуюся пленку. Обнажившиеся места под воздействием пасты вновь покрываются пленкой, и процесс повторяется. Таким образом происходит химико-механический процесс обработки поверхности металла.
Фигурные полости закаленных штампов (вытяжных, чеканочных для холодного выдавливания и холодного прессования) доводят алмазными головками (см. гл. IV, § 4) или притирами из красной меди, фибры и текстолита, на поверхность которых наносят алмазную пасту. Чтобы абразивная масса лучше удерживалась на притирах, их поверхность перед работой делают слегка шероховатой с помощью мелкозубого напильника или надфиля.
На рис. 87 показаны различные формы доводочно-полировальных наконечников, которые при работе вставляют в патроны бормашинок.
Рис. 87.
Шлифовально - доводочными бормашинками можно доводить поверхность пуансонов и матриц непосредственно на рабочем месте слесаря, а сферические полости матриц - во вращающемся патроне токарного станка (рис. 88). Контуры профильных окон вырубных матриц доводят на вертикальных доводочных станках, имеющих прямолинейное возвратно-поступательное движение инструмента (см. гл. V, § 4).
Рис. 88.
Производительность доводки во многом зависит от скорости движения притира. С увеличением скорости производительность возрастает, но слишком большая скорость приводит к разбрызгиванию абразивной пасты или смазки и нагреванию обрабатываемой детали.
Чем точнее должна быть обрабатываемая поверхность, тем меньше должна быть скорость доводки.
Плоские наружные поверхности пуансонов доводят на обычной притирочной плите.
Чтобы получить точный контур, пуансоны вырубных штампов доводят на чугунных профильных притирах, соответствующих контуру пуансона.
Использование контурных притиров позволяет ускорить операцию доводки, так как одновременно доводятся все углубления канавок пуансона и получается строгая прямолинейность и параллельность канавок при точном расположении их в одной плоскости.
Качество доводки и производительность процесса зависят от доводочного материала, поэтому не следует выполнять доводку любыми абразивно-доводочными материалами, так как это может вызвать излишние затраты времени, привести к порче притиров и браку детали.
Наибольшее влияние на производительность и качество доводки оказывает зернистость абразивов. Поэтому при доводке деталей необходимо постепенно переходить от крупнозернистых (грубых) к мелкозернистым (тонким) абразивно-доводочным материалам.
Недопустимо работать загрязненными доводочными материалами или смешивать порошки и пасты разной крупности. Загустевшие мягкие пасты перед употреблением следует разбавлять бензином, керосином или скипидаром.
Полирование. Полирование применяется для того, чтобы улучшить чистоту формообразующих поверхностей деталей штампов; устранить на них следы предыдущих операций обработки (штрихи, царапины, мельчайшие неровности).
Различают два вида полирования: предварительное и окончательное. Предварительное полирование применяют для механического удаления неровностей поверхности незакрепленными абразивами (в свободном состоянии) или зернами, закрепленными на рабочей поверхности полировальных кругов. Окончательное полирование выполняют незакрепленными мелкими шлифовальными порошками или мягкими эластичными кругами с нанесенными на них тонкими полировальными пастами.
При хорошо выполненной предварительной обработке поверхности (без царапин, штрихов, вмятин) съем металла при полировании составляет всего лишь 0,03- 0,05 мм. Но если перед полированием применялась, например, обработка шлифовальной шкуркой или войлочным кругом с нанесенным на их поверхность грубым абразивным зерном (№ 80 и грубее), то может потребоваться снятие слоя на глубину до 0,1 мм.
При окончательном полировании (глянцевании) снимаемый с поверхности детали слой составляет микрометры или доли микрометра. При изготовлении штампов и пресс-форм шероховатость поверхности в результате полирования может быть достигнута 12-го класса. Исходная для полирования шероховатость поверхности должна быть не ниже 8-го класса. Под глянцевание исходная шероховатость поверхности должна соответствовать 9-му классу.
В зависимости от требуемого класса чистоты обработки рекомендуется следующая зернистость абразивов (табл. 7).
Таблица 7
Высокая чистота поверхности достигается за несколько переходов с последовательным уменьшением зернистости полирующего материала. За один переход можно повысить чистоту поверхности на 1-2 класса. Чем лучше подготовлена поверхность к полированию и чем выше исходный класс чистоты поверхности, тем меньше переходов потребуется при полировании, тем производительнее будет обработка и меньше расход полирующих материалов.
При изготовлении деталей оснастки к полированию предъявляются особые требования. Главное из них - обеспечение требуемой шероховатости обработанной поверхности без искажения размеров и формы детали. Дефекты на отполированной поверхности не допускаются.
При обнаружении на полируемой поверхности глубоких рисок, царапин, раковин и вмятин их необходимо сначала устранить шлифованием абразивным кругом или шкуркой и лишь затем приступать к полированию. Полирование обычно начинают на участках наиболее вероятного расположения дефектов.
На отполированных поверхностях не допускаются прижоги (сине-бурые места), появляющиеся вследствие перегрева поверхностных слоев металла в данном месте. После полирования поверхностей, покрытых хромом, не допускаются отдельные риски, раковины, вмятины,желтые пятна, места с отслоением покрытия, трещины, не полностью отполированные участки и места, сошлифованные до основного металла или до предыдущего слоя покрытия (до меднения). Как отдельный вид полирования распространена подготовка поверхностей деталей к гальваническим покрытиям- матирование. При матировании полировальный круг (войлочный или тканевый) периодически смазывают пастами, содержащими мелкое абразивное зерно (электрокорунд или др.). Наиболее эффективны в этом случае маршалитовые пасты, так как находящиеся в них абразивные зерна не оставляют при обработке глубоких царапин на поверхности.
Матирование выполняют при вращении круга в направлении, поперечном к ранее полученным гребешкам шероховатости. Благодаря этому при матировании значительно понижается шероховатость обрабатываемой поверхности и лучше удерживается гальваническое покрытие. Кроме того, процесс полирования по покрытию, нанесенному после матирования, идет производительнее и снимается меньший слой нанесенного металла (хрома).
Полирование выполняют как на станке, так и ручными инструментами. При полировании используют полировальные, токарные, шлифовальные и сверлильные станки. При этом вращение может быть сообщено или полировальному инструменту, или обрабатываемой детали, что зависит от формы полируемой поверхности, а иногда от формы и массы детали.
Для полирования применяют также ручные машины с пневматическим или электрическим приводом, в патрон которых вставляют полировальные наконечники соответствующей формы.
Для постепенного подвода абразивной массы к рабочей поверхности механического полировального инструмента в центре его делают сквозное отверстие или коническое углубление, заполняемое перед полированием абразивной массой. В процессе работы масса, попадая под полировальный инструмент, переходит на его рабочую поверхность и компенсирует уже отработанную или частично разбрызганную полировальную массу.
В состав паст обычно входят машинное масло, керосин, парафин или стеарин и мельчайший абразивный порошок в соответствующих пропорциях.
При полировании вручную поверхностей стальных деталей в качестве смазки применяют обычно керосин, которым разводят абразивный порошок или пасту ГОИ. Окончательную отделку формующих полостей оснастки выполняют фетровыми или кожаными кругами, на которые наносят пасту ГОИ. Фетровым кругам сообщают вращение до 8000 об/мин.
Войлочные круги применяют при более грубой отделке и при меньших числах оборотов, так как при быстром вращении они скоро приходят в негодность.
Зеркальное полирование выполняют жесткими (медными, фибровыми или деревянными) наконечниками с нанесенным на их поверхность тонким слоем полировальной пасты, содержащей окись хрома, окись железа (крокус) или трепел.
Важное значение при полировании имеет правильный выбор окружной скорости полировального инструмента. При полировании деталей из стали и хрома окружную скорость принимают для кругов с использованием абразивных порошков 20-35 м/с, а для кругов с использованием паст - 30-50 м/с. Поверхности сложной формы полируют с меньшей окружной скоростью.
Давление круга на обрабатываемую деталь должно быть 2,5-5 кГ. При этом большее давление применяют при предварительном полировании, а меньшее - при окончательном. При зеркальном полировании давление должно быть совсем незначительным, иначе появляются пятна и прижоги.
Наиболее эффективной технологической операцией, позволяющей довести поверхность деталей из металла до идеального состояния, является притирка. Детали, поверхность которых была подвергнута такой процедуре, могут образовывать герметичные или плотно движущиеся соединения. Необходимость в формировании подобных соединений и, соответственно, в технологической операции, выполняемой при помощи специального инструмента и материалов, имеется во многих сферах деятельности.
Суть технологии
Притирка, благодаря которой можно получить поверхности с требуемой степенью шероховатости и с заданными отклонениями, предполагает снятие с обрабатываемой детали тонкого слоя металла, для чего в отличие от доводочной операции шабрения, используются не только инструменты, но и мелкодисперсные абразивные порошки или пасты. Абразивный материал, при помощи которого выполняется такая обработка, может наноситься как на поверхность детали, так и на специальное приспособление, которое называется притир.
Притирка, выполняемая с медленной скоростью и при помощи постоянно меняющих направление движений, позволяет не только уменьшить шероховатость поверхности до требуемой величины, но и значительно улучшить ее физико-механические характеристики.
Притирку, которую часто называют и доводка, можно выполнять различными способами. Так, детали сложной конфигурации, изготавливаемые в единичных экземплярах, обрабатывают полностью вручную, а для притирки изделий, выпускаемых мелкими сериями, используют полумеханический способ. При этом подача детали в зону обработки осуществляется вручную, а саму притирку выполняют при помощи механических устройств. При производстве деталей крупными сериями и в массовом порядке не обойтись без такого устройства, как притирочный станок, при помощи которого и выполняют доводочные операции.
Специальные приспособления и материалы
Как уже говорилось выше, чтобы осуществить , необходим специальный инструмент, который называется притир. По форме рабочей поверхности, такие приспособления делятся на следующие типы:
- притирочный инструмент плоского типа;
- с внутренней поверхностью цилиндрического типа;
- с наружной цилиндрической поверхностью;
- инструмент конического типа.
Выбирая материал для изготовления притирочного инструмента, обращают внимание на то, чтобы его твердость была значительно ниже, чем твердость материала изготовления обрабатываемой детали. Обусловлено это требование тем, что абразивный порошок или паста, с использованием которых выполняют притирку, могли удерживаться материалом инструмента. Так, наиболее распространенным сырьем для изготовления такого приспособления является:
- серый чугун;
- медь;
- свинец;
- сталь мягких сортов;
- различные породы дерева;
- другие металлы и неметаллические материалы.
Для выполнения предварительных и финишных притирочных операций используется инструмент как различной конструкции, так и изготовленный из всевозможных материалов. Например, для выполнения предварительных операций, когда используется абразивный материал более крупной фракции, применяется инструмент из более мягких материалов. На рабочей поверхности его предварительно нарезаются канавки для удерживания абразива, глубина которых составляет 1–2 мм. Окончательная обработка изделий, выполняемая при помощи мелкодисперсного абразива, осуществляется приспособлением, рабочая поверхность которого совершенно гладкая. Материалом изготовления инструмента для выполнения финишных операций, преимущественно служит чугун. При помощи притирочных инструментов, которые изготовлены из свинца и дерева, поверхностям обрабатываемых деталей придается блеск.
Абразивный порошок является основным материалом, который обеспечивает эффективность и качество выполнения притирки. Такие порошки, в зависимости от материала изготовления, делятся на твердые (твердость материала выше, чем у ) и мягкие (их твердость ниже, чем у закаленной стали). Для изготовления порошков первого типа используют корунд, карбокорунд и наждак, а второго - окись хрома, венская известь, крокус и др. По степени зернистости абразивные порошки также подразделяются на несколько категорий. Отличить порошки и пасты разных категорий друг от друга можно даже по их цвету. Так, пасты, основу которых составляет крупнозернистый порошок, имеют светло-зеленый цвет, средней зернистости - темно-зеленый, пасты с мелкодисперсным порошком - зеленовато-черный.
Наиболее известной разновидностью паст последнего типа, при помощи которых выполняют финишные притирочные операции, является паста ГОИ.
Многие домашние мастера, занимающиеся слесарным делом, самостоятельно изготавливают порошки и пасты для выполнения притирки. Сделать это достаточно несложно: для этого необходимо тщательно измельчить куски наждачного круга в массивной ступке, а после этого полученный порошок просеять через сито с очень мелкими ячейками.
На эффективность и качество выполнения притирки, кроме используемого оборудования и абразивного материала, серьезное влияние оказывает применяемый смазочный материал. В качестве такого материала могут использоваться различные вещества:
- скипидар;
- минеральное масло;
- керосин;
- животные жиры;
- спирт или авиационный керосин.
Два последних вещества применяются в тех случаях, когда к качеству выполнения притирки предъявляются повышенные требования.
Инструменты и приспособления
Наиболее распространенным приспособлениям для выполнения доводочных операций является притирочная плита, которая, как уже говорилось выше, может быть изготовлена из различных материалов. На выбор типа и материала изготовления такой плиты, являющейся достаточно универсальным приспособлением, оказывают влияние как особенности обрабатываемых деталей, так и требования к качеству притираемой поверхности. Среди всех типов плит наибольшее распространение получили изделия, изготовленные из марок чугуна, твердость которого (по HB) находится в интервале 190–230 единиц.
На конструкцию и размеры плиты или притирочного инструмента другого вида оказывают влияние как конструктивные особенности обрабатываемых изделий, так и тип обработки: черновая или чистовая. Именно плиты как приспособление для выполнения притирки используются для обработки плоских поверхностей. При этом, как уже говорилось выше, на поверхность плит, применяемых для выполнения черновых операций, наносятся специальные канавки, которые могут иметь и спиралевидную конфигурацию. Такие канавки не только удерживают в зоне притирки абразивный материал, но и выводят из нее отходы.
Естественно, что выполнить при помощи плиты притирку цилиндрических поверхностей, отверстий и деталей со сложной конфигурацией, не представляется возможным. Поэтому для таких целей изготавливают приспособление, форма которого оптимально подходит для обработки детали определенной конфигурации. Так, это могут быть притирочные инструменты круглой, цилиндрической, кольцевой, конической, дисковой конфигурации и др. В частности, выполняется приспособлением, которое изготавливается в виде втулок, фиксируемых на специальных оправках.
Инструмент, при помощи которого выполняются притирочные операции, также подразделяется на нерегулируемый и регулируемый. Приспособление второго типа является более универсальным, его конструкция, состоящая из разрезной рабочей части, конуса и раздвижного устройства, предусматривает возможность изменения его диаметра.
Для обработки деталей цилиндрической формы, совершенно не обязательно использовать специализированный притирочный станок, для этого вполне подойдет универсальное токарное или сверлильное оборудование. Обрабатываемая деталь в таких случаях может фиксироваться в центрах или патроне оборудования, в зависимости от того, какую часть ее поверхности необходимо притереть.
Станки, которые изначально разработаны для осуществления притирки, подразделяются на оборудование общего назначения и специализированные модели. На станках общего назначения, которые могут быть оснащены одним или двумя притирочными инструментами, преимущественно обрабатываются детали с плоскими и цилиндрическими поверхностями. Более мелкие детали при обработке на таких станках в свободном состоянии помещаются в специальный сепаратор, где они проходят притирку, располагаясь между двумя вращающимися притирочными дисками. Крупные же детали фиксируются на станке при помощи специального приспособления и обрабатываются одним абразивным диском.
Более сложными по конструкции и менее универсальными являются специализированные станки, устройство которых специально разработано для выполнения притирки деталей определенной конфигурации: седел клапанов, кулачков распределительных валиков, шеек коленчатых валов, зубчатых колес и др.
Такие станки, обладающие высокой производительностью и обеспечивающие высокое качество притирки, используются в крупносерийном и массовом производстве, поэтому в их конструкциях часто реализованы инновационные технические решения: самоцентрирующиеся центробежные патроны, устройства для автоматической регулировки усилия поджатия и др.