Алмазообрабатывающие приспособления

Категория:
Граверное дело


Алмазообрабатывающие приспособления

Изготовление резцов. Алмаз обрабатывают на чугунных дисках и дисках из агата и сапфира, установленных на специальных станках повышенной точности, высокочастотные вибрации и дисбаланс шпиндельного узла которых доведены до минимума.

Чугун — сплав железа с углеродом (более 2%, обычно 3— 4,5%), некоторым количеством марганца (до 1,5%), кремния (до 4,5%), серы (не более 0,08%), фосфора (до 1,8%), а иногда и других элементов. Углерод в чугуне может находиться в связанном состоянии в виде карбида железа Fe2C (белый чугун) либо в свободном состоянии в виде графита (серый чугун). В целях повышения качества чугуна применяют модифицирование путем добавки некоторого количества модификаторов (например, магния) и легирование различными элементами (никелем, хромом и др.).

Агат — минерал, характеризующийся многократным переслаиванием тонких (до 10 мкм) различно окрашенных слоев.

Сапфир — прозрачный, бесцветный или васильково-синий минерал, разновидность корунда. Корунд — минерал, применяемый как абразив или технический камень.

Станки просты по конструкции. Наиболее ответственной частью станков является шпиндельный узел, ось вращения которого может располагаться горизонтально или вертикально. Шпиндельный узел состоит из шпинделя с закрепленной на нем планшайбой и шпиндельных опор. В существующих станках центр тяжести планшайбы находится в стороне от подшипников, а следовательно, малейшее его несовпадение с осью вращения вызывает появление центробежных сил, создающих деформацию шпинделя, что приводит к появлению вибраций. Кроме того, вибрацию вызывает приводной ремень, передающий вращение от электродвигателя к шпиндельному узлу. Шпиндель — вращающийся вал станка.

Рис. 1. Шпиндельные узлы станков для заточки резцов с механическим (а) и с электромеханическим (б) приводами

Конструкции шпиндельных узлов станков для огранки алмазов приведены на рис. 1. Центр тяжести планшайбы в узле максимально приближен к основному подшипнику, который выполнен в виде сферической опоры с регулируемым подпятником (положение шпинделя — вертикальное). Чугунная планшайба запрессована на шпиндель. В верхней части шпинделя (рис. 1, а) при помощи кольцевой гайки укреплена стальная сферическая опора, в центральной части которой имеется точечный капроновый подпятник, опирающийся на рубиновый упор. Подпятник запрессован в винт, вращая который можно перемещать его, регулируя зазор в сферической опоре. Правильное положение подпятника фиксируется при помощи контргайки. Планшайба со шпинделем своей сферической опорой насажена на сферическую поверхность подпятника неподвижной стойки. Стойка соединена при помощи винтов с основанием, которое крепится к плите станка через промежуточное кольцо винтами. Таким образом, планшайба имеет основную опору, вынесенную на конец консольно закрепленного стержня в месте расположения ее центра тяжести. Опора выполнена в виде сферического подшипника с регулируемым зазором между трущимися поверхностями и воспринимает как осевую, так и радиальную нагрузку. Для сохранения горизонтального положения планшайбы при ее вращении шпиндель опирается нижней внутренней цилиндрической поверхностью на три капроновые опоры, расположенные через 120° по окружности. Эти опоры удерживаются пружинами и регулируются при помощи конической поверхности трубки, которая перемещается вдоль своей оси по резьбе при вращении ее рукояткой, укрепленной стопором. Отрегулированное положение трубки фиксируется при помощи контргайки.

Смазка подшипников узла производится следующим образом. Через гибкий шланг, надетый на штуцер трубки, масло под давлением поступает на сферический подшипник и затем, проходя через зазор между шпинделем и стойкой, на цилиндрические опоры. Отработанное масло попадает в полость основания, откуда сливается через штуцер. Полость закрыта крышкой с прокладкой, которая закреплена винтами. Вращение шпинделя осуществляется или при помощи ремня от электродвигателя, или специальным бесконтактным электродвигателем, ротор которого насажен на шпиндель (рис. 1, б).

Вращение планшайбы двигателем, ротор которого сидит непосредственно на шпинделе, имеет то преимущество, что отсутствует радиальная сила от ремня, а шпиндель лучше центрируется относительно оси вращения.

Устройство бесконтактного электрического двигателя весьма простое. На шпиндель насаживается ротор, представляющий собой магнитопровод постоянных магнитов 26 из феррита, которые установлены с помощью стержней, приклеенных на магнитопровод эпоксидным клеем, и образуют полюса. Полюса эти при вращении взаимодействуют своими магнитными полями с плоскими катушками в базовой и коллекторной цепях транзистора. Взаимодействие каждого полюса с базовой катушкой открывает транзистор, и ток, протекающий от источника питания через коллекторную катушку, взаимодействует с магнитным полем ротора, создавая тем самым вращающий момент. Для создания пары сил коллекторная катушка разделена на дье равные части, расположенные диаметрально противоположно и соединенные последовательно. Число полюсов в этом случае может быть различным, но обязательно четным. Катушки укреплены с помощью клея БФ-2 на колодах, вставленных в окна кольцевого основания и удерживаемых винтами. Двигатель работает бесшумно и при изменении напряжения питания плавно изменяет частоту вращения в широком диапазоне.

Алмазное зерно закрепляется в специальной заточной каретке, совершающей относительно планшайбы осциллирующие движения. П]:оцесс заточки алмаза контролируется оператором, который периодически осуществляет подачу затачиваемого алмаза.

При отладке станка одной из наиболее важных задач является задача определения места расположения неуравновешенных масс шпиндельного узла, так как при увеличении частоты вращения шпиндельного узла наличие незначительного дисбаланса во вращающихся деталях вызывает появление весьма заметных центробежных сил, создающих дополнительные нагрузки на механизмы,-в первую очередь на его подшипники, что, несомненно, может вызвать вибрацию. Она является причиной повышенных износов, шумной работы станка, и, как следствие, приводит к снижению производительности и к невозможности контроля технологического процесса. Поэтому операция балансировки шпиндельного узла занимает важное место в общем технологическом процессе изготовления деталей и механизмов станка.

После статической балансировки и установки шпинделя в опоры планшайбу шаржируют алмазной пудрой, которая подготовляется по специальной технологии. Для этого на поверхность планшайбы наносят спирт с алмазной пудрой. Затем медленно перемещая шлифовальный чугунный брусок от периферии к центру при вращающемся шпиндельном узле, закрепляют алмазную пудру на поверхности планшайбы. Шаржирование планшайбы является очень ответственной операцией. Перед нанесением порошка планшайбу очищают от пыли и обезжиривают протиранием ректификат-ным спиртом. Использовать для этой цели гидролизный спирт не рекомендуется, так как протертая поверхность может подвергнуться коррозии. Алмазную пудру наносят «сухим» и «мокрым» методами. Планшайба, подготовленная «сухим» методом, более интенсивно снашивает обрабатываемый алмаз, чем планшайба, подготовленная к работе «мокрым» методом.

От выбора структуры чугуна и размера шаржируемых алмазных зерен зависит работоспособность станка. Существуют противоречивые сведения о влиянии структуры и химического состава чугуна планшайбы на качество обработки алмаза. Результаты экспериментальных исследований показывают, что лучшими свойствами обладают планшайбы из чугуна следующего химического состава: 3,7—3,9% С; 2,2—2,9% S; 0,3—0,6% Мп; 0,07—0,1% S; 0,15—0,2% Fe; 0,05% Ni; 0,13% Cr; 0,45—0,6% Р. Микроструктура чугуна планшайбы состоит из перлита, участков ледебурита и небольшого количества фосфидной эвтектики. Графит — мелкопластинчатый и шаровидный, расположенный кустообразно. Твердость чугуна НВ 220—250.

Сорт масла и разноразмерность зерна, используемого при шаржировании шлифовального диска, играют немаловажную роль. Рекомендуется брать более «клейкое» масло, которое прочно закрепляет алмазную пыль в планшайбе, что увеличивает ее износостойкость.

Обработка алмаза. Для обработки алмаза можно использовать планшайбы из чугуна, арканзасского камня, стекла, агата и других материалов. При этом износ алмаза увеличивается из-за воздействия высоких температур на поверхностный слой алмаза, который в зоне контакта алмаза с планшайбой превращается в графит или аморфный углерод. Графит — минерал, наиболее устойчивая кристаллическая модификация чистого углерода. Цвет от черного до стального или серого. Углерод — минерал, обычными формами существования которого в свободном состоянии является алмаз и графит.

При этом необходимо учитывать специфические свойства алмаза, особенно резкую анизотропию, т. е. способность алмаза в одних направлениях шлифоваться хорошо, а в других совсем не обрабатываться. Анизотропия — неодинаковость физических свойств материала в различных направлениях. При шлифовании алмаза в труднообрабатываемом направлении на планшайбе образуются кольцевые канавки, поверхность алмаза имеет сероватый цвет из-за мельчайших сколов. Интенсивность съема (высокая производительность обработки) алмаза зависит от метода шлифования, режимов работы станка, метода шаржирования планшайбы, температуры в зоне обработки и т. д. Влияние указанных факторов на процесс обработки и качество получаемых поверхностей не одинаково. Количество снимаемого алмаза при шлифовании зависит от химического состава и структуры планшайбы, размера пор в чугуне, способа закрепления алмаза в алмазоносном слое, зернистости и концентрации алмазного порошка и т. д.

Шаржирование есть насыщение (втирание) частицами абразивного материала (пасты или порошка) поверхности притиров. Обычно шаржирование связано с восстановлением геометрической формы притира.

Технологический процесс изготовления алмазных резцов, применяемых для делений, оцифровки и гравирования, можно расчленить на несколько этапов. Сначала алмазное зерно, нужным образом ориентированное, шлифуется на чугунной планшайбе, шаржированной грубой пудрой. Шлифование начинается с боковых поверхностей. Затем приступают к шлифованию передней и задней поверхностей, после чего выполняют доводочную операцию, цель которой — устранение мельчайших выкрашиваний и сколов на режущих кромках резца. Доводка также начинается с боковых граней резца, а заканчивается на передней и задней поверхностях.

Конусные и сферические резцы, служащие для гравирования, нужно изготовлять в следующей последовательности:
1) производить обтачивание кристалла произвольной формы на станках;
2) шлифование на чугунных дисках, не шаржированных или шаржированных алмазным порошком;
3) полирование на чугунных или стеклянных дисках.

Наиболее трудоемок процесс изготовления резцов для формирования штрихов, так как к этим инструментам предъявляют жесткие требования в отношении точности геометрических параметров.

Порядок изготовления алмазных резцов для формирования штрихов следующий.
1. Предварительную обработку кристалла (обдирка) начинают с рабочей поверхности, определив направление обработки данной поверхности. После обдирки рабочей поверхности приступают к обдирке нерабочей поверхности.
2. На будущих цилиндрических или конических поверхностях, образующих лезвие резца, наносят ряд граней, т. е. делают многогранник, число граней которого определяет степень приближения многогранника к цилиндрической или конической поверхности. Огранку начинают с нерабочей поверхности, а заканчивают на рабочей.
3. Производят окончательное полирование резца, в результате которого образуется цилиндрическая или коническая поверхность резца. Полирование начинают на рабочей поверхности и заканчивают на нерабочей.

Для нанесения штрихов при изготовлении дифракционных решеток и растровых линеек, используемых в системах программного управления и в прецизионных измерительных приборах, применяют резцы, которые позволяют получать широкий штрих. Эти резцы срезают часть материала штриха, а часть спрессовывают в сторону, поэтому такие резцы должны иметь режущую и калибрующую части и переднюю грань с отрицательным передним углом, равным (—4)—8°; кроме того, эта грань должна быть наклонена по отношению к лезвию на 10—18°.

Технологический процесс изготовления таких резцов состоит из ряда последовательных операций:
1) ориентированный кристалл алмаза закрепляют методом пайки в оправе;
2) изготовляют переднюю поверхность с отрицательным углом;
3) затачивают переднюю грань таким образом, чтобы образовался наклон к острию лезвия, равный 10—18°. Этот наклон необходим для отвода стружки;
4) затем кристалл алмаза выпаивают из оправки и снова запаивают в этой же оправке, предварительно ориентировав его таким образом, чтобы лезвие резца находилось в труднообрабатываемой плоскости.

В дальнейшем технологические приемы обработки алмаза осуществляют в такой же последовательности, как и при изготовлении резцов для формирования штрихов.

Окончательную обработку нужно вести только «в задир», т. е. затачиваемая поверхность должна обрабатываться так, чтобы направление движения планшайбы было от лезвия резца. При обратном направлении лезвие резца выкрашивается, а следовательно, чистого лезвия получить не удается.

Необходимо помнить и учитывать при повторных переточках резца, что производительность обработки находится в прямой зависимости от длины образующей цилиндра. При этом резец надо поставить в то же положение, в котором он находился первоначально. Недостаточно точная установка резца вызывает разную ширину затачиваемой поверхности, а отсюда различное давление. Давление — величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на конкретную часть поверхности тела по направлениям, перпендикулярным к этой поверхности. Давление определяется отношением силы, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности, к площади этой поверхности. В процессе изготовления алмазных резцов необходимо постоянно контролировать чистоту главных и вспомогательных поверхностей, ^остроту лезвия, точность геометрических размеров.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум