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.
Цель полирования заключается в том, чтобы придать используемой поверхности требуемую прозрачность и значения N, DN, P. Процесс полирования стекла водными суспензиями полирующих порошков имеет более сложную, чем шлифовальные физико-химическую природу. При полировании требуется достичь шероховатости поверхности не более 3-5 сотых долей мкм. В соответствии с ГОСТ 2789-73.
Наружный рельефный слой, образованный шлифованием, удаляется полированием полностью, а трещиноватый частично остаётся, но трещины на поверхности заполировываются частицами гидролизированного стекла и не мешают прохождению света через него.
Внешне картина процесса полирования происходит так. Зёрна полирующего порошка, состоящего главным образом из окислов церия или железа, имеют размеры 0,2 – 2 мкм, они взвешены в воде и находятся между притирающими поверхностями полировальника и стекла.
По сравнению со шлифующими, зёрна полирующих порошков имеют меньшую твёрдость и менее резко выраженные абразивные свойства самозатачивания при раскалывании. О раскалывании и притуплении зёрен полирующих порошков, в большинстве случаев имеющих размеры 0,2 – 1,0 мкм, можно судить лишь по второстепенным косвенным признакам.
Полировальник имеет смоляной рабочий слой. Площадки поверхностных неровностей шлифованной поверхности стекла и смоляной поверхности полировальника значительно больше размеров зёрен полирующего порошка. Но на стекле неровности шлифованной поверхности имеют микрогеометрическую характеристику, а на смоле – макрогеометрическую. Рабочая поверхность вязкого смоляного полировальника, пластически деформируясь, выглаживается по микронеровностей шлифованной поверхности.
Вода, в которой взвешены зёрна, в первые моменты подачи суспензии оказывает гидростатическое противодавление наружу, а затем растекается и зёрна закрепляется, адсорбируясь в наружном слое смолы. Часть зёрен, ещё не закрепившихся в смоле, перекатывается, или закрепившись на мгновение, продолжает движение по направлению вектора относительной скорости .
Зёрна срезают вершины рельефного слоя, которые сразу становятся гладкими полированными. В дальнейшем размеры полированных площадок увеличиваются, высота неровностей уменьшается до свойственных 13-14му классам шероховатости.
Перекатывающиеся зёрна, закрепляясь (адсорбируясь) в смоле, и одновременно в остатках каверн, порах и бороздах, на отполированных элементарных площадках стекла как бы склеивают их с поверхностью полировальника и в дальнейшем при относительном перемещении сдирают кусочки коллоидной плёнки, образующейся на поверхности стекла под химическим воздействием воды.
Остаточные неровности полированной поверхности меньше 0,03 мкм, т.е. меньше длины волны видимого излучения, так как размер части зерна, проникающей в стекло, не превышает 0,3 мкм.
Пластические свойства смолы, удерживающей зёрна, и коллоидной плёнки способствуют тому, что работа зёрен полирующего порошка не сопровождается появлением царапин с рваными краями и растрескиванием стекла в ширину и в глубину. Благодаря пластическим свойствам коллоидной плёнки кремневой кислоты борозды, образующиеся от снятия ""стружки"", затягиваются. Оставшиеся от шлифования трещины заполняются коллоидными продуктами гидролиза стекла.
Для технологических и конструкторских расчётов принимают, что кинетическая энергия, расходуемая в относительном движении элементов кинематической пары стекло-инструмент, идёт на преодоление сопротивления стекла резанию его зёрнами полирующего порошка. Элементарные силы на каждом зерне и интегральное усиление резания полирования имеют статический характер.
Интегральная сумма элементарных сил образует усилие взаимодействия стекла с инструментом, которое является полезной нагрузкой станка при полировании. При полировании удаляется небольшой, но вполне ощутимый слой припуска, также как это было сделано в отношении шлифования.
При полировании химический процесс проявляется в том, что вода, действуя на стекло, образует коллоидную плёнку. Толщина плёнки растёт быстро в зависимости от химической стойкости стекла данной марки, достигая предельной толщины приблизительно за одну минуту. Раньше считали, что процесс полирования может идти при взаимодействии зёрен только с коллоидной плёнкой, но теперь режимы обработки стали так интенсивны, что плёнка не успевает образовываться и зёрна полирующего порошка воздействуют на стекло, не имеющее поверхностной плёнки. Доказано, что и в этом случае образуется поверхность полированная 13-го и 14-го классов шероховатости.
Таким образом, механическое воздействие зёрен имеет преобладающее значение и его усиление увеличивает эффективность полирования стекла. При полировании с помощью механических воздействий можно управлять процессом образования поверхности с заданными значениями N, и Р.
На полированной поверхности, кроме неровностей, значения которых оговорены 13-м и 14-м классами по ГОСТ 2789 – 73, всегда могут быть дефекты. Дефекты шероховатости остаются от шлифованной структуры или появляются в виде царапин на поверхности обработанной детали.
Царапины в процессе полирования образуются при попадании под инструмент частиц более твёрдых и крупных, чем зёрна полирующего порошка. Размеры дефектов чистоты полированных поверхностей оптических деталей нормируются и указываются соответствующими значениями в ГОСТе 11141 – 76.
Полирование выполняют на тех же станках, что и шлифование, но при меньшей частоте вращения рабочих органов. Шлифование длится минуты, а полирование – часы, т. е. Время приблизительно в 20 раз большее времени шлифования.
Рис.13.1 Схема работы закреплённого абразивного зерна
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
РЕФЕРАТ
На тему:
« 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 в наибольшей мерецелесообразного 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 в наибольшей мерепроизводительно 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 в наибольшей мереинтенсивном 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. При этом 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 ј 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.
7. Каждый шлифовальник из комплекта шлифуется абразивом той крупности для которой он предназначен.
8. Для нормального полирования блоков, т.е. для более интенсивного полирования края блока, «цвет» сошлифовки должен давать «яму» с запасом в несколько колец (2-3) против заданного по чертежу.
Например, готовая деталь должна иметь «цвет» N = 3 после расшлифовки инструмент для шлифовки последним микропорошком, например М10 должен дать под пробное стекло на блоке «яму» в 5--6 колец.
9. Планшайбы должны быть слегка выпуклыми, т.е. давать на детали небольшую «яму» около 2--3 мкм.
Контроль правильности формы поверхности производится пробным стеклом, стеклянной линейкой или прибором ортотест. Прибор устанавливают тремя опорными штифтами на планшайбу. Подвижной наконечник, находящийся в центре и соединенный со стрелкой, укажет величину прогиба. Отклонение стрелки вправо укажет наличие «бугра», влево -- «ямы». Центральное положение стрелки на шкале циферблата (нулевое положение) означает хорошую плоскость. Шкала дает показания в микрометрах (мкм).
Изготовление полировальников
Смоляной полировальник . Соответствующий по форме и размерам инструмент (гриб, чашка, планшайба) разогревается и на него выливается расплавленная не до очень жидкого состояния смола. Иногда на разогретый инструмент насыпают размельченную в виде небольших комочков смолу и выравнивают ее специальной лопаточкой, выдерживая при всём этом нужную толщину и равномерность слоя по всей поверхности инструмента.
После некоторого загустения смоляной подложки производится ее окончательная формовка увлажненным блоком или специальным формовочным приспособлением нужного радиуса кривизны. В центре слоя делается небольшое углубление, а края полировальника обрезаются ножом.
Суконный полировальник . Подложку для полировальника раскраивают по выкройке. Очень ворсистые материалы слегка обжигают. Для получения более ровной наклейки при наличии толстого материала следует вымочить его в воде и хорошо отжать.
Разогрев соответствующий инструмент (гриб, чашку или планшайбу), покрывают его поверхность размельченной смолой, накладывают сверху подложку (сукно, фетр) и обжимают специальной формой (обжимкой) или же блоком вручную или на прессе.
Как смоляной, так и суконный полировальник, пока подложка прочно не приклеилась смачивают полирующей суспензией и располировывают блоком до придания ему нужной формы.
Полировка точных оптических поверхностей (полировка на смоле)
Как уже отмечалось выше, качество полировки в сильной степени зависит от правильности выполнения всех предыдущих операций (наклейка, блокировка, шлифовка и т.д.), качества применяемых основных обрабатывающих и вспомогательных материалов (абразива, смолы и т.д.), постоянства температуры и влажности помещения (+20° ± 1°) и т.д.
В производстве ряд операций и подготовка инструмента производится специальными рабочими. Так, например, наклейка, блокировка, изготовление полировальников, расшлифовка инструмента часто выделяются в самостоятельные операции.
Тем не менее проверка самим рабочим качества инструмента, наклейки и блокировки должна производиться обязательно. Неправильно сделанная работа подлежит переделке.
Линзы (эластичный способ) не должны выступать за края наклеечного приспособления. Линзы не должны быть слишком высоко посажены или же, наоборот, слишком залиты.
Смола в промежутках между линзами должна быть удалена.
Линзы без фасок, с острыми краями, с фасками обработанными крупными абразивами, могут дать
Рис. 12. Схема подрезки крайней зоны полировальника: а -- при вращении полировальника; б -- при неподвижном полировальнике
В процессе полировки для регулировки процесса учитывается ряд моментов.
Если у детали больше срабатываются края («бугор»), то у полировальника подрезается острием ножа та часть, которая производит срабатывание края детали, т. е. крайняя зона полировальника (рис. 12). Наоборот, если у детали больше сработана середина («яма»), у полировальника подрезается средняя зона (рис. 13).
Если блок (или деталь) находится внизу, то при взаимной притирке у него всегда будут больше срабатываться края, а если сверху -- середина. Поэтому иногда меняют взаимное расположение блока и инструмента.
В табл. 1 даны некоторые практические указания, как регулировать ход процесса полировки на смоле, изменяя характер подрезки, кинематики и режимов.
При работе с подсушкой труднее выдержать «цвет», т. е. заданную кривизну поверхности, но зато быстрее происходит сполировывание. Следует стараться всегда вести процесс (при точной работе) так, чтобы остатки матовой поверхности сходили одновременно с достижением заданной точности.
При работе на сукне и там, где не требуется высокая точность поверхности, особое значение имеют интенсивные режимы, давление, автоматическая подача суспензии, что способствует быстрейшему снятию остатков матовой поверхности, т.е. увеличению производительности труда.
Таблица 1
Литература
1. Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.
3. Прикладная оптика под редакцией Дубовика А.С Машиностроение, 2002. - 470 с.
4. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов Машиностроение, 1982. - 320 с.
5. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х частях. Под редакцией А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. Машиностроение 2001