в. 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 бтанка. Федотов А. И. и др.

Рис. 17. Шпиндельные узлы станков для заточки резцов с механическим (а) и с электромеханическим (б) приводами

Конструкции шпиндельных узлов станков для огранки алмазов приведены на рис.

Смазка подшипников узла производится следующим образом. Через гибкий шланг, надетый на штуцер трубки 13, масло под

давлением поступает на сферический подшипник и затем, проходя через зазор между шпинделем и стойкой 24, на цилиндрические опоры. Отработанное масло попадает в полость основания 16, откуда сливается через штуцер 15. Полость закрыта крышкой 20 с прокладкой 21, которая закреплена винтами 18.

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 клеш, 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 дев 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. Процесс 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.

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; 15—0,2% Fe; 0,05% Ni; 0,13% Сг; 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.

Конусные и сферические резцы, служащие для гравирования, -нужно изготовлять в следующей последовательности: производить обтачивание кристалла произвольной формы на станках; шлифование на чугунных дисках, не шаржированных или шаржированных алмазным порошком; 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. Предварительную обработку кристалла (обдирка) начинают с рабочей поверхности, определив направление обработки данной поверхности. После обдирки рабочей поверхности приступают к обдирке нерабочей поверхности. 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. 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: ориентированный кристалл алмаза закрепляют методом пайки в оправе; изготовляют переднюю поверхность с отрицательным углом; затачивают переднюю граиь таким образом, чтобы образовался наклон к острию лезвия, равный 10—18°. Этот наклон необходим для отвода стружки; 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 We 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.

Для достижения качественного гравирования и повышения производительности труда целесообразно углы заточки резца выбирать в соответствии с обрабатываемой глубиной гравирования. Наиболее распространенный резец для плоскостной гравировки — конусный резец-фреза. При гравировании на мягких металлах наиболее пригодными являются резцы-фрезы из легированной стали, так как благодаря своей стойкости они всегда дают чистый и гладкий срез. При трудоемком гравировании или при большом объеме граверных работ используют в основном резцы-фрезы из быстрорежущей стали.

Применение прогрессивных средств термической обработки гарантирует достаточную стойкость резца-фрезы и сохранение правильной геометрической формы. Для станка с пантографом, как и для всякого другого металлорежущего станка, на стойкость инструмента влияет не только его качество, но и режимы резания.

Перемещение пантографа осуществляется от руки, поэтому не всегда можно поддержать равномерную подачу. Следует обращать внимание на то, чтобы скорость подачи и частота вращения резца-фрезы соответствовали данному материалу. Обычно при гравировании на мягких металлах и материалах используется большая частота вращения, при гравировании на латуни, бронзе и т. п. — средняя и наконец на стали — более низкая. Это особенно важно при предварительной обдирке, где ширина и толщина стружки имеют значительные размеры. При стружке малого сечения это не столь существенно. Сталь, например, при ширине резца-фрезы в 1 мм, глубине резания до 0,03 мм можно обрабатывать при наивысшей частоте вращения.

Резцы для станков с пантографом. Для рельефных работ в зависимости от контура гравируемого рисунка применяют различные профили резцов. На рис. 18 изображены лишь некоторые из разнообразнейших резцов-фрез, которыми пользуются при механическом гравировании на пантографе. Для каждой работы подбирают резец-фрезу определенной формы и размера, который не нуждается в дополнительной переделке. Наиболее удобной конструкцией резцов-фрез являются резцы с обычным цилиндрическим хвостовиком диаметром от 3 до 8 мм (ранее применялись

Рис. 19. Резец-фреза с постоянным центром: а — до затыловки; б — после затыловкн н заточки

конусные хвостовики). Размер резца зависит от габаритных размеров и мощности пантографа в целом, а также от вида граверных работ в каждом данном случае.

Весьма важио для любого пантографа иметь 3—4 комплекта зажимных цанг с различным внутренним диаметром отверстий, с помощью которых при необходимости можно всегда закрепить резец нужного диаметра. Иногда для закрепления резца-фрезы меньшего диаметра, чем диаметр отверстия имеющихся в наличии цанг, применяют разрезные переходные втулки. Цанга — приспособление в виде разрезной втулки для зажима цилиндрических или призматических предметов.

Качество любой риски или штриха на изделии зависит от того, как заточен, за- тылован и доведен резец и совпадает ли его центр заточки с осью вращения шпинделя пантографа.

Затылование — метод затачивания задних поверхностей (затылков) многолезвийных режущих инструментов со сложным профилем зуба с целью сохранения профиля инструмента при переточках по , передним поверхностям зубьев и обеспечения постоянства заднего угла. Заточку резцов-фрез с углом 180Q производят на специальных центровочно-затыловочных станках с последующей доводкой их на точильных брусках.

В полукруглых резцах (или в резцах с углом 180°) центр режущей кромки получают на специальном центровочно-затыловоч- ном станке. Резец-фреза с углом 100° (рис. 19) затачивается на обычном карборундовом круге, при этом центр резца-фрезы остается постоянным, если ребро сделано на оси резца. Благодаря этому важному свойству резца, можно получить очень тонкие рискй с шириной до 0,15 мм. Большое значение имеет соосность оси резца-фрезы и оси шпинделя. Таким образом, основными достоинствами резца-фрезы с углом 100° являются: постоянство положения центра при достаточной прочности фрезы; простое и легкое затылование и заточка, не требующие высокой квалификации гравера; отсутствие необходимости станка для заточки резца.

Полукруглый резец-фрезу (половинчатый) широко применяют при работе на стали для глубокого гравирования и черновой обдирки. Заточка, затыловка и правка этого резца-фрезы производится только машинным способом, так как при заточке от руки трудно соблюсти соосность.

Специальные резцы-фрезы используются для мелких гравировок, требующих тонкого острия режущего инструмента. Эти резцы плотно зажимаются в цанге и затачиваются по мере износа, что дает возможность использовать их почти по всей длине.

Для гравирования более тонких и мелких рисок применяют резцы-фрезы разметочного типа, которые представляют собой конус, заточенный под углом в 60°, заканчивающийся иглообразным острием. Иногда такие резцы оснащены пружиной, вставленной в полый хвостовик резца. Резец имеет внутри резьбу для нажимного винта, который через пружину давит на вставленный плавающий резец. Такое устройство резца позволяет компенсировать все неровности гравируемой детали. Резцы иглообразной формы применяются для гравировки на мягких материалах и металлах.

Резец-фреза с углом 100° с успехом может быть заточен вручную для любого вида граверных работ. Если затачивать резец немного наклоняя, получается задний угол. При этом режущая кромка резца будет короче кромки задней грани, как показано на рис. 19, б. Заточка таким образом «половинчатого» резца- фрезы с углом в 180° невозможна, так как малейшее отклонение его острия (при заправке) от центра оси вращения нарушает правильность и ухудшает качество гравирования. На заводах, где применяют «половинчатые» резцы-фрезы, для заточки • их обычно используют специальное центровочно-затыловочноё приспособление. Конструкция этого приспособления позволяет Производить заточку резца-фрезы любого необходимого образцам

При заточке резцов-фрез упрощенного профиля, применяемых для гравирования значительных по размерам плоских поверхностей, вместо конуса делается боковая кромка. Режущая кромка по торцу затачивается вручную, причем резец-фрезу держат сначала вертикально к плоскости шлифовального круга, а затем придают ему легкий наклон вправо вниз, что дает необходимую Заточку по задней поверхности, благодаря которой режущая кромка располагается слегка наклонно относительно оси резца-фрезы.

Резцы-фрезы с закругленной торцевой режущей кромкой, предназначаемые для рельефного гравирования и для всевозможных обдирочных работ, затачиваются до полной готовности от руки, подобно резцам с плоской наружной кромкой лезвия. Закругление резца во время заточки достигается путем медленного плавного поворачивания резца-фрезы с приближением к плоскости шлифовального круга. При этом вершина закругления располагается не посередине передней грани резца, а смещена по направлению к режущей грани. Контур профиля закругления резца-фрезы имеет подъем справа налево.

Полезно резцы-фрезы (любой формы) после заточки на шлифовальном круге слегка отполировать на оселке для удаления возможных неровностей. Оселок — брусок из мелкозернистого абразивного материала для доводки лезвий режущих инструментов (резцов, бритв, пил и т. п.) после их заточки. Режущую кромку у резцов-фрез из инструментальной стали немного подтачивают, а у резцов-фрез из быстрорежущей стали слегка снимают. При дополнительной доводке возможно нарушение среднего профиля резца-фрезы. При заточке нужно следить не только за формой резца-фрезы, но и систематически охлаждать его в холодной воде или эмульсии, чтобы не допустить отжига, из-за которого резец-фреза может быть испорчен на довольно значительную длину.

Отжиг—вид термической обработки металлов, заключающийся в нагреве металла или сплава, структура которого находится в неустойчивом состоянии в результате предшествующи;; обработок, выдержки при температуре нагрева и последующем медленном охлаждении для получения структур, близких к равновесному состоянию. Отжиг, металлов производят для улучшения обрабатываемости, повышения пластичности, уменьшения остаточных напряжений и других целей.

На поверхности шлифовального круга от заточки всевозможных инструментов образуются канавки и другие неровности, т. е. шлифовальный круг засоряется инородными телами, что в значительной степени ухудшает его эксплуатационные свойства. Поэтому шлифовальный круг периодически необходимо выравнивать и одновременно восстанавливать качество поверхности. Для этой цели пользуются специально профилированным алмазом.

Ощупывающий палец. Рабочий конец ощупывающего пальца пантографа должен иметь (независимо от своей формы) полированную поверхность, для того чтобы во время гравирования плавно и без заедания скользить по контуру шаблона или копира. Чем лучше заправлен палец, тем легче ход пантографа и тем дольше сохраняют свои эксплуатационные свойства наборные шаблоны и всевозможные копиры. Поэтому периодически следует внимательно проверять состояние рабочего конца пальца и своевременно полировать его. При изготовлении изделий, требующих плоского гравирования, как то: шильдиков, табличек, шкал и т. п., которые выполняются при помощи обычных плоских копиров и заостренного под углом 60° ощупывающего пальца, — ширина линии обуславливается самой формой резца-фрезы.

Профиль и диаметр ощупывающего пальца при гравернокопировальных работах выбирают, точно сообразуясь с профилем и толщиной резца и соблюдая строгую пропорциональность соответствующих величин. В рельефных работах при черновой обработке (обдирке) применяют палец немного больших размеров и пропорционально ему более крупный резец-фрезу. Для окончательной же доводки выбирают размеры пальца и резца, которые соответствуют размерам наименьшей детали орнамента. Орнамент — декоративный узор, украшающий изделие или его Части. Если в процессе гравирования появится необходимость в ощупы

вающих пальцах специальных профилей и размеров, то их изготавливают с соответствующей точностью на токарном станке инструментального цеха.

Перед началом работы со свободно подвешенным пантографом следует позаботиться, чтобы вертикальная ось поворота пантографа, острие резца-фрезы и ощупывающего пальца были приведены к одной плоскости рихтовальной линейкой. Рихтовоние — выпрямление металлических листов и прутков. Это необходимо соблюдать также при смене пальца или при перезаточке резца- фрезы, не забывая, что резец в данном случае должен быть опущен вниз.