Нанесение штрихов и знаков резанием

На точность исполнения профиля штриха в сильной степени влияют материалы заготовки, параметры резания, точность установки инструмента и динамические процессы, возникающие при резании. Резец должен быть установлен таким образом, чтобы заусенцы на краях штрихов, образующиеся вследствие деформации материала, были небольших размеров. Размер нагрузки на резец выбирают на пробных нарезках такой, чтобы штрих имел ровные края, достаточную глубину и необходимую шероховатость боковых поверхностей. Резец не должен раскалывать поверхность заготовки и колебаться во время работы, иначе штрих теряет свою форму.

Границы устойчивости движения резца при нанесении штриха определяются параметрами суппорта, формой резца, скоростью нанесения штриха и механическими свойствами материалов покрытия и подложки. Кроме того, качество штрихов и линий зависит от нароста, образующегося на инструменте в процессе нанесения штрихов и линий.

На процесс наростообразования влияют геометрические размеры инструмента, ше*

Рис. 96. Зависимость высоты нароста а от скорости резания на различных материалах ¦

роховатость его поверхности, материал заготовки и сорт смазочно-охлажда  масла НП-410,

смеси олеиновой кислоты со спиртом и керосином и т. д.). Нарост располагается на режущих поверхностях резца и величина его не стабильна; следовательно, штрих смещается от нормально нанесенного в любую сторону.

Наибольшая высота нароста имеется при нанесении штрихов на заготовках'из материала марки Д1АТ (кривая 1), на ннвар- стабиле (кривая 2) и на латуни марки Л67 (кривая 3)\ наименьшая высота нароста получается при нанесении штрихов на заготовках марки ЛС59-1 (кривая 4). Появление нароста сказывается на качестве штриха, а следовательно, и на точности штриховой меры. Увеличение скорости резаиия приводит к росту .высоты нароста. Изменение глубины резания при фиксированной скорости резания также приводит к изменению величины нароста: с увеличением глубины резания нарост увеличивается.

Геометрические размеры инструмента оказывают влияние на высоту нароста. С увеличением переднего угла инструмента уменьшается высота нарсзста. Увеличение радиуса закругления при в'ершине резца приводит к увеличению высоты нароста, поэтому лезвие резца, служащего для нанесения штриха, должно быть острым.

Материал инструмента незначительно влияет на процесс на- ростообразования. В сильной степени высота нароста зависит от шероховатости боковых и передней поверхностей резца (рис. 97). Наибольшая высота нароста^ наблюдалась на резцах, имеющих

Рис.

8-й класс шероховатости боковых и передней поверхностей (кривая 1), а наименьшая — на резце (кривая 4), изготовленном

из кристалла алмаза, боковые поверхности которого доводились до зеркального блеска на специальном прецизионном доводочном станке. Из графических зависимостей видно, что по мере увеличения класса шероховатости боковых и передней поверхностей резца (кривая 2 — 10-й, кривая 3 — 12-й) высота нароста уменьшается. На металлографических шлифах видно, что нарост на алмазном резце меньше, чем на резце из стали марки .Р18. Таким образом, для уменьшения нароста необходимо тщательно доводить боковые и переднюю поверхности резца.

Для устранения наростообразования необходимо применять смазочно-охлаждающие жидкости, причем состав жидкости выбирается в зависимости от материала заготовки. Обнаружено, что жидкости типа керосина и смеси его с веретенным маслом уменьшают нарост при нанесении штрихов на заготовку из алюминия и его сплавов, а жидкости типа вазелиновых и сурепных масел и их смеси со скипидаром препятствуют образованию нароста при нанесении штрихов на латуни и почти не влияют на процесс иа- ростообразования при нанесении штрихов на инварстабиле.

На рис. 98 приведены графические зависимости влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс наростообразования при иаиесеиии штрихов на заготовку из инварстабиля. Жидкости, широко применяемые при резании металлов — типа нитрита натрия (кривая 2), 5%-ного рассола имульсола (кривая 3) и лимонной кислоты (кривая 4), — несколько снижают высоту нароста при ианесении штрихов. Нанесение же штрихов без сма- зочио-охлаждающих жидкостей сопровождается увеличением высоты нароста (кривая /). Жидкость, состоящая из олеиновой кислоты, спирта и бескислотного керосина, совсем устраняет нарост, и штрихи имеют блестящий вид.

Рнс. 98. Зависимость высоты нароста а от скорости резания при различных смазочно-охлаждающих жидкостях

Рис. 99, Схема расположения штрихов

* Рнс. 100. Профнлограммы поперечного сечення штрнха. Увеличение вертикальное 500*, горизонтальное 100*

Появление нароста на инструменте изменяет его геометрические параметры, а значит изменяется и геометрия штриха, так как процесс образования штриха есть процесс копирования на поверхности заготовки головки инструмента.

При нанесении штриха возникает сложная и значительная деформация металла у боковых режущих поверхностей резца, а следовательно, в этих местах на поверхности инструмента появляется нарост, который увеличивает ширину штриха. Причем нарост может появиться с одной или с двух сторон; во втором случае ширина штриха будет увеличена в обе стороны, а ошибка деления определяется по формуле AL = 0,5. (Aaj — Д а2)-F + 0,5 (Ао4 — Ао3), где Ааъ Ао2, Аа3, Да4 — увеличение и уменьшение деления шкалы из-за нароста первого и второго штриха (рис. 99).

При до2 = Аа3 — 0 ошибка будет максимальной, а при Ай! = Да2 и Д°з = А°4 — минимальной.

Профилограммы поперечного сечения штриха показывают наличие бугорков у края штриха (рис. 100, а). Высота этих бугорков зависит от физико-механических свойств материала, нароста на инструменте и ряда других причин. При отсутствии нароста на инструменте высота бугорков становится во много раз меньшей (рис. 100, б).

Определение величин Aab А(ц, Aas, Аа4 почти невозможно из-за постоянного изменения месторасположения нароста и его размеров, поэтому необходимо создавать также условия резания материала заготовки, при которых отсутствует нарост на инструменте.

Точность штриховых мер зависит от качества работы приводного устройства машины, служащего для поступательного перемещения заготовки на шаг нарезаемой шкалы.

Гравирование па покрытиям

При гравировании штрихи и знаки наносят на делительных машинах удалением слоя металла со стеклянных заготовок или слоя грунта и лака. При нанесении штрихов по лаковым поверхностям или грунтовым покрытиям они вытравляются химическим способом на поверхности заготовки или наращиваются катодным или вакуумным напылением. При гравировании можно получить прозрачные штрихи на темном (непрозрачном) основании или непрозрачные штрихи на прозрачном основании.

Гравирование по металлическим покрытиям необходимо производить сразу же после нанесения металла, когда он имеет мелкозернистую структуру, которая со временем, особенно при нагревании, переходит в крупнозернистую. Нанесение штрихов на старых пленках приводит к растрескиванию их краев, которые становятся рваными, и пленка легко отдирается от подложки. Тонкие штрихи цолучаются при гравировании по полупрозрачному слою серебра, нанесенному на заготовку химическим путем.

Опыт изготовления шкал гравированием показывает, что тонкие и высокого качества штрихи можно получить на свежеприготовленных пленках, но процесс нанесения штрихов и знаков не должен быть длительным. Если необходимо изготовить сложные, с большим числом линий сетки, когда процесс гравирования занимает не один день, то нанесенные в разное время штрихи будут иметь различное качество. Такие сетки и шкалы можно изготовлять иа адсорбированных аморфных пленках, которые состоят из частиц, не связанных между собой силами сцепления., но расположенных плотно одна к другой.

При гравировании по металлическим покрытиям (рис. 101, а) С помощью алмазного или металлического резца 1 прорезают, пл.енку 2 из алюминия или серебра, нанесенную на стеклянную заготовку 3.

При неправильной установке резца, ошибочно выбранном его переднем угле и неправильно установленном положении его режущей кромки на дне штриха остаются

Рис. 102. Гравирование штрихов и обозначений по лаковым покрытиям с последующим травлением

следы защитного слоя в виде островков. Для устранения следов металла на пробных нарезках проверяют точность установки инструмента. Для уменьшения влияния износа инструмента на качество штриха необходимо применять алмазные резцы, изготовленные из ориентированных по йектору твердости алмазов, и устранить колебательное движение резца применением специальных демпфирующих устройств.

Кроме того, чистые й прозрачные штрихи на темном фойе можно получить нанесением на металлическое покрытие 2 грунта 5, по которому иа делительных машинах гравируют штрихи резцом 1 (рис. 101, б), а затем осуществляют травление кислотой 4 до образования прозрачных штрихов. После этого смывают кислоту и грунт с заготовки.

Перед гравированием по лаковым покрытиям на стеклянную заготовку наносят слой полимеризукмцихся покрытий, т. е. покрывают бакелитовым, асфальтовым или масляным лаком. При этом лак должен прочно удерживаться на поверхности заготовки. Бакелитовый лак, слегка подкрашенный анилиновой краской, хорошо удерживается на заготовке, но быстро твердеет. Поэтому гравирование необходимо проводить по слабозатвердевшему лаку резцом, имеющим высокий класс шероховатости боковых поверхностей.

Шкалы, лимбы и сетки с непрозрачными штрихами на светлом фоне (рис. 102) наносят алмазным резцом 1 по слою 2 покрытия на стекле 3 с последующим травлением плавиковой кислотой 4± и -заполнением штрихов соответствующей краской.

Гравированием по покрытиям с последующим яаращиванием можно получить тонкие, высокого качества штрихи при изготовлении линейных и угловых мер. Перед нанесением штрихов 3ajro- ' товки контролируют и протирают тампоном, смоченным жидкостью, состоящей из 85% спирта и 15% эфира. Затем заготовку устанавливают на центрифугу и покрывают ее поверхность лаком движением кисточки от центра к периферии. После часовой выдержки при комнатной температуре контролируют качество лакового покрытия. В случае обнаружения дефектов осуществляют ретуширование.

Для выполнения гравировальных работ широко используют в качестве грунта пчелиный воск, сирийский асфальт и канифоль, которые способны защищать поверхность стекла от воздействия паров фтористоводородной кислоты. Причем воск, подвергнутый термической обработке, .хорошо наносится и снимается с поверхности заготовки и имеет мелкозернистую структуру. Пчелиный воск позволяет получать штрихи шириной от 4 мкм и выше,

а для получения более тонких штрихов (шириной 2—3 мкм) необходимо применять сирийский асфальт в сочетании с канифолью.

В последние годы на многих заводах наносят штрихи ло покрытиям с последующим вакуумным напылением хрома, а грунты типа пчелиного воска и сирийского асфальта гравируются с образованием стружки, которая в большинстве случаев мешает процессу напыления металла в риски; кроме того, сирийский асфальт является, дорогостоящим импортным товаром, поэтому можно применять лаковые покрытия, которые хорошо гравируются, дают мало стружки, теплоустойчивы к парам фтористоводородной кислоты и позволяют получать высококачественные штрихи шириной 1—2 мкм.

Основу этих лаков составляет полимеры стиролов (полистирол, полимонохлорстирол, полидихлорстирол и сополимер^ стирола с а-метилстИролом САМ), модифицированные хрупкими агентами (канифоль, копалы и др.) с добавлением красителя; Приготовление лаков осуществляется простым смешиванием растворов, соотношение которых выбирается из расчёта получения хорошо гравируемого лака. Лаки наносятся на тщательно обезжиренную поверхность обычными методами, при этом не требуется температурная сушка. На этих лаках можно гравировать штрихи и линии через 30—40 мин после нанесения.

Для получения штрихов шириной 6 мкм и выше можно использовать воск, состоящий из 1200 г пчелиного и 10 г карнаубекого воска, сваренных при t = 200 °С в течение 120 ч. Для штрихов шириной 2—6 мкм применяют лак, который приготовляют из следующих компонентов:'!) 100 г сирийского асфальта растворяют в 100-см3 бензола; 2) 10 г мастикса растворяют в 100 см* бензола. Перед употреблением в 100 см3 первого раствора добавляют 10 см® второго раствора и 10 капель олифы или 5 капель кед* рового масла. Для получения штрихов шириной 1—2 мкм можно применять грунт, состоящий из 300 см3 бензола, 15 г мастикса и 23 г венецианского скипидара, которые после смешивания сушатся 5 мин при t~ 120 °С.

Подготовленную заготовку устанавливают на делительной машине и после часовой выдержки приступают к гравированию штрихов или линий. При изготовлении лимбов сначала наносят центровочную окружность, а затем штрихи.

Осуществив контроль качества штрихов и точности их расположения, шкалу или лимб переносят на вакуумную установку, предварительно закрыв лаком нерабочие места. После хромирования шкалу или лимб укладывают в кювету и заливают толуолом для снятия лака. Напыление хрома осуществляется в вакуумной установке его испарением с вольфрамовой спирали; толщина хрома на снирали составляет примерно 10 мкм. Затем детали промывают вдоль штрихов спирто-эфирной смесью. .

, Для оцифровки деталь покрывают воском. Деталь нагревают на плите до температуры 90—100 °С и устанавливают на центрифуге. На вращающуюся деталь кистью наносят разогретый до температуры 100 °С воск, перемещая кисть от центра к краю. Затем деталь охлаждают на металлической плите и производят ретуширование дефектных участков с помощью разогретой металлической шпильки. Гравировку осуществляют на пантографе, после чего травят цифры в парах плавиковой кислоты, подбирая режимы травления на бракованных деталях. Время травления ориентировочно равно 1 с и зависит от концентрации кислоты, толщины слоя и требуемых размеров цифр и знаков. Перед травлением незащищенные места покрывают медицинским вазелином.

Травление осуществляют в специальных винипластовых ваннах, установленных в вытяжных шкафах. Перед травлением незащищенные места обмазывают вареным вазелином и заготовку укладывают на планшайбу приспособления, установленного в ванне с плавиковой кислотой. Крышку 'ванны закрепляют, .а деталь с планшайбой вращают. />После травления деталь промывают в проточной воде, бензине и растворе, состоящем из спирта и эфира. Затем осуществляют запуск цифр черной или белой краской, пальцем втирая краску в углубления. Краску предварительно растирают в ступе с олифой. После запуска детали для удаления остатков краСки с поверхности протирают олифой. Затем детали сушатся в термостате или на плите при температуре 180—200 °С до тех пор, пока бумага, на которой установлены детали, не приобретет цвет соломы.

Нанесение штрихов и знаков по грунтам с последующим травлением используется в практике изготовления шкал, сеток, лимбов и подобных им изделий на заготовках из твердых материалов типа оптического стекла, сталей и т. д. Травлением трудно получить штрихи малых геометрических размеров. В качестве грунтов используют пчелиный воск и сирийский асфальт. Штрихи наносятся по грунту на делительных машинах алмазным или металлическим резцом. В процессе нанесения штрихов заготовка остается неподвижной.

Заготовки под сетки и шкалы смазывают ватным тампоном, смоченным лаком. Заготовки под лимбы покрывают асфальтным лаком с помощью центрифуги; для этого лимб зажимают с помощью самоцентрирующего патрона и приводят во вращение с определенной частотой. Во время вращения на поверхность лимба опускают несколько капель асфальтного лака, который благодаря большой частоте вращения лимба равномерно распределяется по его поверхности. Поверхности детали, покрытые асфальтным лаком, не должны иметь точек, ворсинок, оголенных мест. Если поверхность покрылась ровным слоем без посторонних включений, то деталь отстаивается в течение 15—20 мин. Шкалы и лимбы отстаиваются прямо на машине, на которой производится деление этих деталей. В результате такого отстаивания детали приобретают температуру окружающей среды, что способствует получению четкого, с ровными краями штриха. Деление производят металлическими резцами. Затачивают резцы, добиваясь ширину лезвия 0,005—0,007 мм. Заточку производят на агатовом камне с применением окиси хрома и машинного масла. Качество заточенного . резца проверяют под микроскопом с большим увеличением. Длину штриха на лимбах, шкалах и сетках настраивают с помощью упоров или винтов. Деление лимбов производят на круговых делительных машинах.

Для получения сеток химическим способом заготовку покрывают лаком или воском в зависимости от толщины штриха, цены деления и требований, предъявляемых к сетке. После нанесения штрихов по поверхности лака или воска риски на шкалах, лимбах и сетках проверяют под микроскопом. Просматривают каждый штрих. Если встречаются штрихи с неровными краями, то деталь промывают, снова покрывают лаком или воском и производят деление. И так до тех пор, пока все штрихи, не будут выполнены хорошо.

Полученные детали должны отстаиваться около 10—15 мин перед травлением плавиковой кислотой, так же как и перед делением. В зависимости .от толщины штриха, покрытия, условий работы детали в оптической системе и требуемой точности травление штрихов производят в парах плавиковой кислоты или непог средственно в кислоте (обычно в парах кислоты — травление шкал и лимбов, а непосредственно в кислоте — травление сетож толщиной более 0,03 мм). Для травления шкал используют специальные травильные установки. Вся установка перед травлением продувается сжатым воздухом, чтобы при закреплении шкалы на ее поверхность не могли попасть капельки воды, масла и других примесей.

Травление лимбов производят на специальных оправках, которые вручную раскручивают над парами 56%-ной плавиковой кислоты. При толщине штрихов 5—6 мкм время выдержки J— 1,5 с. Далее оправка вместе с лимбом опускается в бак с водой. После нейтрализации паров кислоты водой деталь промывают эфиром, а затем 3%-ной азотной кислотой. Качество штрихов также проверяют под микроскопом. Протравленный штрих пред? ставляет собой пустотелую канавку с матовым 'основанием..,

, Чтобы в -поле зрения протравленный штрнх был более четким, его следует запустить цветной краской (в большинстве случаев-г- черной). Для более прочного заполнения канавки краской, наделенные поверхности вначале смазывают газовой сажей, а затем сухой порошок запуска подушечками пальцев втирают в вытравленные канавки. Запущенные таким образом детали просушивают в термостате при температуре 120---140 °С в течение 4 ч. После просушки просматривают качество заполнения штрихов краской. Если штрихи не полностью запустились, их запускают еще раз и снова просушивают в термостате. После второго запуска детали промывают азотной кислотой для удаления грязевых точек с поверхности, а затем всю поверхность подчищают цинковыми белилами. В результате такой подчистки ¦ прозрачная поверхность детали получается совершенно чистой, а штрих по-прежнему остается черным.

На деталях с запущенными штрихами гравируют надписи. Для этого детали подогревают на плите до 100°С и покрывают воском, который при соприкосновении с нагретой деталью_расшгавляется по поверхности. Чтобы получить более равномерный слой воска, его выравнивают батистовым тампоном, а в случае изготовления сеток малых диаметров — папиросной бумагой, сложенной в несколько рядов. После покрытия детали охлаждают на специальной плите. Поверхности деталей, покрытые воском, не должны иметь точек, ворсинок, оголенных мест. Качество восковой поверхности можно оценить невооруженным взглядом.

Гравировку производят на пантографах специальными резцами. Гравированные надписи перед травлением тщательно просматривают под микроскопом. Режим травления гравируемых деталей отличен от наделенной, так как гравировка производится Не по лаку, а по воску; толщина гравированных надписей в 1,5— 2 раза шире толщины штриха..