/
Text
игигиг. chipmaker, ru
2009
Алмазные
инструменты
в маиишостЬоент!
Л Е Н И ТДАТ
19 6 5
В статьях сборника рассматриваются конструкции алмазных
инструментов, выпускаемых специализированными заводами, и тех-
нология их изготовления. Подробно освещен наиболее рациональ-
ный опыт применения алмазных инструментов па предприятиях Ле-
нинграда, приведены технологические процессы алмазного точения
и фрезерования, шлифования и доводки, обработки твердосплавных
штампов и делительных работ, обработки часовых камней и опти-
ческих линз. Уделено большое внимание электроалмазному шлифо-
ванию и доводке.
Сборник предназначен для квалифицированных рабочих и ин-
женерно-технических работников как инструментального производ-
ства, так и других отраслей промышленности.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В машиностроении и в других отраслях промышлен-
ности находят все большее применение алмазные ин-
струменты. Это объясняется не только их высокой стой-
костью, а главным образом повышенными требования-
ми к точности и чистоте обработанных поверхностей и
появлению новых твердых материалов (твердых спла-
вов, ферритов, полупроводников, керамики и др.), обра-
ботка которых целесообразна только алмазными инст-
рументами.
Открытие месторождений алмазов в Якутии и орга-
низация промышленного производства синтетических
алмазов позволили резко увеличить выпуск стандарт-
ных и специальных алмазных инструментов для всех
отраслей нашей промышленности.
Настоящий сборник является первой попыткой об-
общить опыт ленинградской промышленности по при-
менению алмазного инструмента.
Статья инж. А. М. Руссковой посвящена конструк-
циям стандартного инструмента, изготовляемого в на-
стоящее время специализированными заводами.
В статье инж. Э. И. Белицкой описан опыт централь-
ной научно-исследовательской лаборатории камней-са-
моцветов Ленсовнархоза по созданию специальных ал-
мазных инструментов — шлифовальников, трубчатых
сверл и др.
Статья канд. техн, наук А. И. Федотова рассматри-
вает технологические особенности изготовления резцов,
применяемых в сложном делительном деле для грави-
рования и нарезания дифракционных решеток на раз-
3
личных материалах. Кроме того, в этой статье подроб-
но изложены методы аттестации и ориентации кристал-
ла алмаза для резцов, основанные на научных исследо-
ваниях и практических проверках в производстве.
Тонкому точению и фрезерованию алмазными ин-
струментами посвящена статья канд. техн, наук
А. Г. Пера. Она будет интересна не только для инже-
нерно-технических работников, но и для квалифициро-
ванных рабочих, занимающихся внедрением алмазного
точения и фрезерования металлов, их сплавов и неме-
таллических материалов.
Специальное оборудование для алмазной обработки
твердосплавных штампов и пресс-форм, а также опти-
ческих линз рассматривается в статьях инженеров
В. Д. Корсакова и Р. А. Анашкина.
Статья канд. техн, наук Ю. Д. Сузановича и инж.
Н. И. Федотова посвящена изготовлению часовых кам-
ней и мелкого твердосплавного фасонного инструмента
для часовой промышленности.
В статьях канд. техн, наук А. Г. Рябинка, инж.
В. Ю. Веромана и инж. В. Н. Барунова рассматрива-
ются вопросы электроалмазного шлифования и доводки
инструмента. А. Г. Рябинок дает обзор существующих
методов электроалмазного шлифования за рубежом.
Кроме того, он подробно излагает технологию изготов-
ления однослойных алмазных кругов формы ПВ.
В. Ю. Вероман в своей статье описывает технологию
обработки твердых сплавов электроалмазным шлифо-
ванием.
В целом материалы сборника, хотя и в ограничен-
ном объеме, отражают работу ленинградских предприя-
тий по внедрению алмазных инструментов.
Все критические замечания и пожелания читателей
авторы примут с благодарностью.
A. M. Русскова
АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Алмазные инструменты в машиностроительной
промышленности можно разделить на две основные
группы:
1) инструменты из порошков алмаза;
2) инструменты из кристаллов технических алмазов.
К первой группе инструментов относятся круги шли-
фовальные на металлической и органической связках,
круги отрезные, хонинговальные бруски, надфили,
пасты и порошки алмазные.
Ко второй группе относятся резцы, волоки, каран-
даши, иглы и ролики для правки абразивных кругов,
а также стеклорезы.
Инструменты второй группы изготовляются из
кристаллов алмаза путем шлифования и доводки
(огранки).
Для отдельных типов правящего инструмента и стек-
лорезов используются неграненые алмазы.
Сырьем для инструментов из кристаллов алмаза
служат технические алмазы, причем более высокого
качества по сравнению с алмазным бортом, предназна-
ченным для дробления в порошки.
Типы и размеры алмазного инструмента регламенти-
рованы ГОСТом либо нормалями. В табл. 1 приведена
основная номенклатура алмазных инструментов, выпу-
скаемых в настоящее время специализированными за-
водами.
5
Круги шлифовальные алмазные
Из всех алмазов, применяемых сейчас в промышлен-
ности, 70% используется в качестве алмазного порошка
для изготовления кругов, брусков, надфилей и других
инструментов.
Таблица 1
Основная номенклатура алмазных инструментов
Название инструментов ГОСТ или нормаль
Круги шлифовальные ал- мазные Круги отрезные алмаз- ные Порошки алмазные . . . Надфили Алмазные резцы .... Волоки Карандаши алмазно-ме- таллические Стеклорезы 9770-61 10110-62 9206-59 ОН14059, ОН14060, ОН14061 НИИАлмаза РТМ 61-62 ВНИИНМаш, ОН6-152-63 до ОН6-173-63 НИИЧаспром 6271-60 607-56 10111-62
Алмазные круги состоят из корпуса и рабочего ал-
мазоносного слоя. Корпуса изготовляются из стали,
алюминиевых сплавов или полимеров. Алмазоносный
слой состоит из алмазного порошка, связки и наполни-
теля.
В настоящее время выпускаются два вида кругов —
на металлических и на органических связках.
Алмазные круги на металлических связках отлича-
ются повышенной прочностью и теплостойкостью, зна-
чительным сроком службы, хорошо сохраняют свою гео-
метрическую форму, но быстро засаливаются и требуют
частой правки. Эти круги применяются для предвари-
тельной обработки, когда требуется сошлифовать значи-
тельный объем материала с получением 8—9-го клас-
сов шероховатости поверхности.
Алмазные круги на органических связках предназ-
6
пячены для окончательной (чистовой) обработки (до-
водки), когда необходимо достигнуть 10—12-го классов
шероховатости. Эти круги отличаются большей произ-
водительностью и почти не засаливаются, но по сравне-
нию с кругами на металлической связке расход алмаза
па единицу веса снятого материала в 3 раза больше.
При работе алмазными кругами на металлической
« вязке применение охлаждения обязательно. Кругами
на органической связке можно работать и без охлажде-
ния, но при этом увеличивается износ круга.
Одной из важнейших характеристик алмазного кру-
। а, определяющей при прочих равных условиях эконо-
мичность и эффективность его работы, является степень
концентрации алмазов, т. е. количество (в миллиграм-
мах) алмазного зерна в 1 мм3 алмазоносного слоя.
Алмазные круги выпускаются 25-, 50- и 100-процент-
пой концентрации алмазного зерна. За 100-процентную
концентрацию в практике принято считать 0,878 мг/мм3,
что соответствует 4,39 карата в 1 см3 алмазоносного
слоя. Соответственно круги с 50-процентной концентра-
цией содержат в 2 раза меньше алмазного зерна, т. е.
0,439 мг/мм3, а с 25-процептной концентрацией — в
4 раза меньше (0,219 мг/мм3).
При 100-процентной концентрации алмазные зерна
в кругах независимо от материала связки занимают по
объему 25% алмазоносного слоя. Остальные’ 75% по
объему занимают связка и наполнитель. Содержание
компонентов в алмазоносном слое различной конфигу-
рации для кругов на органической связке приведено
в табл. 2.
Таблица 2
Содержание алмазов, связки и наполнителя в кругах
на органической связке
(в % по весу)
Наименование компонентов Концентрация круга
100% 50% 25%
Алмаз 41,4 22,0 11,4
Связка 29,3 31,4 32,4
Наполнитель 29,3 46,6 43,8
7
Круги с большой концентрацией алмазов характе-
ризуются большей производительностью. Поэтому высо-
кая концентрация алмазов целесообразна при жестких
режимах, при шлифовании периферией круга и при не-
обходимости избегать деформации круга. Например,
для профильного шлифования и при внутреннем шлифо-
вании оптимальной концентрацией является 100-про-
центная.
Для большинства работ применяются круги 50-про-
центной концентрации. Круги пониженной концентрации
(25%) используются на операциях доводки вручную.
Алмазные круги изготовляются не только на различ-
ных связках и с различной степенью концентрации ал-
мазов, но и различными по форме и зернистости.
ГОСТом 9770-61 предусмотрено 68 типоразмеров
кругов.
В табл. 3 представлены формы и основные размеры
кругов. Каждый тип круга имеет буквенный индекс, ко-
торый состоит из двух частей. Например, в круге АПП
буква А обозначает круг алмазный, а ПП — плоский
прямой.
Все алмазные круги маркируются на внутреннем
торце металлического корпуса (наименование завода-
изготовителя, обозначение зернистости и марки связки,
характеристика концентрации алмаза, высота алмазо-
носного слоя, вес алмаза в каратах, номера ГОСТ и
круга, год изготовления).
Например, маркировка круга обозначена: АМ40Б1-
50-3-29-9770-61-3240-64. Это значит: зернистость АМ40
на органической связке; марка Б1; концентрация ал-
маза 50%; высота алмазоносного слоя 3 мм; вес алма-
за 29 каратов; ГОСТ 9770-61; изготовлен под номером
3240 в 1964 г.
Диаметры отверстий алмазных кругов приняты в со-
ответствии с размерами посадочных мест у шпинделей
универсальных заточных станков по ГОСТ 3808-57, а
также в соответствии с размерами отверстий шлифо-
вальных кругов по ГОСТ 2424-60.
При выборе кругов для различных работ необходимо
учитывать тип станка, форму и размер обрабатываемой
поверхности, требуемые точность и шероховатость по-
верхности, характер связки, концентрацию алмазов и их
зернистость.
8
Круги шлифовальные алмазные
________(ГОСТ 9770-61)________
Таблица 3
Виды обозначения и размеры (в мм) кругов Форма сечения Назначение
Плоские прямого профиля АПП D = 100-;-250; d = 20--75; Н = Ю-т-20 р; Ц1 Г- - -1 Шлифование и доводка цилиндриче- ских и плоских поверхностей на кругло- шлифовальных и плоскошлифовальных станках (обработка зенкеров, разверток и другого многолезвийного инструмента)
Плоские прямого профиля без корпуса А1ПП D = 6 10; d = 2 ч- 3; Н = 6 Шлифование и доводка внутренних цилиндрических поверхностей на внутри- шлифовальных станках (отверстия твердо- сплавных штампов)
Профильные А2П
D = 75 -н125; d = 20 ч- 32;
Н = 3 -и 8; = 25 -i- 30°
Доводка фасонного инструмента на
профилешлифовальных станках моделей
ЗП95 и 395М
с>
Продолжение табл* 3
Виды обозначения и размеры (в мм) кругов Форма сечения Назначение
Плоские с выточкой АПВ D = 150; d = 16 ч- 20; Н = 10 ч- 20; b = 3 ч- 20 л -U- d 1 Заточка и доводка резцов на заточных станках модели С-194
Плоские с двухсторонней выточкой АПВД 20 = 150; г/ = 32; Н = 13ч-25; b = 3 ч- 20 d. т 1 Заточка и доводка резцов на заточных станках типа С-194; обработка измери- тельного инструмента
Чашечные и конические АЧК D = 50 ч- 125; d = 20 ч- 32; Н = 20 ч- 40; b = 3 ч- 5 6 гт— 7 d Заточка и доводка резцов, задних по- верхностей зенкеров, разверток, сборных фрез на универсально-заточных и спе- циальных станках
Продолжение табл. 3
Виды обозначения и размеры (в мм) кругов Форма сечения Назначение
Тарельчатые АТ D = 75 ч-125; d = 20 ч- 32; Н = 10 ч-13; Ь = Зч-5 5 Д rj d Заточка и доводка многолезвийного инструхмента по передней поверхности
Тарельчатые А1Т = 75 ч- 125; d = 20—32; Н 10 ч- 13; Ь= 2 Zr Доводка передних поверхностей мелко- модульных фрез
Тарельчатые АЗТ D = 75 ч-125; d = 20ч-32; Н - Юч- 13; <? = 45е 6 ¥ <" -e. - j d" Заточка и доводка многолезвийного инструмента с винтовыми канавками по передней поверхности
Для рационального использования алмаза формы и
размеры кругов выбираются применительно к конкрет-
ным операциям (например, для шлифования по наруж-
ному диаметру, для доводки по задней поверхности
и т. д.).
Ширина алмазоносного кольца определяется харак-
тером работы круга (на проход или врезанием). При
работе на проход следует применять круги с широкими
рабочими поверхностями, а при работе методом вреза-
ния— круги с рабочей частью, не превышающей высоты
обрабатываемой поверхности.
Рекомендуемые режимы шлифования приведены в
табл. 4.
Таблица 4
Рекомендуемые режимы алмазного шлифования
Основные параметры Внутреннее шлифова- ние Круглое шлифова- ние Плоское шлифова- ние Заточка Доводка
Окружная ско- рость, м/сек . . 10—25 25—35 25—35 25—35 25—35
^Продольная по- дача, м/мин . . 0,5— 2,0 0,5—1,5 3,0—9,0 0,5—1,0 0,3—0,5
Поперечная подача, мм/де. ход — — 0,5—1,0 0,01—0,02 0,005— 0,01
Скорость вра- щения детали, м/мин 20—25 15—30
Глубина реза- ния, мм .... 0,005— 0,015 0,005— 0,02 0,01—0,03 — —
Номенклатура алмазных кругов, выпускаемых по
ГОСТ 9770-61, обеспечивает их применение почти на
всех моделях шлифовальных станков при круглом (на-
ружном и внутреннем), плоском и фасонном шлифова-
нии. Исключением являются универсально-заточные
станки моделей ЗА64 и ЗА64М. Эти станки не отвечают
требованиям, предъявляемым к станкам для алмазной
заточки инструментов. Потому Экспериментальным на-
учно-исследовательским институтом металлорежущих
12
станков (ЭНИМС) разработан типовой проект модер-
низации универсально-заточных станков, по которому
предусмотрены следующие изменения:
1) увеличены жесткость и виброустойчивость станка
за счет установки новой конструкции шлифовальной го-
ловки;
2) установлен более точный и большего диаметра
(40 мм) шпиндель шлифовальных кругов; монтаж шпин-
деля осуществлен на радиально-упорных подшипниках
класса А;
3) введен механизм точной поперечной подачи сто-
ла, обеспечивающий величину подачи 0,005—0,01 мм;
4) введены устройства для подачи в зону обработки
охлаждающей жидкости и защиты ее от разбрызгива-
ния.
Стоимость выполнения модернизации при индивиду-
альном изготовлении деталей ориентировочно составит
225 руб. для каждого станка.
Круги отрезные алмазные
Весьма эффективно используются алмазы и для об-
работки неметаллических материалов.
Наиболее выгодно обрабатывать алмазным инстру-
ментом неметаллические материалы, обладающие вы-
сокой твердостью и хрупкостью. К ним относятся раз-
личные виды керамики, стекло, ферриты, корунд, гра-
нит, диабаз, полупроводниковые материалы (германий,
кремний) и др.
НИИАлмазом выполнен ряд экспериментальных ра-
бот по исследованию процессов алмазной обработки не-
металлических материалов, на основании которых со-
зданы специальные алмазные инструменты, установле-
ны режимы обработки и определены удельные расходы
алмаза.
Алмазная обработка неметаллических материалов
должна проводиться только с охлаждением и при со-
блюдении необходимых мер безопасности, обеспечиваю-
щих сохранение здоровья рабочих.
Наиболее трудоемкой операцией при обработке не-
металлических материалов является разрезание, для
чего применяются алмазные отрезные круги, при этом
получается равномерная минимальная ширина реза, по-
13
вышается производительность труда и легко автомати-
зируется процесс резания.
Стойкость алмазных отрезных кругов при резке мра-
мора, гранита и других природных материалов больше,
чем у кругов из карбида кремния, в 60—100 раз, а про-
изводительность— в 3—4 раза. Благодаря высокой стой-
кости алмазных отрезных кругов при резании природ-
ных материалов достигается высокая размерная точ-
ность отрезаемых элементов, сокращаются потери цен-
ного материала в шламе за счет уменьшения ширины
реза и обеспечивается высокое качество поверхности
реза (без сколов и трещин).
Алмазные отрезные круги выпускаются двух видов:
со сплошным режущим слоем (алмазоносным кольцом)
и прерывистым режущим слоем (сегментные круги).
В табл. 5 приведены основные размеры отрезных
кругов со сплошным режущим слоем. Они применяются
для разрезания корунда, кремния, германия и кварца.
Значительный интерес представляют сегментные от-
резные круги. Такой круг состоит из стального тонкого
диска-сердечника и прикрепленных к нему сегментов.
В качестве материала для диска применяется сталь мар-
ки 50Г. Алмазные сегменты изготовляют методом по-
рошковой металлургии и затем приваривают к сталь-
ному диску. Сегментные круги изготовляются диамет-
ром от 250 до 2500 мм и толщиной от 1,5 до 15 мм по
нормали НИИАлмаза (табл. 6).
В качестве связки для прочного удержания алмаз-
ных частиц используются металлические порошки зер-
нистостью от 5 до 50 мк. Состав связки выбирают в за-
висимости от физико-химических свойств разрезаемого
материала с таким расчетом, чтобы получить сегменты
средней, высокой и весьма высокой твердости. Так, на-
пример, кругами со связкой на стальной основе режут
гранит, бетон, шифер, огнеупоры, а кругами со связкой
иа медной основе — корунд, мрамор, известняк, стеатит,
стекло, керамику, твердые сплавы.
Для изготовления алмазоносных колец отрезных
кругов применяют алмазные порошки зернистостью от
А5 до А50 по ГОСТ 9206-59 с концентрацией 25, 50 и
100%.
Отрезка алмазными кругами осуществляется при вы-
соких скоростях резания и больших подачах.
14
Таблица 5
Основные размеры (в мм) алмазных отрезных кругов
со сплошным режущим слоем
(по ГОСТ 10110-62)
Наружный диаметр круга Высота круга Внутрен- ний диаметр круга Ширина алмазо- носного слоя Ширина стального диска
номинальная допускаемые отклонения
50 0,15 ±0,02 12+0.19 2,5 0,15
80 0,15 0,30 ±0,02 ±0,03 12+0.19 2,5 0,15 0,22
100 0,30 0,45 5,60 ±0,03 ±0,05 ±0,05 20+0,23 2,5; 5 0,22 0,35 0,50
125 0,30 0,45 0,70 ±0,03 ±0,05 ±0,05 32+0,27 5 0,22 0,35 0,55
160 0,30 0,45 0,70 1,20 ±0,03 + 0,05 ±0,05 ±0,10 0,22 0,35 0,55 1,00
200 0,70 1,20 2,0 ±0,05 ±0,10 ±0,10 0,55 1,00 1,80
250 1,20 2,0 ±0,10 ±0,10 1,00 1,80
320 1,20 2,0 ±0,10 ±0,10 1,00 1,80
В табл. 7 приведены рекомендуемые режимы обра-
ботки некоторых неметаллических материалов.
Алмазные порошки, пасты, бруски, надфили и головки
Алмазные порошки представляют собой дробленые
осколки или монокристаллы правильной кристалличе-
ской формы определенных размеров. За размер при-
нимается половина суммы длины и ширины проекции
зерна на предметное стекло микроскопа.
15
Таблица 6
С5
Основные размеры алмазных отрезных сегментных кругов
(по рекомендации НИИАлмаза)
Тип Размеры алмазного отрезного круга, мм Размеры сегментов, мм Число сегментов
диаметр диаметр отверстия высота корпуса 1 « 1 угловой шаг сегмента i 1 длина сегмента 1 толщина алмазоносного слоя высота сегмента радиус сегмента
круга корпуса наружный внутрен- ний .
АОК-250 250 242 32 2,2 48,8 40 5 3,0 125 121 15
АОК-500 500 486 90 3,0 52,5 40 7 3,8 250 243 30
АОК-800 800 786 90 4,6 58,6 40 7 6,5 400 393 48
АОК-1100 1100 1084 120 5,0 46,0 24 8 7,0 550 542 74
АОК-1400 1400 1 384 150 6,0 50,0 24 8 7,0 700 692 87
АОК-1600 1600 1584 150 7,0 52,0 24 8 10,0 800 792 95
АОК-2000 2000 1980 240 8,0 56,0 24 10 12,0 1000 990 102
АОК-2500 2 500 2 480 240 10,0 57,0 24 10 14,0 1250 1240 137
Таблица 7
Режимы обработки неметаллических материалов
алмазным инструментом
Обрабатывае- мый материал Скорость I шлифования, । м!сек Продольная подача, .и/.ии« Поперечная подача, мм/ход стола Глубина шли- фования, мм Характеристика круга Расход алмаза снятого металла
Стекло 425 1,3 0,5 0,8 А25—А16 50- процентной концентрации 1,3.10-4
Гранит 40 3 0,6 0,7 А25—А16 50- процентной концентрации 1,8-Ю-о
Ферриты 27—35 8 0,6 До 0,7 А12 на метал- лической связ- ке 100-про- центной кон- центрации 7,6-1О-о
Пьезокера- мика 27—35 15 0,7 0,5 А25 и А12 на металлической связке 100-про- центной кон- центрации 3,0-10-0
Алмазные порошки выпускаются по ГОСТ 9206-59
в виде шлифзерна, шлифпорошков и микропорошков.
Размеры зерен алмазных порошков определяют с по-
мощью микроскопа, снабженного окулярной шкалой или
сеткой. Результаты микроскопического анализа выра-
жают в процентах от количества зерен для каждой
фракции отдельно. Основная фракция алмазного по-
рошка (в %) состоит из совокупности зерен определен-
ного размера, преобладающих по количеству в составе
данного порошка.
В табл. 8 приведены предельные размеры зерен ос-
новной фракции алмазных порошков.
Верхний предел размера зерна, указанный в табл. 8,
соответствует размеру ячейки сита в микронах, сквозь
которое зерно основной фракции проходит, а нижний
2 Зак. № 455
17
предел — ячейки сита, на котором зерно основной фрак-
ции остается.
Таблица 8
Предельные размеры зерен алмазных порошков
(по ГОСТ 9206-59)
Наименование группы Обозначе- ние зер- нистости Размер зерна основной фракции, як Наименование группы Обозначе- ние зер- нистости Размер зерна основной фракции, мк
Шлифзерно А50 А40 А32 А25 А20 А16 630—500 500—400 400—315 315—250 250—200 200—160 Микро- порошки АМ40 АМ28 АМ20 АМ14 АМ10 АМ7 АМ5 АМЗ АМ1 40—28 28—20 20—14 14—10 10—7 7—5 5—3 3—1 Мельче 1
Шлиф- порошки А12 А10 А8 А6 А5 А4 160—125 125—100 100—80 80—63 63—50 50—40
Алмазные порошки поставляются сухими в стеклян-
ных банках в количестве 1, 2, 3, 5, 10, 15, 25, 35, 50
и 100 каратов. Каждая партия порошка сопровождает-
ся сертификатом с анализом зернового состава.
При доводке алмазными порошками в незакреплен-
ном (свободном) состоянии их смешивают с раститель-
ным маслом в пропорции 5—10 капель масла на 1 ка-
рат порошка. Вместо растительного можно применять
вазелиновое масло.
Норма расхода алмазного порошка на 1 см2 доводи-
мой поверхности составляет 0,008 карата.
Алмазные порошки в свободном состоянии успешно
применяются для операций доводки и полирования твер-
дых сплавов, корунда, агата и полупроводниковых ма-
териалов (кремния, германия). При обработке алмаз-
ными микропорошками кремния и германия острые реб-
ра частиц алмаза практически не затупляются, поэтому
усилие резания значительно меньше, чем при употреб-
лении микропорошков электрокорунда.
Весьма низкий коэффициент объемного сжатия в со-
четании с высокой режущей способностью алмаза ис-
18
ключает деформацию поверхностного слоя обрабатывае-
мого материала.
Применение алмазных микропорошков обеспечивает
12—14-й классы шероховатости и сокращает длитель-
ность процесса в десятки раз.
Алмазные пасты. На основе микропорошков АМ40—
АМ1 изготовляются алмазные пасты. В настоящее вре-
мя НИИАлмаз, ВНИИМАШ и другие организации раз-
работали ряд составов алмазных паст, которые в зави-
симости от зернистости алмаза содержат синтетические
жирные кислоты, вазелиновое или касторовое масло и
олеиновую кислоту.
При доводке и полировании алмазными пастами на-
блюдается некоторое влияние на них химических про-
цессов. Опыты, проведенные с пастами из различных
компонентов связки, показали, что пасты, в состав ко-
торых входят поверхностно-активные вещества (стеа-
рин, олеиновая кислота и др.), обладают несколько
большей производительностью. Однако решающее влия-
ние на производительность процесса полирования (до-
водки) все же оказывают физические свойства алмаз-
ного порошка, форма и гранулометрический состав его
зерен.
В зависимости от обрабатываемого материала, тре-
бований шероховатости и условий процесса применяют-
ся пасты различной зернистости и концентрации ал-
маза.
В табл. 9 приведены ориентировочные рекомендации
НИИАлмаза по концентрации алмаза в пастах в зави-
Таблица 9
Концентрация алмаза в пастах
Зернистость пасты Твердые сплавы ВКбМ и ВК20 Сталь ШХ15 Сталь ЭИ-3-17
концентрация алмаза, В %
АМ40 40 20 40—20
АМ28 20 10 20
АМ14 20 10 10—20
АМ5 8 6 —
АМЗ 6 4 —
АМ1 6 4 —
2*
19
симости от обрабатываемого материала и зернистости
алмаза. Из этой таблицы видно, что обработка вязких
материалов требует увеличения зернистости и концент-
рации алмаза в пасте.
Оптимальные условия доводки (полирования) стали
ШХ15 алмазными пастами следующие: скорость вра-
щения детали—1,5—1,8 м/сек; удельное давление —
8—28 кг/см2-, материалы полировальников — самшит или
чугун марки СЧ21-40; зернистость пасты — ЛМ14—
АМ28; концентрация алмаза в пасте—10%.
Особо эффективные результаты получены НИИАл-
мазом совместно с заводом «Калибр» при доводке вста-
вок микрометров из твердого сплава ВК6М алмазной
пастой АМ14 10-процентной концентрации. В этом слу-
чае выбран следующий режим: скорость вращения при-
тира— 6 м/мин; материал притира — чугун марки
СЧ21-40; давление притира на деталь — 2 кг/см2; про-
должительность доводки одного микрометра-—30 сек.
Шероховатость получаемой поверхности V 12—V14-H
классы.
Применение алмазной пасты АМ14 10-процентной
концентрации на доводке твердосплавных вставок мик-
рометров позволило улучшить шероховатость обрабаты-
ваемой поверхности на один класс по сравнению с до-
водкой свободными алмазными порошками и сократить
расход алмаза в 10 раз (с 1 до 0,01—0,08 мг). Наряду
с этим установлена реальная возможность автоматиза-
ции процесса нанесения пасты на притир, так как пасты
более удобны для автоматизации, чем свободные по-
рошки.
Эффективность алмазных паст подтверждается и
данными, полученными при доводке редуцированных
плашек из твердого сплава ВК20. Так, например, ал-
мазные пасты зернистостью АМЗ, АМ14 и АМ28 позво-
лили получить Н-й класс шероховатости.
Алмазные пасты АМ28 и АМ14 применяются на
предварительной доводке при съеме припуска 20—30 мк,
а паста АМЗ — на окончательной доводке до требуемых
размеров. В этом случае расход алмаза составляет
2,5 карата на 10 комплектов плашек.
В настоящее время изготовление алмазных паст ор-
ганизовано на ленинградском абразивном заводе
«Ильич».
20
При выборе характеристик паст заводу необходимо
сообщить: 1) режимы обработки (марка станка, скоро-
сти вращения детали и притира, материал притира);
2) требования по точности и шероховатости поверхно-
сти; 3) припуск на доводку; 4) материал детали и твер-
дость.
На основании этих данных выбираются пасты по зер-
нистости, концентрации и консистенции для конкретной
операции.
С 1964 г. Украинский научно-исследовательский кон-
структорско-технологический институт синтетических
сверхтвердых материалов и инструмента Госплана
УССР организовал промышленное производство алмаз-
ных паст.
Как видно из табл. 10, алмазные пасты выпускаются
двенадцати зернистостей, которые условно делятся на
четыре группы.
Таблица 10
Классификация алмазных паст
Условное обозначе- ние ал- мазной пасты Размер зерен основной фракции, мк Условная окраска упаковки Условное название группы
АП100 100—80 Красная с черной полоской
АП80 80—60 Красная с серой полоской Крупная
АП60 60—40 Красная с белой полоской
АП40 40—28 Зеленая с черной полоской
АП28 28—20 Зеленая с серой полоской Средняя
АП20 20- -14 Зеленая с белой полоской
АП14 14--10 Голубая с черной полоской
АП10 10—7 Голубая с серой полоской тМелкая
АП7 7—5 Голубая с белой полоской
АП5 5-3 Желтая с черной полоской
АПЗ 3—1 Желтая с серой полоской Тонкая
АГП 1 и мельче Желтая с белой полоской
По концентрации алмазные пасты различаются на
нормальную —Н (например, АП14Н); повышенную —
21
П (например, АП14П) и высокую — В (например,
АП14В).
Алмазные пасты расфасовывают в тюбики весом 20,
40 и 80 г.
Алмазные бруски изготовляются преимуществен-
но из порошков синтетических алмазов на органической
и металлической связках шести типоразмеров (табл. 11).
Алмазные бруски на металлической связке рекомен-
дуется применять зернистостью А8—А4, а бруски на
органической связке — зернистостью АМ40—AM 10.
Таблица 11
Алмазные бруски на органической и металлической связках
Наименование
бруска
Эскиз
Обозна-
чение
Основные раз-
меры, мм
Плоский
АБПл
В—6-5—10,
/=40, Z. -120
Трехгран-
ный
ЛБТ
В = 6—10,
/=40, L = 120
Полу-
круглый
АБПк
В=6-н10,
/=40,1 = 120
Алмазные бруски применяются при ручных доводоч-
ных работах в процессе изготовления твердосплавных
штампов, пресс-форм, режущего и измерительного ин-
струмента.
Приемы работы алмазными брусками те же, что и
абразивными. При засаливании бруски на органической
22
Таблица 12
Алмазные надфили с тупым концом
L-B5-140
1=45-70
Наименование надфиля Форма сечения Обозначе- ние Основные размеры
Прямоугольный АНПТ В = 2,5 -4-5, Н=1
з:
в
Квадратный б АНКТ В = 2,5 ~-5
Круглый АНКрТ D = 1 -4- 2,5
Полукруглый АНПкТ В = 2,5 ~ 4, Н = 1ч-2
[, в' _|
Овальный :Н АНОТ В = 2,5 6, Н = 1 -г- 3
i в
23
Продолжение табл. 12
Наименование надфиля Форма сечения Обозначе- ние Основные размеры
Комбинирован- ный X АНКмТ В = 3,5 -Н 5, Н = 2 и- 3
Трехгранный А1НТТ В = 2,5 -5
Трехгранный ас — . в А2НТТ В = 4 — 6, Н= 1н-2
Ромбический X В . АНРТ Й; to II И ЬО СЛ
связке следует чистить пемзой, а бруски на металличе-
ской связке править на плоском бруске из карбида крем-
ния зеленого зернистостью 40—25 средней твердости.
Алмазные бруски выпускает Томилинский абразив-
ный завод.
Алмазные надфили изготовляются путем закреп-
ления зерен алмазного порошка на стальном корпусе
гальваническим способом. Этот способ позволяет за-
креплять порошки зернистостью А16—А4.
В табл. 12 и 13 приведены основные формы и разме-
ры типовых алмазных надфилей из порошков на галь-
ванической связке. Наименования алмазных надфилей,
24
Таблица 13
Алмазные надфили с острым’концомЗ
Наименование надфиля Форма сечения Обозначе- ние Основные размеры
Прямоугольный 6 АНПО В = 4-=-5,5, Н = 1 ч- 1,5
я
Квадратный 6 АНКО В = 2-ьЗ
Круглый АНКрО D = 2,5 -г- 3,5
Полукруглый i т в 3: АНПкО D = 4-=~5, Н = 2-х-2,5
25
Продолжение табл. 13
Наименование
надфиля
Обозначе-
ние
Основные размеры
Овальный
Форма сечення
АНОО
В = 3-=5,
Н=14-2
а также форма и размеры приняты в соответствии с
ГОСТом 1513-53.
Набор алмазных надфилей позволяет обрабатывать
поверхности сложного профиля, выполняя по существу
те же работы, что и стальными надфилями, но на мате-
риалах значительно более твердых (сталь закаленная
твердостью HRC = 64, твердые сплавы, керамика, фар-
фор и др.).
Головки представляют собой алмазные круги, на-
прессованные на цилиндрические хвостовики. Головки
изготовляются на органической и металлической связ-
ках той же зернистостью, что и круги, и работают от
пневматических турбинок со скоростью вращения до
10 000 об/мин.
Головки находят широкое применение при обработке
фасонных отверстий в деталях из твердых сплавов.
26
В табл. 14 приведены формы и основные размеры ти-
повых головок.
Алмазные хонинговальные бруски являются одним
из наиболее перспективных инструментов; они в 100—
120 раз более стойки, чем абразивные бруски. Так, на-
пример, при обработке отверстий диаметром 30 мм в
чугунных деталях алмазные бруски способны обрабо-
тать 8000 деталей, в то время как абразивные бруски
в этом случае обрабатывают не больше 70—80 деталей.
Кроме того, высокая стойкость алмазных хонинго-
вальных брусков позволила резко сократить количество
Рис. 1. Алмазный хонинговальный брусок:
1 — металлокерамическое основание; 2— алмазоносный слой.
подналадок станков и автоматизировать процесс хонин-
гования, который происходит при низких температурах
резания, благодаря этому появилась возможность об-
рабатывать тонкостенные детали с большими перепа-
дами сечения стенки.
Особенно успешно применяются алмазные хонинго-
вальные бруски при обработке точных отверстий ма-
лого диаметра (до 10 мм), когда отклонения отверстий
по диаметру находятся в пределах 3—5 мк, по непрямо-
линейности — в пределах 1 мк и по конусности — не бо-
лее 3 мк. Это достигается благодаря высокой механиче-
ской прочности брусков.
Алмазные хонинговальные бруски (рис. 1), изготов-
ляемые методом порошковой металлургии, состоят из
металлокерамического основания и алмазоносного слоя.
Процесс изготовления брусков состоит в следующем.
В пресс-форму засыпается смесь порошков (в % по
весу): меди 82—85, олова 10—15 и свинца 3—5. Из этой
27
Алмазные головки
Таблица 14
Наименование головки Форма сечения Обозначе- ние Основные размеры
Сводчатая АГСв ft. & II II 11 II 1II СО >—1 у1 О'1 о у* 00 .-е й g S
Полушаровая Н 1 L АГПш £ ..22 + S -1- •!•00 2 II 00 оо П II II II ’З Q
Цилиндриче-
ская
. - —
|н| L
АГЦ
D = 3-5-16;
L = 40-5-50;
И = 5 4- 12;
d = 2-5-8
Цилиндриче-
ская
А
_
L
н*
А ГЦ
D = 0,8-5-16;
L = 30-н50;
И ~ 3-5-12;
d = 34-8
Обратно-кони-
ческая
А ГО
£> = 4 4-10;
L = 40;
Н = 2 4-3,5;
d = 3;
а = 60°
Продолжение табл. 14
Наименование
головки
ФсГрма сечения
Обозначе-
ние
Основные размеры
Угловая
А1ГУ
D = 2 н- 22;
L ЗОн-50;
Н = Юн-22;
d = 3 8;
? = 90 н-120°
Тз1
Сводчатая
А2ГСв
D = 4ч-16;
L = 40 ч-50;
Н = 6 ч- 25;
R = 8ч-28;
г = 1 ч- 4;
йч-Зч-8
Шаровая
АГШ
D = 1 ч-10;
L = 30ч-50;
d = Зч- 6
Полушаровая Н ~ L -тз АГПш Н И « " u W О w •I- -I- -1- -1- СП Си 1 S? <? Я \
смеси прессуется на гидравлическом прессе основание
бруска с выемкой глубиной 0,3—0,4 мм. Затем выемка
заполняется алмазоносным слоем, который состоит из
указанной смеси и алмазного порошка с концентрацией
алмазов 1,67 мг на 1 ммя алмазного слоя. После прес-
сования основание бруска вместе с алмазоносным слоем
спекают в восстановительной среде при температуре
800° С. Затем бруски подвергают механической обработ-
ке, контролю твердости и припаиванию на стальные дер-
жавки.
Для изготовления хонинговальных брусков исполь-
зуются алмазные порошки различной зернистости в за-
висимости от требований к шероховатости поверхности.
Собранные в хонинговальной головке бруски с оди-
наковой твердостью шлифуются абразивным кругом
карбида кремния зеленого и притираются по отверстию
притира абразивной пастой до тех пор, пока площадь
контакта брусков с притиром ие достигнет 60—70%.
В табл. 15 приведены данные, полученные инж.
П. К. Блоковым по измерению шероховатости азотиро-
ванной поверхности в зависимости от зернистости хо-
нинговальных брусков.
Таблица 15
Шероховатость поверхности в зависимости от зернистости
алмазных брусков
Зернистость алмазных брусков Класс шероховатости обработанной поверхности Зернистость алмазных брусков Класс шероховатости обработанной поверхности
А12 V7—V8 А4 V10
А10 V7—V8 АМ40 V10—V11
А8 V8 АМ28 V11
А6 V6—V9 АМ20 V11
А5 \Z9— V10 — —
Наибольшее влияние на точность и шероховатость
обрабатываемой поверхности оказывает концентрация
алмазов в рабочем слое бруска; лучшие результаты до-
стигнуты при концентрации 190—200%.
32
Удельный расход алмазных хонинговальных брусков
составляет 0,05 мг на 1 г снятого чугуна и 0,156 мг на
1 г снятой стали.
Алмазные волоки
Как известно, электротехническая и радиоэлектрон-
ная промышленность нуждается в большом количестве
тончайшей высокоточной проволоки из различных ма-
териалов.
Волочение проволоки диаметром 0,01 + 0,3 мм твер-
досплавными волоками практически невозможно из-за
их недостаточной стойкости. Алмазные волоки, стой-
кость которых в сотни раз выше твердосплавных, по-
зволяют получать проволоку с большей точностью и с
повышенной скоростью волочения (например, для меди
v = 40 м/сек). Стойкость алмазных волок в диапазоне
диаметров проволоки 0,2 0,3 мм составляет 12—
15 тыс. км, в то время как стойкость твердосплавных
всего лишь 40—45 км.
Высокая стойкость алмазных волок значительно сни-
жает обрывы в процессе волочения, обеспечивает высо-
кое качество и точность протягиваемой проволоки.
В зависимости от рода металлов и сплавов, протя-
гиваемых через алмазные волоки, последние разделя-
ются по ГОСТ 6271-60 на следующие четыре типа:
ОМ — для холодного волочения очень мягких метал-
лов и сплавов (алюминий, цинк и др.) с временным со-
противлением от 20 до 50 кг/мм2;
М — для холодного волочения мягких металлов и
сплавов с временным сопротивлением до 50 кг/мм2
(медь, серебро, золото, платина, алюминий, цинк);
П — для холодного волочения полутвердых металлов
и сплавов с временным сопротивлением от 5 до
100 кг/мм2 (никель, фосфорная бронза, константан, ла-
тунь, манганин);
Т—-для холодного волочения твердых металлов и
сплавов с временным сопротивлением более 100 кг/мм2
(сталь, нихром и др.) и для горячего волочения вольф-
рама и молибдена.
Алмазная волока состоит из кристалла, ограненного
по трем плоскостям, с просверленным и отполирован-
ным каналом; закрепляется волока в металлической
оправе.
3 Зак. № 455
33
Для изготовления волок применяются алмазы высо-
кого качества весом 0,12 карата и более в зависимости
от диаметра отверстия.
Канал волоки (рис. 2) состоит из входной части 1,
смазочного конуса 2, рабочего конуса 3, калибрующей
части 4, обратного конуса 5 и выходной части 6.
Волоки различных типов различаются размерами ра-
бочего конуса и калибрующей части (табл. 16).
В зависимости от твердости материала проволоки
угол рабочего конуса изменяется в пределах 8 -> 26°;
чем тверже материал, тем меньше угол.
Высота рабочего конуса и калибрующей зоны изме-
няется в зависимости от диаметра канала и обрабаты-
ваемого материала. Для рабочего конуса отношение вы-
соты к диаметру канала составляет 1 —1,5, а для калиб-
рующей зоны 0,3—0,75. С увеличением твердости и проч-
ности протягиваемого материала увеличивается высота
рабочего конуса.
34
Таблица. 16
Размеры алмазных волок
Тип волоки Высота h калибрующей части, мм Высота рабочего конуса, мм (не менее) Угол при вершине рабочего конуса, 2а, град.
ом 0,30d 1 l,00d 24±2
м 0,50d l,00d 16±2
п 0,75d l,5d 12±2
т 0,7 5d l,5d 10±2
1 d — диаметр калибрующей части волоки.
Номинальный диаметр канала волоки принимается
(согласно ГОСТ 6271-60) равным наименьшему предель-
ному размеру диаметра проволоки с положительным
допуском.
Процесс изготовления алмазных волок состоит из
огранки опорных плоскостей, сверления и шлифования
канала волоки, закрепления алмаза в оправе и полиро-
вания канала.
Огранка плоскостей алмаза осуществляется с по-
мощью вращающихся чугунных дисков, шаржирован-
ных алмазным порошком зернистостью А5 в смеси с
оливковым маслом. Скорость вращения диска 30—
15 м]сек.
Сверление входного отверстия выполняется на спе-
циальной высокочастотной установке.
Шлифование каналов волоки ведется электрохимико-
механическим способом. С этой целью в качестве элек-
тролита используются алмазный порошок и раствор ка-
лиевой селитры.
Закрепление алмаза в оправке производится с по-
мощью припоя.
Полирование канала осуществляется стальной нитью,
шаржированной алмазным порошком зернистостью
АМ10. Алмаз закрепляется в патроне шпинделя, кото-
рый вращается со скоростью 2000 об/мин. Нити сооб-
щается возвратно-поступательное движение со скоро-
3*
35
стью 1500 двойных ходов в минуту. Патрон с закреп-
ленным в нем алмазом совершает колебательное дви-
жение относительно оси нити с углом колебания + 10°.
Алмазные резцы
Алмазные резцы изготовляются в настоящее время
только из естественных технических алмазов шестой и
третьей групп по техническим условиям 4086-52 Мини-
стерства финансов СССР и Министерства цветной ме-
таллургии СССР.
Вес алмазов находится в пределах 0,3—1,5 карата.
Крупные кристаллы весом более 1 карата применяются
для отрезных резцов, более мелкие — для проходных.
Предназначенные для резцов алмазы должны иметь
плотную структуру, на их рабочей части не допуска-
ются наружные и внутренние трещины, раковины и
включения, видимые при десятикратном увеличении.
Также не должно быть внутренних напряжений в кри-
сталле алмаза, определяемых по наличию зон двойного
луча преломления в поляризационном микроскопе.
В зависимости от конфигурации и размеров алмазов
они подвергаются разрезке, шлифованию и креплению
к державке резца по разработанной НИИАлмазом тех-
нологии.
Разрезка крупных кристаллов на две и более части
дает возможность из одного алмаза получить несколько
резцов. Разрезка также позволяет отрезать дефектные
участки алмаза. Перед разрезкой алмаз должен быть
ориентирован в «мягком» направлении рентгеноскопи-
ческим методом.
Разрезают алмазы на специальных станках с по-
мощью бронзовых дисков (95% Си, 4,7% Sn и 0,2% Р)
диаметром 75—90 мм и толщиной 0,05—0,07 мм, причем
алмаз закрепляют с помощью специального клея в двух
латунных державках. Предварительно на алмазе делают
надрез глубиной до 0,3 мм диском толщиной 0,1 —
0,12 мм. Скорость разрезания 6000 об/мин.
В процессе разрезки диски периодически шаржиру-
ются алмазной пастой зернистостью АМ40 следующего
состава: на 1 карат алмазного порошка 10 капель
касторового или оливкового масла и 2 капли нефти.
Производительность резки алмазов составляет 12—
36
мин/мм2. Алмаз весом в 1 карат разрезают за 2 часа.
Шлифование (огранка) алмазного резца осущест-
вляется алмазно-металлическими кругами и чугунными
лисками, шаржированными алмазными порошками, и
производится так же, как и резка в «мягком» направле-
нии. Шлифование резца начинается с образования
передней поверхности, затем гранятся боковые поверх-
ности и вершина рабочей части. Заключительной опе-
рацией является доводка передней поверхности, при
которой снимаются все сколы, выкрашивания и другие
дефекты, образовавшиеся на режущих кромках в про-
цессе огранки алмаза.
При шлифовании передней поверхности направление
обработки должно быть навстречу режущей кромке
(наибольшее допустимое отклонение до 45°), при этом
вращение шлифовального диска направляют на «режу-
щую кромку» во избежание сколов алмаза.
На операциях предварительного шлифования кри-
сталлов алмаза, при которых сошлифовывается наибо-
лее трудно обрабатываемая часть, применяются алмаз-
но-металлические круги типа АЧЦ зернистостью А5 —
А4 100-процентной концентрации. Шероховатость полу-
чаемой поверхности кристаллов соответствует 10—
11-му классам.
На операциях окончательного шлифования и доводки
применяют чугунные диски, шаржированные алмазными
порошками зернистостью АМ40—АМ28 при окончатель-
ном шлифовании и АМ10--АМЗ — при доводке. Мате-
риал диска — серый чугун марки СЧ12-28 или СЧ15-32
ио ГОСТ 1412-54. При доводке достигается 13—14-й
классы шероховатости. Скорость шлифования — 30—
10 м!сек\ усилие прижима алмаза к шлифовальному
чиску—1—3 кг; допустимое торцовое биение рабочей
поверхности шлифовального диска — 0,003—0,005 мм
при его диаметре 250—300 мм.
Крепление обработанного алмаза к державке резца
осуществляется при помощи пайки или механическим
способом. Пайку осуществляют на высокочастотной
установке серебряным припоем ПСр50Кд (ГОСТ
8190-56) при температуре плавления 650° С.
При механическом способе крепления обработанный
алмаз помещают в специальную вставку, устанавливае-
мую в державке резца, и алмаз прижимают планцоц.
37
Алмазные
Номер нормали Наименование резцов
МН 1388-60 Резцы токарные расточные с напаянным алмазом; угол у = 45°
МН 1389-60 Резцы токарные расточные с напаян- ным алмазом; угол установки в бор- штанге 45°
МН1390-60 Резцы токарные проходные с напаян- ным алмазом; угол установки в державке
38
Таблица 17
|И'1Ц|,|
39
Номер нормали | Наименование резцов
МН1391-60 Резцы токарные расточные с механи- ческим креплением алмаза; угол ср — 45е
МН1392-60 1 Резцы токарные расточные с механи- ческим креплением алмаза; угол уста- новки в борштанге 45"
1 МН 1393-60 Резцы токарные проходные с механи- ческим креплением алмаза; угол уста- новки в державке 45°
40
Продолжение табл. 17
Эскиз
Габаритные размеры
Вес алмаза,
карат
” 1 1
L 0,61—0,7
40 50 0,71—0,85
L 46 0,61—0,7
50 0,71—0,85
41
Номер нормали Наименование резцов
МН1394-60 Резцы токарные проходные с механи- ческим креплением алмаза; угол <р = 45°
Вставка изготовляется путем прессования и спекания
смеси порошков меди и олова (80% медного и 20% оло-
вянистого порошка) вместе с алмазом, предварительно
обработанным по передней поверхности.
Вставку после спекания закрепляют в приспособле-
нии и производят шлифование всех рабочих поверхно-
стей алмаза. Затем вставку опиливают по форме гнезда
державки, вставляют в гнездо и закрепляют.
Резцы с впаянными алмазами отличаются простотой
конструкции, малыми габаритами и возможностью
использования кристаллов небольших размеров. Эти
резцы целесообразно применять главным образом при
растачивании отверстий малых диаметров. Недостаток
крепления алмазов пайкой заключается в сложности его
восстановления после переточки.
При механическом креплении алмаз легко извле-
кается из державки резца, перетачивается и вновь за-
крепляется. Однако 2/з кристалла покрывается прижим-
ной планкой, и, следовательно, большая часть его не ис-
пользуется, поэтому резцы с механическим креплением
должны быть увеличенных размеров и требуют приме-
нения более крупных алмазов.
Алмазные резцы различаются по конструкции. Нор-
малями машиностроения и часовой промышленности
предусмотрены различные формы алмазных резцов и
различные типы державок для крепления алмазов.
42
Продолжение табл. 17
Эскиз
Габаритные размеры Вес алмаза, карат
н В L
16 16 125 0,4—0,6
20 20 0,61—0,85
25 16 150 0,4—0,6
В табл. 17 приведены типы и основные размеры
цлмазных токарных резцов, изготовляемых по норма-
niivi машиностроения от МН1388-60 до МН1394-60.
I' роме того, в НИИЧаспроме разработана 21 нормаль
(о,- ОН6-152-63 до ОН6-173-63) «Алмазные резцы
часовые».
В настоящее время алмазные резцы для часовой
промышленности изготовляются по новым нормалям.
В отличие от прежней нормали ОН6-87-60 эти резцы
имеют прямолинейные режущие кромки длиной от 0,2
io 12 мм, углы при вершине от 60 до 180° с радиусом
oi 2 до 12 мм.
При конструировании новых алмазных резцов сле-
дует учитывать прежде всего жесткость крепления
кристалла алмаза в державке.
При выборе геометрии режущей части алмазных рез-
цов необходимо руководствоваться следующим.
I. Передняя и задняя поверхности и режущие
кромки резцов должны быть расположены в более
прочных и износостойких кристаллографических сетках
и направлениях.
Передний угол у алмазных проходных резцов необ-
ходимо выполнять в пределах от 0 до 5°; чем меньше
шердость обрабатываемого материала, тем больше
должно быть значение угла у.
43
Задний угол а следует принимать возможно мень-
шим (4—8°) при обработке твердых материалов и
увеличивать до 10—12° при обработке мягких мате-
риалов.
При расточке отверстий малых диаметров задний
угол необходимо увеличивать.
2. Большое значение для эффективности работы
резца имеет величина главного и вспомогательного
углов в плане.
Увеличение главного угла в плане ср способствует
уменьшению вибраций. Уменьшение угла в плане до 0°
значительно улучшает чистоту поверхности.
3. Упрочнение режущей кромки резца следует до-
стигать за счет уменьшения заднего и переднего углов,
увеличения угла при вершине и радиуса закругления
между режущими кромками и повышения жесткости
системы станок—деталь—инструмент.
Применяемые режимы резания и степень нагрева
инструмента определяют износостойкость инструмента.
Алмаз, обладая высокой температуропроводностью
и низким коэффициентом трения, позволяет вести обра-
ботку с высокой скоростью резания. В настоящее время
скорости резания при работе алмазными резцами дости-
гают 700 mImim и больше, при этом стойкость между
переточками в зависимости от обрабатываемого мате-
риала и режимов резания находится в пределах от 25
до 200 час. Алмазы весом 0,5—0,6 карата допускают
от 6 до 10 переточек.
Учитывая высокую хрупкость алмаза, продольная
подача и глубина резания при точении должны быть
минимальными (s = 0,01—0,1 мм/об и / — 0,01 —
0,3 мм).
Смазочно-охлаждающие жидкости при алмазном
точении. При точении алюминия, меди, алюминиевых и
медных сплавов алмазными резцами наблюдается
образование нароста на передней поверхности резца,
при этом снижается качество обработанной поверх-
ности и работоспособность резцов.
Применение смазочно-охлаждающей жидкости пре-
пятствует образованию нароста и увеличивает стойкость
резцов.
В качестве смазочно-охлаждающей жидкости сле-
дует применять составы, указанные в табл. 18.
44
Таблица 18
Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при алмазном
точении
Обрабатываемый материал Смазочно-охлаждающая жидкость
Алюминий и его сплавы . Бронза, латунь Титан, пластмассы .... Скипидар — 30%, керосин — 70% Вазелиновое масло 5-процентный раствор эмульсола в воде
Алмазный инструмент для правки шлифовальных
кругов
Алмазная правка шлифовальных кругов относится
к числу важнейших областей применения алмазов
в машиностроении.
Качество обработки шлифуемых деталей, стойкость
круга и производительность шлифования в значитель-
ной степени определяются точностью формы шлифо-
вального круга и микрорельефом его поверхностного
слоя, которые зависят от конструкции правящего инстру-
мента, его износостойкости, режимов и приемов правки.
Алмазная правка шлифовальных кругов обладает
существенными преимуществами по сравнению с дру-
гими способами. Благодаря весьма малой поверхности
контакта алмаза со шлифовальным кругом достигаются
минимальные усилия, которые в сочетании с высокой
износостойкостью алмаза создают условия для полу-
чения высокой точности геометрической формы круга,
а отсюда и высокой точности и чистоты поверхности
у шлифуемых деталей.
Широкое применение алмазной правки на 25—50%
повышает коэффициент полезного использования шли-
фовальных кругов.
В промышленности для правки шлифовальных кру-
гов применяются следующие инструменты:
1) алмазно-металлические карандаши;
2) алмазы естественной формы, закрепляемые
г. оправах;
3) ограненные (шлифованные) алмазные инстру-
менты (оезцы, иглы);
45
4) алмазные круги и бруски на металлической
связке.
Алмазно-металлические карандаши. Наибольшее
применение в отечественной промышленности получили
алмазно-металлические карандаши, в которых алмаз-
ные зерна сцементированы специальным сплавом мето-
дом порошковой металлургии. Этот сплав имеет почти
такой же коэффициент теплового расширения, как и
алмаз, и поэтому при изменениях температуры алмазно-
металлического карандаша алмазы не испытывают
давления. Номенклатура алмазно-металлических каран-
дашей и их характеристика определены ГОСТом 607-63.
В зависимости от расположения алмазов карандаши
выпускаются трех типов:
С — с алмазами, расположенными слоями;
Н — с алмазами без точного их расположения
(неориентированные);
Ц — с алмазами, расположенными цепочкой вдоль
оси карандаша.
Карандаши типа С выпускаются двух марок: много-
зернистые с повышенной износостойкостью и количе-
ством алмазных зерен в слое до 12—14 и однослойные
из технических алмазов с 5—7 зернами для автоматиче-
ской правки. Эти карандаши применяются для правки
абразивных кругов при чистовом шлифовании.
Карандаши типа Н изготовляются из алмазов раз-
личного качества, в том числе из дробленых, и приме-
няются для правки только мелкозернистых шлифоваль-
ных кругов на операциях круглого и бесцентрового
шлифования, а также для правки однониточных резьбо-
шлифовальных, тарельчатых и дисковых кругов при
зубошлифовании.
Карандаши типа Ц изготовляются из высококачест-
венных кристаллов алмазов весом от 0,03 до 0,50 карата
и имеют наибольшее применение при правке кругов для
внутреннего и наружного, круглого и бесцентрового
шлифования фасонных поверхностей.
В пределах каждого типа карандаши различаются
по весу отдельных алмазов или по номерам зерни-
стости.
Условное обозначение алмазно-металлических каран-
дашей составляется из марки карандаша и номера
46
Таблица 19
Характеристика алмазно-металлических карандашей
! Тип Марка Вес отдельных кристаллов, в каратах, или размер зерна по ГОСТ 9206-59 Общий вес алмазов, в каратах Количество алмазов в слое
номи- наль- ный допу- скае- мые откло- нения
ц 1 21 3 4 От 0,03 до 0,05 Св. 0,05 „ 0,10 , 0,05 „ 0,10 , 0,10 „ 0,20 0,5 ±0,02 1
5 От 0,20 до 0,50 1.0
6 От 0,31 до 0,50 Фактически
с 1 2 3 0,017—0,025 0,05—0,10 0,05—0,10 1 +0,02 12—14 | 4—5
4 Св. 0,10 до 0,2 2 2—4
5 0,11—0,2 1 5-7
Н 1 2 3 4 5 6 А8 (ГОСТ 9206-59) А12 (ГОСТ 9206-59) А16 (ГОСТ 9206-59) А25 (ГОСТ 9206-59) А40 (ГОСТ 9206-59) А50 (ГОСТ 9206-59) 1 ±0,02 Не регла- ментиро- вано
7 0,0025—0,008
ГОСТ (табл. 19). Например, карандаш типа Н марки 4
обозначается так: Н4ГОСТ607-63.
1 Алмазно-металлические карандаши марки Ц2 изготовляются
из кристаллов алмаза, имеющих удлиненную форму.
47
Алмазы в оправах. Алмазы с естественными гра-
нями, закрепленные в оправах, имеют преимущество
перед алмазными карандашами в том, что изготовля-
ются они из более качественных алмазов, и, следова-
тельно, их износостойкость значительно выше.
Алмазные зерна закрепляются в оправах путем за-
чеканки или пайки.
К недостаткам этого вида инструмента относится
необходимость перепайки, что связано с большими за-
тратами времени.
Для пайки алмазных зерен нашли применение
медноцинковые, серебряные и цинковоалюминиевые
припои.
Ограненные алмазные инструменты применяются
для правки кругов сложного профиля. Изготовляются
они в виде резцов с различным профилем алмаза.
Стоимость ограненных резцов значительно выше
стоимости алмазов в оправах, так как кристалл алмаза
ограненных резцов необходимо шлифовать. Однако вы-
сокая производительность правки кругов, повышение
точности и качества выпускаемых деталей, достигаемые
при применении алмазных резцов, полностью оправды-
вают расходы на правящий инструмент.
В настоящее время разработана конструкция алмаз-
ного инструмента для правки абразивных червяков на
зубошлифовальных станках модели 5А830. Разработана
также конструкция алмазного правящего инструмента,
что позволяет повысить производительность шлифова-
ния резьбы в 3—4 раза, достигнуть высокой точности
резьбы и автоматизировать процесс правки многониточ-
ных шлифовальных кругов.
Рекомендации по выбору, алмазного инструмента
для правки кругов приведены в табл. 20.
Режим правки влияет на износостойкость алмазного
инструмента и качество шлифования. Как показали ис-
следования, при правке алмазно-металлическим каран-
дашом марки Ц шлифовального круга ПВД
600 X 63 X 305 ЭБ4ОСТ1К при поперечной подаче
0,02 -ь- 0,06 мм/дв. ход, продольной подаче 0,3
1,0 м/мин и скорости шлифовального круга 35 м/сек
с увеличением продольной подачи от 0,3 до 1,0 м!мин
тангенциальная составляющая усилия резания возра-
стает в 2,7 раза, а износ алмаза — в 2,3 раза. Поэтому
48
Таблица 20
Выбор инструмента для правки кругов
в зависимости от вида фасонного шлифования
Вид шлифования Правящий инструмент
Фасонное шлифование вре- занием изделий сложных конту- ров Алмазы в оправах; огранен- ные алмазы
Фасонное шлифование вреза- нием изделий конической и сфе- рической форм Алмазы в оправах; алмазно- металлические карандаши ннм
Зубошлпфование методом об- катки тарельчатыми кругами Алмазы в оправах; алмазно- металлические карандаши ЦМ, цнм
Зубошлпфование методом об- катки дисковыми кругами (без осевой подачи) Алмазы в оправах
Зубошлифовапие методом ко- пирования профильными кру- гами Алмазы в оправах; алмазно- металлические карандаши ЦМ; ограненные алмазы
Зубошлифовапие методом об- катки абразивными червяками Ограненные алмазы
Резьбошлифование многони- точными кругами Ограненные алмазы
увеличение продольной подачи алмазно-металлических
карандашей выше 0,5 м/мин недопустимо в связи с боль-
шим износом алмаза.
На виутришлифовальных станках можно работать
с большими продольными подачами, но не выше
2 м/мин.
Для алмазов в оправе величины продольных подач
должны быть меньше, чем для карандашей, а для огра-
ненных алмазов — еще меньше. При правке алмазными
резцами многорасточных резьбошлифовальных кругов
продольная подача резца должна быть не более
0,5 mImiih.
Поперечная подача алмазного инструмента влияет
на его износ в меньшей степени, чем продольная. Уве-
личение поперечной подачи увеличивает износ алмаза
на 75%.
4 Зак. № 455
49
Автоматизация правки шлифовальных кругов имеет
важное значение при комплексной автоматизации про-
цессов шлифования и способствует повышению произво-
дительности при обработке деталей, а также уменьше-
нию расхода алмазного и абразивного инструментов.
Организация алмазного хозяйства машиностроительного
завода
Алмазный инструмент на предприятиях Ленинград-
ского совнархоза применяется еще недостаточно широко.
Вместе с тем опыт передовых предприятий подтвер-
ждает высокую экономическую эффективность внедре-
ния алмазного инструмента.
Однако следует иметь в виду, что алмазный инстру-
мент приносит высокую эффективность только при осу-
ществлении комплекса организационно-технических ме-
роприятий. 1 Важнейшими из них являются следующие:
1. Организация на заводе бюро алмазного хозяйства
или назначение ответственного исполнителя по исполь-
зованию алмазного инструмента.
Штаты бюро зависят не от масштабов производства,
а от количества и номенклатуры потребляемого алмаз-
ного инструмента. В обязанности бюро или ответствен-
ного исполнителя входят: а) подготовка заявок на осно-
вании расчетов и нормативов и обеспечение без пере-
боев всеми видами алмазного инструмента; б) наблю-
дение за рациональным расходом алмазного инструмен-
та на участках и соблюдением правильных режимов
эксплуатации; в) внедрение новых технологических про-
цессов с применением алмазного инструмента; г) пра-
вильный подбор алмазного инструмента в соответствии
с требованиями к обработке деталей и возможностями
оборудования; д) своевременный ремонт (восстановле-
ние) алмазного инструмента; е) обеспечение хранения
алмазного инструмента на участках и сбор отходов.
2. Внесение изменений в чертежах, вызванных вне-
дрением алмазного инструмента. Например, алмазная
заточка и доводка твердосплавного инструмента должны
1 НИИАлмаз разработал в 1963 г. руководящий материал по
организации алмазного хозяйства па машиностроительном заводе.
50
быть выполнены так, чтобы алмазный круг в процессе
заточки и доводки не мог коснуться стальной державки
или следов припоя, так как такое касание приводит
к быстрому засаливанию круга. Чтобы обеспечить это
условие, при заточке резца необходимо в чертеже уве-
личить на 3—5° углы в плане. Так, например, у развер-
ток предусматривается дополнительный угол 45° на
участке заборного конуса, сближение корпуса за пла-
стиной твердого сплава и обратный конус с углом 8°
на выходе зуба. Чтобы обеспечить острую режущую
кромку, желательно доводить алмазным кругом зубья
и по передней поверхности.
Необходимость алмазной заточки оговаривается
в технических требованиях чертежа. Все изменения
должны быть предусмотрены в технологическом про-
цессе и контролироваться ОТК. Если конструкцией
инструмента нельзя ликвидировать касание алмазным
кругом державки, то в технологическом процессе необ-
ходимо предусмотреть дополнительную операцию обра-
ботки инструмента абразивным кругом по всем местам,
где возможно касание державки или следов припоя
с алмазным кругом.
Державка стачивается абразивным кругом под пла-
стиной твердого сплава с минимальным касанием
самой пластинки.
3. Модернизация шлифовально-заточного оборудо-
вания с целью повышения его точности и виброустойчи-
вости.
4. Организация централизованной переточки инстру-
мента.
5. Обучение рабочих — шлифовальщиков и заточни-
ков, работающих с алмазным инструментом.
ЛИТЕРАТУРА
Василевский В. В. Алмазные отрезные круги для резки неме-
таллических материалов. Машгиз, 1962.
Веднеев Н. П., Ку шляп Р. Я- Типовые конструкции и совре-
менные методы изготовления твердосплавных штампов.
ЛДНТП, 1963.
Коршунов Б. С. Алмазная заточка и доводка твердосплавного
инструмента. «Технология машиностроения», 1960, № 3.
Коршунов Б. С. Пасты для доводки втулок плунжеров топлив-
ных насосов. «Автомобильная промышленность», 1959, № 11.
4*
51
Кошу ров Б. В., Павлючук А. И. и др. Применение алмаз-
ного инструмента в машиностроении. ЛДНТП, 1963.
Кулагина В. И. и др. Новые пасты для механической полиров-
ки металлов. «Медицинская промышленность СССР», 1959, № 9.
Несмелой Л. Ф., Авдонина Н. А. Алмазные инструменты в
машиностроении. Машгиз, 1959.
Пер А. Г. Алмазная и тонкая обработка в приборостроении. Обо-
ронгиз, 1963.
Петросян Л. К. Алмазные инструменты. Машгиз, 1962.
Сторчак Е. А. Алмазные круги па органической связке и их
применение. «Станки и инструменты», 1960, № 7.
Федотов А. И. Требования к оборудованию, используемому при
алмазной обработке. ЛДНТП, 1962.
Э. И. Белицкая
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ АЛМАЗНЫХ
ИНСТРУМЕНТОВ
Центральная научно-исследовательская лаборатория
камней-самоцветов Ленсовнархоза с 1955 г. проводит
экспериментальные работы по созданию специальных
алмазных инструментов на металлической связке для
механической обработки различных твердых материа-
лов (минералов, горных пород, стекла, керамики, полу-
проводников, ферритов, твердых сплавов и др.). Иссле-
довательские работы проводятся в творческом содру-
жестве с предприятиями Ленсовнархоза, научно-иссле-
довательскими институтами и лабораториями.
Алмазные, инструменты в настоящее время в основ-
ном изготовляются тремя методами: 1) шаржированием;
2) гальваническим; 3) порошковой металлургией.
Метод шаржирования заключается в закреплении
зерен алмаза в металлической основе (корпусе) механи-
ческим путем (запеканкой или завальцовкой). Этот
метод нерационален, так как не обеспечивает надеж-
ного закрепления зерен в инструменте.
Гальванический метод в основном применяется для
изготовления малогабаритного инструмента (надфили,
притиры, зубоврачебный инструмент).
Первый и второй методы изготовления алмазного
инструмента применяются в том случае, когда нельзя
применить метод порошковой металлургии, который
является самым прогрессивным, так как дает возмож-
ность надежно закрепить зерна алмаза и тем самым
обеспечить высокую стойкость инструмента и резко
53
повысить коэффициент полезного использования алмаза.
Этим методом изготовляются алмазные круги, шлифо-
вальники, трубчатые сверла и др.
В настоящее время ЦНИЛКС Ленсовнархоза создал
16 типов специальных алмазных инструментов (рис. 1),
часть которых внедрена в промышленность, а некоторые
из них находятся на испытании в институтах и на за-
водах.
Рис. 1. Специальные алмазные инструменты.
При изготовлении алмазного инструмента методом
порошковой металлургии металлические или органиче-
ские порошки тщательно перемешиваются с классифи-
цированным алмазным порошком в определенных про-
порциях, спрессовываются и затем спекаются. Геомет-
рическая форма инструмента определяется конструк-
цией пресс-формы, предназначенной для конкретного
инструмента.
ЦНИЛКС Ленсовнархоза изготовляет алмазные
инструменты на металлической связке, основными ком-
54
понентами которой являются порошки меди, свинца,
олова, вольфрама и кобальта.
Основные операции изготовления алмазного инстру-
мента методом порошковой металлургии следующие.
Прессование порошков имеет целью получение бри-
кета с размерами и формой, необходимыми для получе-
ния готовых инструментов с учетом деформаций на по-
следующих операциях. Кроме того, прессование брике-
тов обеспечивает наибольшую их плотность (уменьше-
ние пор внутри прессуемого порошка), что создает луч-
шие условия для дальнейшего процесса изготовления
инструмента — спекания.
На давление прессования большое влияние оказы-
вают физические характеристики порошков. Наличие
примесей, особенно окислов, значительно повышает не-
обходимую величину давления.
При наличии алмаза в шихте за максимально воз-
можные давления прессования следует принимать те,
которые хрупкий алмаз выдерживает не разрушаясь.
Для алмаза критические давления разрушения зави-
сят от его зернистости. Чем меньше величина зерна
алмаза, тем больше могут быть критические давле-
ния.
Для мелкого алмазного зерна (А5, АЗ и др.) удель-
ное давление прессования может достигать 100 кг!мм2.
Плавность прессования и отсутствие рывков дает
возможность алмазу выдерживать значительно большие
давления не разрушаясь.
Важное значение имеют выдержка под прессом
в течение 2—3 мин. при рабочем давлении и последую-
щее постепенное снятие давления. Этим уничтожается
обратное действие упругих сил, вызывающих расслое-
ние прессовки.
Спекание брикета производится при температуре не-
сколько ниже точки плавления основного компонента.
Спекание повышает механическую прочность алмазного
инструмента.
При спекании происходят следующие основные про-
цессы :
1) повышение подвижности атомов в связи с ростом
температуры;
2) увеличение прочности контактной поверхности
частиц;
55
3) амортизация остаточных напряжений, сосредото-
ченных в местах контакта частиц; после спекания кон-
тактная поверхность становится ненапряженной;
4) рекристаллизация частиц шихты за счет роста
зерен через контактные участки;
5) изменение всей поверхности частиц;
6) качественные изменения контакта.
Таким образом, все явления, наблюдающиеся при
спекании порошков, косвенно связаны с количествен-
ными и качественными изменениями контакта между
частицами.
Связность брикетов в основном обусловлена меха-
ническим сцеплением частиц порошка. У спеченного
материала связность обеспечивается сцеплением под
действием сил электростатического взаимодействия
атомов.
Оптимальная температура спекания находится в пре-
делах 2/3—3/< от температуры плавления компонентов
связки. Для крупнозернистых порошков температура
повышается и достигает почти температуры плавления;
для высокодисперсных порошков она может опускаться
почти до половины температуры плавления.
Превышение температуры спекания ведет к значи-
тельному зональному обособлению усадки шихты и
к неупорядоченно сосредоточенному изменению частиц,
что в свою очередь может вызвать коробление и
растрескивание брикета.
При изготовлении алмазного инструмента чаще
всего мы имеем дело с двухкомпонентной системой (на-
пример, медь—олово), где спекание идет до образова-
ния жидкой фазы, так как температура спекания нахо-
дится выше температуры плавления олова (232°С).
Плавясь, олово играет роль жидкой фазы, диффузия
идет через нее, и наиболее активные атомы, переходя
в жидкую фазу, растворяются в ней до насыщения.
В насыщенном растворе устанавливается динамическое
равновесие между растворяющимися и выделяющимися
из раствора атомами. Наиболее подвижные атомы
растворяются, а наименее подвижные оседают в местах
контакта. Однако через некоторое время жидкая фаза
(олово + растворенная медь) диффундирует в основной
компонент (медь) с образованием однородного твердого
раствора. С дальнейшим повышением температуры (до
56
798° С) начинается вновь выделение жидкой фазы
в виде легкоплавкой эвтектики, благодаря чему про-
исходит в основном рост контактной поверхности.
Следовательно, для очень дисперсных медных порош-
ков с оловом температура спекания может быть в пре-
делах 750—780° С.
Чаще всего для изготовления алмазных инструмен-
тов применяют медные порошки крупностью 40—50 мк.
Для таких порошков температуру следовало бы держать
в пределах 850—900° С, но только в том случае, если
спекание происходит в защитной среде, в противном
случае при температуре 800° С и выше начинается гра-
фитизация алмаза. Спекание алмазного инструмента на
бронзовой связке в защитной среде проводится при
температуре 780° С.
Спекание алмазного инструмента па твердосплавной
связке вообще невозможно без защитной среды, так
как температура спекания не может быть менее 1100°С.
Только при такой температуре обеспечивается необхо-
димая механическая прочность инструмента.
Значение защитной среды при спекании совершенно
очевидно, так как кислород воздуха энергично окисляет
поверхность даже монолитных металлов, а окисление
изделий из спрессованного порошка чрезвычайно воз-
растает из-за сильно развитой поверхности в порах.
Следовательно, главным назначением защитной среды
является предотвращение проникновения вредных газов
в изделия.
Защитная среда должна быть инертной или восста-
новительной. Спекание в нейтральной среде имеет
смысл применять только в том случае, когда на поверх-
ности изделий ранее не образовывались окислы. В этом
случае такой средой может быть азот. Если же спекае-
мый брикет уже окислен, даже частично, то азот недо-
статочен и нужно применять восстановительную среду,
чтобы устранить пленки окислов с частиц порошка и
этим увеличить силы, связывающие их во время спе-
кания.
Наиболее эффективным газом, широко применяемым
в порошковой металлургии, считается водород. Однако
он является довольно дорогой защитной средой и,
кроме того, требует особых мер по предотвращению
возможного взрыва. Наиболее экономичной и доста-
57
точно подходящей защитной средой при спекании
алмазного инструмента является диссоциированный
аммиак, состоящий из 75% водорода и 25% азота.
Время выдержки. Получить качественное спекание,
т. е. получить качественный инструмент, нельзя, если
не дать возможности совершиться всем необходимым
изменениям шихты по времени, так как диффузия про-
текает медленно, особенно в олове и меди.
О протекании процесса спекания во времени судят
по объемной усадке, которая является результатом
взаимодействия сжимающих и растягивающих сил.
Усадка прекращается, когда все активные атомы
расходуются.
Сжатие вызывается действием межатомных сил,
а также заполнением пор при термическом расширении
частиц. Растяжение вызывается амортизацией остаточ-
ных напряжений прессования. Если силы растяжения
превзойдут силы сжатия, то излишняя выдержка при-
ведет к растрескиванию и короблению брикета. Проч-
ность изделия быстро достигает максимума, пластич-
ность же растет значительно медленнее.
Наилучшие результаты получены при длительной
выдержке (1,5—2 часа), но не следует забывать, что
чем больше выдержка, тем больше окисление. В восста-
новительной или защитной среде следует давать вы-
держку 1—1,5 часа при 800°С; при спекании в обычной
среде выдержка должна составлять 30—40 мин. при
температуре 780° С.
Чем выше температура спекания, тем меньше может
быть выдержка. Практически выдержка при спекании
алмазного инструмента определяется в зависимости от
размера и формы изделия, от состава шихты, защитной
среды и конструкции печи.
При изготовлении инструментов применялась вы-
держка при спекании от 10 до 60 мин. без защитной
среды и 50—120 мин. — в водородной среде.
Горячее прессование (допрессовка). Не менее важ-
ной операцией при изготовлении алмазного инструмента
является горячее прессование или горячая допрессовка.
Эта операция повышает плотность, твердость и проч-
ность инструмента.
Горячая допрессовка обеспечивает увеличение кон-
такта как за счет деформации внешними силами, так
58
и за счет собственной температурной подвижности ато-
мов. И в данном случае большое значение имеет время
выдержки под прессом. Достаточная выдержка ведет
к более полному протеканию всех процессов смещения
и диффузии. Важную роль играет плавность горячего
прессования. Чем плавнее ведется прессование, тем
выше достигается (при том же давлении) прочность.
Для безалмазного материала давление допрессовки
должно быть как можно выше, при этом нагрев практи-
чески очень незначительно увеличивает хрупкость алма-
за и лишь в той степени, в какой это связано с его
окислением.
Разрушение алмаза при горячем прессовании
в основном объясняется резким подъемом давления.
Поэтому величина удельных давлений допрессовки
должна лишь немного уступать удельным давлениям
холодного прессования. Рабочая температура при горя-
чей допрессовке должна быть порядка 680—720° С
с выдержкой под прессом до температуры 400—500° С
для снятия упругих сил.
Изготовление шлифовальников
Особый интерес представляют изображенные на
рис. 2 шлифовальники малых диаметров (1,8—6 мм)
для шлифования отверстий в твердых сплавах, сталях
и ферритах.
До последнего времени считалось невозможным про-
изводство алмазного инструмента диаметром менее
6 мм методом порошковой металлургии. За рубежом
подобный инструмент изготовляется в основном гальва-
ническим методом. Но такой инструмент недолговечен,
изнашивается неравномерно и малопроизводителен.
В содружестве с заводом станков-автоматов после
ряда неудач методом порошковой металлургии были изго-
товлены и внедрены в производство шлифовальники
диаметром 1,8—6 мм.
Пресс-форма (рис. 3) для изготовления шлифоваль-
ников состоит из стального кольца 1 и двух вклады-
шей 2. Внутренняя поверхность кольца представляет
собой усеченный конус, а вкладыши — половинки
кольца е цилиндрической внутренней поверхностью и
конусной наружной. В цилиндре, образуемом вклады-
59
шами, помещается оправка 5 будущего инструмента и
пуансон 4. Такая конструкция обеспечивает легкую
распрессовку пресс-
формы.
Большое значение
имеет угол конусности
внутренней поверхно-
сти кольца и вклады-
шей. Испытания пока-
зали, что самым удач-
ным является угол в
пределах 4—6°; боль-
шие углы конусности
не обеспечивают до-
статочно плотной по-
садки при прессова-
нии, вкладыши расхо-
Рис. 2. Алмазные шлифовальники. дятся и инструмент
получает конусность.
При меньших углах оправка инструмента заклинивается
в пресс-форме.
Рис. 3. Пресс-форма для изготовления
алмазных шлифовальников.
Для обеспечения достаточной плотности брикета и
прочности соединения алмазоносного кольца с металли-
60
•некой оправкой производится не одно холодное прессо-
вание всей алмазоносной шихты, а последовательное
прессование ее мелких порций (2—4 подпрессовки).
'1,ля этого в пресс-форме предусмотрено два пуансона:
одни с отверстием <3, в которое свободно входит метал-
лическая оправка 5 инструмента, чем обеспечивается
прессование нижнего слоя алмазоносной шихты; второй
пуансон 6 уплотняет верхний слой. Алмазоносная шихта
напрессовывается на металлическую оправку, диаметр
которой равен диаметру алмазоносного кольца.
Один конец оправки протачивается до диаметра
I 5 мм (в зависимости от диаметра инструмента) и
i набжается насечками или кольцевыми канавками для
увеличения поверхности сцепления с алмазоносной
шихтой.
По данным заводов, внедривших шлифовальники,
производительность труда при обработке ферритовых
чашек увеличилась в 10 раз. Обрабатываемая поверх-
ность имеет 8—9-й классы чистоты, что вполне удовле-
1воряет техническим требованиям. Стойкость алмазных
шлифовальщиков при обработке ферритовых чашек
'[.остаточно велика. Один шлифовальник, содержащий
0,5 карата алмаза, обрабатывает 80000 деталей.
На ленинградском заводе станков-автоматов успеш-
но внедрены алмазные шлифовальники для шлифования
отверстий в люнетах. По данным завода, производи-
гелыюсть труда в этом случае повысилась в 3 раза по
сравнению с доводкой карбидом бора, точность и чисто-
ia поверхности — на 1—2 класса.
Изготовление сверл
ЦНИЛКСом разработаны и изготовлены опытные
партии алмазных трубчатых сверл диаметром от 4 до
9(5 мм для сверления минералов, горных пород, стекла,
полупроводников и керамики.
Создание алмазных трубчатых сверл было связано
со многими трудностями. Основной трудностью было
получение прочных тонких стенок рабочей части сверла.
С одной стороны, для производительного сверления не-
обходимо применять крупные зерна абразива (порядка
А25), но в то же время крупные зерна требуют доста-
точной толщины стенки сверла.
61
И все же толщина стенок сверла, как показали
исследования, должна быть минимальной. Она ограни-
чивается техническими возможностями изготовления и
необходимостью обеспечить достаточную стойкость
рабочей кромки инструмента против неизбежных вибра-
ций.
После длительных работ по изготовлению опытных
образцов инструмента и испытания их в производствен-
ных условиях была установлена рациональная кон-
струкция кромки сверла в виде пустотелого металличе-
ского цилиндра с алмазным кольцом на одном конце
Рис. 4. Трубчатые алмазные сверла.
с толщиною стенки 0,8—2 мм и с канавками для ввода
охлаждающей жидкости и выноса шлама. Разработана
также конструкция оправки сверла и крепления инстру-
мента на шпиндель станка. Особенно удачны оказались
конструкция сверла и технология его изготовления,
разработанные инженером лаборатории Ф. Зубжицким
(рис. 4). Технология эта состоит из двух основных
этапов:
1) изготовление инструмента методом порошковой
металлургии;
2) механическая обработка инструмента (расточка
внутренней части сверла и посадочного места).
В связи с тем что практически нужны сверла раз
личных диаметров, иногда с разницей в размере до
0,5 мм (особенно для сверления кварца и полупровод-
никовых материалов), а изготовление пресс-форм яв-
ляется достаточно трудоемкой и дорогостоящей опера-
цией, все сверла по своим размерам были разбиты на
62
четыре группы: 1) сверла диаметром от 4 до 15 мм-,
'?) от 16 до 30 мм; 3) от 31 до 50 мм; 4) от 51 до 80 мм.
В соответствии с группами были изготовлены четыре
пресс-формы, каждая из которых предназначалась для
одной группы сверл.
Конструкция пресс-формы предусматривает кольцо /
и разъемный конусный вкладыш 2 (рис. 5), где раз-
мер Pi соответствует наибольшему диаметру данной
Рис, 5. Пресс-форма для изготовления
алмазных сверл.
группы сверл. Сменные вкладыши 4 имеют отверстие,
которое соответствует диаметру сверла 5. Для каждого
размера сверла заменяются только сменный вкладыш и
пуансон 3, а все остальные детали пресс-формы сохра-
няются постоянными. Сменные вкладыши изготовляются
по посадочному месту без отверстий под инструмент и
устанавливаются в основной конусный вкладыш. Отвер-
стие в каждом конкретном случае растачивается в сборе.
63
Этим самым обеспечивается строгая соосность основ-
ного 2 и сменных вкладышей 4.
В технологическом процессе изготовления алмазных
трубчатых сверл предусмотрено двойное прессование,
для чего пресс-форма имеет два пуансона. Первый пуан-
сон 3 уплотняет нижний (прилегающий к основе инстру-
мента) алмазоносный слой, а второй пуансон 6 служит
для получения канавок в рабочей ча-
Рис. 6. Конусная
оправка для креп-
ления алмазного
сти сверла и уплотнения верхнего ал-
мазоносного слоя.
Механическая обработка сверл
включает в себя расточку отверстия
для получения полого цилиндра и из-
готовление оправки для крепления
сверла на шпинделе станка.
Крепление сверл к оправкам осу-
ществляется конусным или резьбовым
соединением. Более удачным является
конусное соединение сверла с оправ-
кой. В этом случае хвостовик алмаз-
ного сверла имеет внутренний конус,
соответствуюший наружному конусу
оправки, или наоборот. Оправка
(рис. 6) в свою очередь имеет на про-
тивоположном конце конус Морзе
№ 2 или 3, в зависимости от конуса
шпинделя сверлильного станка. При
таком соединении одна оправка мо-
сверла. жет служить для сверл различных
диаметров. Другой метод предусмат-
ривает резьбовое соединение алмазоносной коронки /
с металлической оправкой 2, на противоположном кон-
це которой имеется также конус Морзе (рис. 7).
Алмазные трубчатые сверла, разработанные
ЦНИЛКСом, имеют следующие характеристики: диа-
метр— 4—96 мм, толщина стенки — 0,8—2 мм; зерни-
стость — А12—А25.
Концентрация алмазов 50—75%, а для синтетиче-
ских алмазов— 100—125%.
Важным условием успешного внедрения алмазных
трубчатых сверл являются режим обработки и условия
их эксплуатации. На производительность и стойкость
инструмента оказывает влияние охлаждение алмазной
64
кромки сверла. Но наиболее эффективной системой
охлаждения является внутришпиндельная подача
/кидкости непосредственно во внутреннюю полость
сверла через шпиндель или водоприемник.
Рис. 7. Крепление сверла на резьбовую оправку.
Давление жидкости должно составлять 3—5 атм,
н зависимости от обрабатываемого материала, диаметра
сверла и мощности станка. При сверлении материалов,
обладающих высокой абразивностью (стекло, кварце-
вые материалы), давление жидкости должно быть
максимально возможным для того, чтобы защитить
алмазную кромку (вернее связку) от абразивного воз-
действия обрабатываемого материала.
Охлаждающая жидкость под воздействием центро-
бежных сил устремляется под давлением от центра
сверла к его периферии, охлаждая алмазоносную
кромку. Одновременно струя жидкости удаляет из зоны
сверления обработанный шлам.
В результате проведенных в ЦНИЛКСе работ разра-
ботан проект опытной конструкции сверлильного станка
(модель ЛСТ-1), техническая характеристика которого
следующая:
Наибольший диаметр пустотелого алмаз-
ного сверла, мм . •................ 60
Наибольшая глубина сверления, мм . . 150
Скорость вращения шпинделя, об/мин . 2800—5600
Система регулирования скорости вра-
щения шпинделя...................... Бесступенчатая
Величина автоматической рабочей пода-
чи шпинделя, mmImuh ........ 40—400
о Зак. № 455
65
Система регулирования скорости авто-
матической рабочей подачи шпинделя
Скорость автоматического возврата
шпинделя, м/мин....................
Продольное перемещение стола верхне-
го суппорта, мм....................
Поперечное перемещение нижнего суп-
порта, мм..........................
Бесступенчатая
До 2
400
300
Система подачи жидкости в зону резания Внутришпиидельная
В настоящее время трубчатые алмазные сверла вне-
дрены в технологические процессы изготовления пьезо-
кварцевых пластин, полупроводников и для сверления
горных пород. Партия сверл (30 шт.) находится на
производственных испытаниях на заводах г. Сверд-
ловска, где они используются при обработке деталей
на модернизированных сверлильных станках.
Изготовление отрезных дисков
Для получения различных пазов и щелей применя-
ются тонкие алмазные отрезные (прорезные) диски диа-
метром 25 мм и толщиной 0,1—0,15 мм.
Рис. 8. Пресс-форма для прессования брикетов.
Отрезные диски малых диаметров изготовляются на
бронзовой основе (корпусе) для обеспечения более проч-
66
него соединения алмазной шихты с корпусом диска
(при спекании и прессовании).
Технологический процесс изготовления отрезных
дисков складывается из двух этапов:
1) прессование брикетов из порошков (перемеши-
вание алмазоносной шихты, засыпка в пресс-форму и
холодное прессование);
Рис. 9. Пресс-форма для спекания брикетов.
2) спекание брикетов (спекание, горячее прессова-
ние, разъем пресс-формы и извлечение готового инстру-
мента) .
Для прессования брикетов применяется одноместная
пресс-форма (рис. 8). Контейнер 1, пуансон 3, матри-
цы 2 и 5 и вставка 4 пресс-формы изготовляются из ста-
ли ЗХ2В8. Рабочие поверхности матриц и пуансона
хромируются и полируются до V 11 V 12 классов чи-
стоты поверхности.
Пресс-форма для спекания брикетов (рис. 9) имеет
разъемный контейнер 1 с наружным конусом 4—5° и
<• цилиндрическим отверстием соответственно диаметру
изготовляемых кругов (дисков). Разъемный контейнер
обеспечивает получение качественной поверхности тон-
костенного инструмента. Он устанавливается в металли-
ческое кольцо 2 с коническим отверстием, чем дости-
г>*
67
гаются надежный зажим контейнера и легкая распрес-
совка его.
Пресс-форма рассчитана на одновременное спекание
шести дисков. Для этого пресс-форма имеет пять про-
кладок 3, между которыми укладывается шесть брике-
тов будущих инструментов, полученных в пресс-форме,
приведенной на рис. 8.
Матрицы 4 и брикеты с прокладками 3 устанавли-
ваются в разъемный контейнер 1 и затем зажимаются
наружным кольцом 2.
ЛИТЕРАТУРА
Белицкая Э. И., Свиридов А. П. Алмазный инструмент, из-
готовленный методом спекания. ЛДНТП, 1959.
Джордж де Г р о а т. Производство изделий из металлического по-
рошка. Машгиз, М., 1960.
Неем ел о в А. Ф., Авдонина Н. А. Алмазные инструменты
в машиностроении. Машгиз, 1959.
Цукерман С. А. Порошковая металлургия. Изд. АН СССР,
1958.
Шафра невский И. И. Алмазы. Изд-во «Наука», 1964.
А. И. Федотов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНЫХ РЕЗЦОВ
ДЛЯ ДЕЛИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
При автоматической обработке деталей для получе-
ния большой точности геометрических размеров и вы-
сокого класса чистоты поверхностей необходимо иметь
такой режущий инструмент, который обладал бы высо-
кой размерной стойкостью. Этим требованиям удовле-
творяет алмазный режущий инструмент.
Алмазные инструменты из кристаллов алмаза ис-
пользуются в металлообрабатывающей промышленно-
сти для тонкого точения и растачивания, фрезерования,
гравирования, волочения и резки стекла; в оптико-ме-
ханической промышленности — для деления шкал, се-
ток, лимбов, дифракционных решеток и т. д.
Разнообразие алмазного инструмента по величине,
геометрической форме, точности изготовления и чисто-
те поверхностей и т. д. требует в каждом отдельном
случае специальных станков для обработки алмазных
кристаллов и приборов для их контроля.
При изготовлении алмазного инструмента приходит-
ся решать целый комплекс разнообразных вопросов, по-
чти не освещенных в литературе, таких, как: отбор
кристаллов алмаза; выбор геометрической формы
алмазного резца; проектирование оборудования, пред-
назначенного для заточки; разработка технологии изго-
товления алмазных инструментов; выбор материала
планшайбы и размера алмазной пудры для ее шаржи-
рования и т. д.
69
Свойства алмазов
Алмаз представляет собой одну из модификаций уг-
лерода кристаллического строения. В алмазе каждый
атом углерода соединен одинаковыми силами с четырь-
мя соседними симметрично расположенными атомами.
Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии и отно-
сится к тетраэдрическому виду симметрии с расстоя-
нием между атомами 1,54А. Атомы углерода в струк-
туре алмаза образуют ковалентные связи, характери-
зующиеся тесным сближением между атомами и высо-
кой электронной плотностью с явно выраженной напра-
вленностью.
Благодаря ковалентным связям между атомами и
большим сопротивлениям деформации тетраэдрических
валентных углов алмаз обладает высокой твердостью,
намного превышающей твердость других материалов,
используемых для изготовления инструмента. Твердость
граней алмаза неодинакова; наибольшую твердость
имеют грани октаэдра.
Основные физико-механические свойства алмаза
представлены в табл. 1.
Цвет алмаза зависит от вида и количества включе-
ний, находящихся внутри кристалла. Наиболее часто
встречаемые включения состоят из графита, рутила,
ильменита и т. д. При сжигании алмаза получается
зола, в состав которой входят кремний, кальций, алю-
миний, магний и другие металлы. Оптически алмаз изо-
тропен с показателем преломления 2,42.
Алмаз обладает малым линейным коэффициентом
расширения, равным 0,00000132, и коэффициентом
объемного расширения, равным 0,0000039. Это важное
свойство алмаза позволяет использовать его в качестве
инструмента.
При нагревании до 700° С наружные части кристал-
ла алмаза постепенно превращаются в графит или
аморфный углерод. Алмаз химически инертен, но при
нагревании до температуры 750° С и выше в присутст-
вии железа наблюдается растворение алмаза, что яв-
ляется важным обстоятельством, которое необходимо
учитывать при изготовлении алмазного инструмента.
В кристаллической решетке алмаза не имеется сво-
бодных электронов, поэтому он является диэлектриком.
70
Таблица 1
Физико-механические свойства алмаза
Характеристика | Величина
Удельный вес Абсолютная твердость .... Твердость по шкале Мооса . Микротвердость на гранях октаэдра Предел прочности при сжатии Предел прочности при изгибе Сопротивление износу .... Коэффициент объемного сжа- тия Модуль упругости: 3,4701 -г- 3,5585 г1см3 2500 tczicM- 10 10 060 кг/мм2 200 кг]мм2 30 кг 1мм2 90 000 0,18 ЛО-о-г-10,16- 10-е см2/кг
параллельно оси второго порядка нормально оси третьего по- рядка параллельно осям четвер- того порядка Модуль объемного сжатия . . 9,3-1012 дин/см2 10,3-1012 дин/см2 7,2-10'2 дин/см2 6,3-10'2 дин/см2 5,6-10'2 дин/см2 5,8-10ls дин/см2
Теоретическое сопротивление на разрыв Теплопроводность Теплоемкость Коэффициент линейного рас- ширения Наиболее часто встречаемые кристаллографические формы 790 000 кг/см2 0,34 кал/м-сек “С 0,12 кал/град 0,00000132 Плоскогранные: октаэдр (рис. 1, а), ромбододекаэдр (рис. 1, б), гексаэдр (рис. 1, в); кривогранные: додекаэдроид (рис. 1, <?), октаэдроид (рис. 1, д), гексаэдроид (рис. 1, ж); комбинация плоско- гранных и кривограпных
()птически изотропен с пока- зателем преломления . . . Угол полного внутреннего отражения Дисперсия При воздействии на алмаз ультрафиолетовыми, катод- ными или рентгеновыми лу- чами кристаллов (рис. 1, г и з) 2,42 (для желтого цвета) 24'50' (для желтого цвета) 0,063 Люмииесцирует голубым, темно- зеленым, красным светом или
Спайность не люминесцирует По плоскости октаэдра совер- шенная
71
Известно, что голубые алмазы являются полупровод-
никами. В настоящее время проводятся работы по
улучшению полупроводниковых свойств алмаза путем
искусственного диффундирования в обычные алмазы
мельчайших алюминиевых частиц. Удельное электриче-
ское сопротивление алмаза равно 5-Ю14 ом-см. При
трении о шерсть алмаз заряжается положительным
электричеством.
Необходимо отметить, что алмаз наряду с повышен-
ной твердостью обладает высокой хрупкостью. Это
Рис. 1. Основные формы кристаллов алмаза.
объясняется наличием плоскостей спайности, по кото-
рым алмаз легко раскалывается. Наименьшая удельная
поверхностная энергия плоскостей спайности для гра-
ни октаэдра составляет 11400 арс/см2, а для грани
куба — 3944 ирг/см2.
Алмазы в большинстве представляют собой кристал-
лы ромбододекаэдрического, октаэдрического или пере-
ходного вида (рис. 1). К кристаллам октаэдрического
вида относятся плоскогранные острореберные и с при-
тупленными ребрами или со ступенчатыми и тонкосту-
пенчатыми гранями алмазы. Кристаллы ромбододека-
эдрического вида имеют поверхности со ступеньками,
причем в зависимости от толщины ступенек грани
могут быть резко исштрихованными или почти глад-
кими
72
Как указывалось выше, твердость и износоустойчи-
вость кристаллов алмаза объясняется прочностью свя-
в'й атомов углерода в кристаллической решетке, причем
гвердость алмаза в различных направлениях неодина-
кова.
На рис. 2 показаны схемы расположения атомов
углерода в плоских сетках куба (рис. 2,а), ром-
бододекаэдра (рис. 2, б) и октаэдра (рис. 2, в) и на-
ж) з) и)
Рис. 2. Расположение атомов углерода, направ-
ления наибольшей и наименьшей твердости и
расстояния между плоскими сетками в кубе,
ромбододекаэдре и октаэдре.
правления наименьшей (сплошная линия) и наиболь-
шей (пунктирная линия) износостойкости (рис. 2, г,
<). <;)•
В плоской сетке куба (рис. 2, а) располагаются два
.нома, поэтому плотность его равна 2: а2, где а — сто-
рона элементарной ячейки. Плоская сетка ромбододе-
каэдра (рис. 2, б) имеет плотность 4: а]/ 2, так как
на плоскость, равную а ]/2, приходится четыре атома.
73
На плоскую сетку октаэдра (рис. 2, в) площадью
а2)/ 3 : 2 приходится два атома, поэтому плотность плос-
кой сетки октаэдра равна 4:а2|/3.
Из приведенного анализа видно, что наибольшей
плотностью обладают плоские сетки ромбододекаэдра,
но пространственное расстояние между плоскими сет-
ками октаэдра, ромбододекаэдра и куба различно
(рис. 2, ж, з, и), причем пространственное расположение
сеток октаэдра (рис. 2, ж) резко отличается от соответ-
ствующих распределений сеток ромбододекаэдра
(рис. 2, з) и куба (рис. 2, и), которые расположены на
расстоянии (ромбододекаэдр) и а:4 (куб). Меж-
плоскостнос расстояние между двумя сближенными
Уз
сетками октаэдра равно —тогда как далеко от-
Уз
стоящие сетки находятся на расстоянии —4—а.
Вследствие малого расстояния между сближенными
сетками октаэдра их практически можно рассматривать
как одну утолщенную сетку, а следовательно, плотность
такой сетки удвоится. Тогда плотность плоских сеток
расположится по мере уменьшения следующим образом:
октаэдр, ромбододекаэдр и куб.
Атомная плотность плоских сеток характеризует из-
носостойкость их при шлифовании. Наиболее стойкими
являются плоские сетки октаэдра, а затем ромбододе-
каэдра и куба. Износостойкость алмаза в плоских сет-
ках в различных направлениях неодинакова. В направ-
лении близкого расположения атомов связь между
ними сильная, а поэтому износостойкость наибольшая.
Так, например, ребра куба сильно отклонены от направ-
ления валентных связей, расстояние между атомами в
этом направлении большое, а следовательно, кристаллы
куба должны сравнительно легко обрабатываться вдоль
его ребер.
Твердость и прочность алмазного зерна в различных
направлениях может изменяться в 100—500 раз, т. е.
алмазное зерно является резко анизотропным. Поэтому
очень важно при изготовлении инструмента ориентиро-
вать алмаз таким образом, чтобы кристалл обрабаты-
вался в «мягком» направлении, а износ алмазного ин-
74
। грумента при эксплуатации происходил в «твердом»
направлении.
Ориентация алмазного зерна по вектору твердости
имеет исключительно большое практическое значение
как в производстве, так и при эксплуатации алмазного
инструмента. Особенно важно правильно устанавливать
алмаз при изготовлении резцов, служащих для нанесе-
ния штрихов дифракционных решеток.
В данной статье рассматриваются технологические
особенности изготовления резцов, применяемых в дели-
тельном деле. Алмазные резцы для деления, гравирова-
ния и нарезания дифракционных решеток отличаются от
юкарных резцов геометрическими параметрами, высо-
кой точностью геометрических размеров и повышенной
чистотой граней.
Ввиду специфичности работы от делительных резцов
требуется повышенная износоустойчивость, поэтому во-
просы ориентации и аттестации алмазных зерен в дан-
ном случае приобретают первостепенное значение.
Делительные резцы в большинстве случаев имеют
острый угол при вершине (менее 70°), поэтому к обору-
дованию, па котором затачивается алмаз, предъявля-
ются жесткие требования по точности.
Не допускаются вибрации корпуса и приспособле-
ния, в которых закрепляется обрабатываемый кристалл.
Опыт огранки показывает, что особенно вредными яв-
ляются вибрации высокой частоты.
При изготовлении некоторых типов дифракционных
решеток резец проходит около 48 000 пог. м пути, причем
перестановка резца в процессе изготовления решетки
недопустима. Штрихи дифракционной решетки имеют
строго заданный профиль, и на 1 мм длины может нахо-
диться 600, 1200 и более штрихов (например, при 1200
штрихах на 1 мм длины глубина штриха может равнять-
ся 0,0001 мм при расстоянии между ними 0,00083 мм).
Заданный профиль штриха сохраняется по всей протя-
женности решетки, следовательно, резец практически не
должен изнашиваться.
Методы аттестации алмаза
Кристаллы алмаза перед ориентацией необходимо
аттестовать по форме, цвету, плотности, включениям,
наличию трещин и т. д. Наряду с крупными включения-
75
ми и трещинами, видимыми невооруженным глазом или
при небольшом увеличении, алмазы могут иметь мель-
чайшие дефекты, невидимые даже при сильном увеличе-
нии под микроскопом. Эти дефекты вызывают в кри-
сталле алмаза внутренние напряжения, которые при
сложении с напряжениями, возникающими при изготов-
лении резцов, могут привести к повреждению его лез-
вия.
Все монокристаллы правильной геометрической фор-
мы (ромбододекаэдры и октаэдры) можно разделить
на три следующие группы: без явных дефектов; с не-
значительными дефектами (включения и трещины); со
значительными дефектами (в основном наличие тре-
щин). Наружные и внутренние трещины, идущие от
поверхности внутрь, на кристаллах алмаза можно опре-
делить путем заполнения их специальными закрашива-
ющими или люминесцирующими веществами. В основе
этих методов лежит явление капиллярного проникнове-
ния в трещины растворов, газов или расплавов. Иссле-
дования НИИАлмаза показали, что неплохими смачи-
вающими способностями обладают следующие вещест-
ва: бензин, керосин, четыреххлористый углерод, бензол
и растворитель РДВ.
Поверхности кристалла, очищенные от грязи, покры-
ваются люмипесцирующим веществом, которое запол-
няет трещины. После удаления люминофора кристалл
просматривается в ультрафиолетовом свете на микро-
скопе МБС-2.
Нанесение люминофора в вакууме или воздействие
ультразвуковых колебаний способствует лучшему за-
полнению трещины люминофором, но все же глубокие
трещины остаются незаполненными. Для лучшего на-
блюдения проникаемого в трещину люминофора цвет
его должен быть светло-зеленым или светло-желтым.
Люминесцентный метод дефектоскопии позволяет опре-
делять наружные или неглубоко расположенные тре-
щины.
Вместо люминофора можно применять краски, кото-
рые также заполняют имеющиеся в кристалле трещи-
ны. Для нахождения трещин поверхности алмаза
покрываются яркой краской и после определенной вы-
держки очищаются и покрываются абсорбирующим по-
рошком, который вытягивает краску из трещин, обра-
76
Рис. 3. Четыре теоретически возмож-
ные структуры алмаза.
в>ц|,шая контур трещины. Метод с использованием кра-
। и । слей так же трудоемок, как и люминесцентный, хотя
аля просмотра кристалла после покрытия краской нет
необходимости применять ультрафиолетовые лучи.
В кристаллах алмаза кроме трещин встречаются
мельчайшие дефекты и включения, невидимые под мик-
роскопом обычного увеличения. Эти дефекты вызывают
внутренние напряжения, которые приводят к разруше-
нию кристалла при
и п отовлении рез-
цов.
Некоторые вклю-
чения можно обна-
ружить при рассмо-
। рении алмаза под
микроскопом с боль-
шим увеличением в
поляризованном све-
те. Алмаз, не имею-
щий дефектов, в по-
ляризованном све-
те не виден, а в ал-
мазе с дефектами
образуется интер-
ференция (аномаль-
ное двулучепрелом-
лепие). Чем выше
внутренние напря-
жения, тем интенсивнее цвета интерференции.
Кристаллы алмаза, не имеющие трещин и внутрен-
них дефектов, просматриваются в ультрафиолетовом
< вете на специальной установке и люминесцируют го-
лубым, зеленовато-желтым светом или вообще не лю-
минесцируют, что, по-видимому, объясняется различны-
ми структурными разновидностями алмаза.
Исследованиями Рамана и Нардова было установ-
лено, что возможны четыре пространственные ориенти-
ровки тетраэдрических алмазов (рис. 3); у двух из них
тетраэдры параллельны друг другу с вершинами, смот-
рящими в одну сторону. В третьей разновидности тет-
раэдры / смотрят в одну сторону, а тетраэдры II по-
ставлены вершиной вниз. В четвертой разновидности
расположение тетраэдров обратное третьей.
77
Первые две структуры имеют тетраэдрическую сим-
метрию (рис. 3, а и б), а вторые две разновидности —
симметрию октаэдра (рис. 3, в и г).
Опытным путем было обнаружено, что наиболее
твердыми являются алмазы, имеющие октаэдрическую
структуру и не люминесцирующие в ультрафиолетовом
свете. Менее твердые алмазы люмииесцируют голубым
или другим светом. Поэтому для изготовления резцов,
используемых в делительном деле, отбираются нелюми-
несцирующие кристаллы алмаза.
Методы ориентации алмаза
Выбранное после аттестации алмазное зерно долж-
но быть сориентировано таким образом, чтобы буду-
щее лезвие резца находилось на твердом месте кри-
сталла.
В практике изготовления алмазных резцов широко
распространен так называемый визуальный метод
ориентации. Визуально можно ориентировать алмазные
зерна правильной формы, такие, как октаэдр или ром-
бододекаэдр, причем погрешность ориентации дости-
гает 20%.
При ориентации алмаза необходимо помнить, что
наибольшей твердостью обладают плоские сетки окта-
эдра, затем плоские сетки ромбододекаэдра и куба.
Определение месторасположения плоских сеток пред-
ставляет известные трудности.
Ромбододекаэдр (рис. 4, а) имеет четырнадцать уг-
лов, шесть из которых образуются при пересечении трех
ребер, а восемь — при пересечении четырех ребер. Пря-
мые линии, которые соединяют противолежащие углы,
образованные при пересечении трех ребер, являются
тройной осью симметрии, а прямые, соединяющие углы
четырех ребер, являются .четверной осью симметрии.
Плоские сетки октаэдра б в ромбододекаэдре находятся
перпендикулярно тройной оси симметрии, а плоские сет-
ки куба — перпендикулярно четверной оси симметрии.
Плоские сетки ромбододекаэдра совпадают с гранями
ромбододекаэдра.
В октаэдре (рис. 4,6) плоские сетки куба а находятся
перпендикулярно четверным осям симметрии, которые
соединяют противоположные углы октаэдра, а плоские
78
.«тки ромбододекаэдра в перпендикулярны двойным
<>гям симметрии, которые соединяют середины каждой
пары противолежащих ребер октаэдра.
Таким образом, при изготовлении алмазных резцов
и кристалле необходимо найти расположение плоских
веток и относительно их ориентировать будущее лез-
вие алмазного инструмента.
1’пс. 4. Схематическое изображение плоских сеток в структуре
алмаза. Длинными стрелками показано направление трудной обра-
ботки, а короткими — легкой обработки.
При ориентации алмазного зерна относительно плос-
ких сеток октаэдра необходимо помнить, что расстояние
между сетками большое и при воздействии возмущаю-
щих сил алмаз по плоскостям спайности может скалы-
ваться, хотя по этим плоскостям он обладает наиболь-
шей износоустойчивостью. Поэтому нельзя в инстру-
менте располагать плоские сетки октаэдра параллельно
наибольшей составляющей силы резания. Наиболее
удобно строить лезвие резца в кристалле формы ром-
бододекаэдр на линии АВ (см. рис. 4, а), так как она на-
ходится в плоских сетках, обладающих довольно высо-
кой износоустойчивостью. Линия АВ соединяет в ром-
бододекаэдре вершины, образованные тремя и четырь-
мя гранями. Направление лучшей обработки идет по
меиыпей диагонали ромба, а вращающаяся планшайба
79
должна двигаться от одного из ребер, участвующих
в образовании вершины с тремя гранями.
Опытным путем было обнаружено, что интенсивность
обработки вдоль линии, соединяющей вершины А и В,
различная; наименьший съем алмаза соответствует
средней части линии. Направление интенсивной обра-
ботки алмаза у вершин, образованных тремя и четырь-
мя гранями, противоположно.
Ввиду того что кристаллы правильной формы в при-
роде встречаются нечасто, а визуально ориентировать
можно только кристаллы правильной формы, необходи-
мо применять объективный метод ориентации для
кристаллов любой формы с использованием приборов.
Разработанный в НИИАлмазе гониометрический ме-
тод позволяет ориентировать алмазные зерна, имеющие
плоские грани. Этот метод ориентации занимает дли-
тельное время.
Для ориентации алмаза можно использовать рент-
геновские лучи. При просвечивании материалов лучами,
длина волны которых соизмерима с расстоянием меж-
ду атомами в кристаллической решетке алмаза, было
обнаружено, что рассеянные отдельными атомами кри-
сталла лучи интерферируют между собой, вследствие
чего рассеянные лучи в одном направлении усилива-
ются и дают темные пятна на фотопластинке, а в других
направлениях ослабляются и не достигают ее.
Рентгеновские лучи служат для изучения симметрии
кристаллов, определения типа и параметров элементар-
ной ячейки. По расположению атомов в кристалличе-
ской решетке производят ориентацию кристалла.
С помощью рентгеновских лучей можно ориентиро-
вать кристаллы алмаза любой формы следующими спо-
собами: по трем луэграммам, ио одной луэграмме, ме-
тодом обратной съемки и методом эталонов.
Для сокращения времени ориентации полученная ди-
фракционная картина сравнивается с эталонными ди-
фракционными картинами, полученными вдоль осей
второй, третьей и четвертой симметрии.
Установка для рентгеноскопической ориентации кри-
сталла алмаза (рис. 5) состоит из рентгеновского ап-
парата 1 типа УРС-55а, усилителя яркости рентгенов-
ского изображения 2 и гониометрической приставки <?,
на которой крепится исследуемый кристалл.
80
На основании установки смонтированы механизм пе-
ремещения электронно-оптического преобразователя,
дистанционное управление гониометрической головки,
электронно-оптический преобразователь и бинокулярное
устройство.
Рис. 5. Принципиальная схема рентгеноскопической установки
для ориентации алмаза.
Учитывая вредность рентгеновских лучей для обслу-
живающего персонала, установку обшивают толстыми
листами свинца.
Гониометрическая приставка представляет собой
приспособление, при помощи которого посредством со-
ответствующих перемещений и поворотов кристалл ал-
маза можно выставить относительно рентгеновского
пучка, для чего головка позволяет поворачивать и пе-
<» Зак. № 455
81
ремещать кристалл алмаза по координатным осям. Из-
менение положений кристалла, т. е. управление гонио-
метрической приставкой, производится дистанционно.
Настольный рентгеновский аппарат состоит из гене-
раторного устройства и пульта управления, причем
пульт управления отнесен на расстояние. Генераторное
устройство состоит из высоковольтного трансформато-
ра, трансформатора накала и маслорасширптеля. Все
вышеуказанные устройства располагаются в заполнен-
ном трансформаторным маслом баке, па крышке кото-
рого располагается защитный кожух с рентгеновской
трубкой.
После прохождения кристалла рентгеновские лучи
для усиления подаются на электронно-оптический пре-
образователь, который необходим для усиления сигнала
до такой величины, чтобы дифракционную картину
можно было бы наблюдать на экране. Электронно-опти-
ческий преобразователь представляет собой высоко-
вакуумный прибор, в котором объединены фото-
электронный преобразователь первичного флуороскопи-
ческого изображения, электронно-оптический усилитель
и электронно-лучевой приемник изображения с оптиче-
ским увеличителем.
Дифракционную картину наблюдают в бинокулярное
устройство. Кроме того, дифракционную картину мож-
но сфотографировать, для этого бинокулярное устрой-
ство снимается и устанавливается кинокамера. При фо-
тографировании необходимо помнить, что поверхность
пленки в камере должна быть параллельна плоскости
изображения преобразователя.
Во время ориентации алмазных зерен необходимо со-
блюдать следующую последовательность. Совмещают
пучок рентгеновских лучей с осью оптической системы.
Перемещая электронный усилитель вдоль оси пучка,
находят по экрану положение наибольшей интенсивно-
сти рентгеновского пучка. Закрепляют на гониометриче-
ском столике на шеллаке кристалл алмаза, затем вра-
щением рукояток дистанционного управления вводят
кристалл в пучок рентгеновских лучей и наблюдают ди-
фракционную картину. Вращением рукояток гониомет-
рической головки добиваются на экране такой дифрак-
ционной картины, какая изображена на эталоне.
На рис. 6 показаны эталонные дифракционные кар-
82
Рис. 6. Эталонные луэграммы вдоль осей:
а — двойной; б — тройной; в — четверной симметрии.
типы (луэграммы) вдоль осей двойной, тройной и чет-
верной симметрии.
По луэграммам можно судить о расположении ато-
мов в кристаллической решетке алмазного зерна, а сле-
довательно, можно судить о «твердом» и «мягком» на-
правлении в обработке кристалла.
При работе на установке необходимо помнить, что
пятна дифракционных картин должны быть симметрич-
ны относительно первичного пучка рентгеновских лучей
как по расположению, так и по интенсивности. После
ориентации кристалл закрепляется на шеллаке в спе-
циальном приспособлении и переносится в основную
державку, где производятся его крепление и раз-
метка.
Конструктивные особенности делительного инструмента
Конструкция алмазного резца зависит от физико-ме-
ханических свойств обрабатываемого материала, раз-
мера кристалла, точности обработки и т. д. Для изго-
товления инструмента из кристалла алмаза необходимо
иметь 0,3—1 карат алмаза.
Крепление кристалла алмаза в державке можно осу-
ществить пайкой или механическим способом. Пайку
кристалла к державке в большинстве случаев произво-
дят серебряными припоями, а иногда используются
цинкоалюмипиевые и медноцинковые припои. В инстру-
менте для нарезания дифракционных решеток кристалл
алмаза закрепляется пайкой оловянистым припоем.
Известно несколько конструкций алмазных резцов
с механическим креплением. Наиболее прогрессивным
методом является крепление с применением промежу-
точных вставок, в которых алмаз спекается с пресс-
порошком.
Механическое крепление позволяет производить мно-
гократное перетачивание алмаза в случае износа его
по задней и передней поверхностям. Для этого разби-
рают резец, вынимают из державки алмаз, а затем до-
водят его. Для перетачивания резцов с креплением ал-
маза в промежуточной вставке не требуется изъятия
кристалла из вставки; в этом случае вставка закреп-
ляется в технологической оправке ограночного станка.
При изготовлении алмазных резцов для нарезания
84
^фракционных решеток правильно сориентированный
кристалл алмаза закрепляется в просверленном в оп-
равке гнезде пайкой оловянистым припоем.
Крепление алмаза пайкой позволяет получать резцы
простой конструкции и малых размеров, но при перета-
чивании резцов в случае их износа кристалл алмаза не-
обходимо выпаивать из державки. Для этого оправку
вместе с кристаллом нагревают до высоких температур,
чю является нежелательным, так как можно повредить
поверхностный слой кристалла алмаза.
При конструировании алмазных резцов надо по-
мнить, что усилие резания при нанесении делений и при
обработке материала не должно быть направлено па-
раллельно плоскостям спайности.
Алмазные резцы, используемые при делительных
работах, показаны на рис. 7. Резец на рис. 7, а служит
для нарезания штрихов по воску, а резцы на рис. 7, б —
для строгания штрихов по металлу и стеклу. Иногда
па резце делают фаску (рис. 7, в). Алмазный нож к
ультрамикротому показан на рис. 7, г. Для гравирова-
ния цифр и букв применяются резцы, показанные на
рис. 7, д. Для изготовления дифракционных решеток
применяются резцы, лезвие которых образуется при пе-
ресечении двух цилиндрических поверхностей разного
радиуса (рис. 7, е). У резцов для изготовления эшеллет
и растров (рис. 7, ж) боковые поверхности выполнены
в форме цилиндров с плоской передней поверхностью,
образующей передний угол.
К алмазным резцам для делительных работ предъ-
являются жесткие требования в отношении чистоты по-
верхности и остроты лезвия. Особенно это относится
к резцам, служащим для изготовления дифракционных
решеток, эшелле и эшеллет. В этих резцах допускается
притупление режущей кромки не более 0,001 мк при
искажении цилиндрических поверхностей не более
I мк.
На лезвии не должно быть трещин и выколок.
Алмазные ножи к ультрамикротомам могут иметь угол
при вершине 55° при ширине лезвия до 3 мм, причем
толщина лезвия не должна быть более 50 А.
Основные геометрические параметры резцов для на-
несения делений представлены в табл. 2.
85
Таблица 2
Геометрические параметры резцов
Резцы Углы заточки, град.
<р а
Для резания сталей 404-50 о-н-10) 0—10
Для резания бронзы 40ч-50 0-Л—5) 04-30
Для резания алюминия и пласт-
масс • . . 40 4-50 о-к-10) 04-30
Для резания стекла 604-70 —5 0
Для деления по покрытиям . . . 404-50 -30 0
Рис. 7. Алмазные резцы
для делительных работ.
86
Алмазные резцы для делительных работ изготовля-
ются на специальных станках повышенной точности,
высокочастотные вибрации и величина дисбаланса ко-
горых должны быть доведены до минимума. Алмазные
резцы для изготовления дифракционных решеток имеют
дне высокоточные цилиндрические поверхности разного
радиуса, в пересечении которых образуется режущее
лезвие. Поэтому станки должны иметь специальные
устройства, позволяющие получать цилиндрические по-
верхности на алмазных зернах.
Станки для обработки алмазов
Сориентированное алмазное зерно закрепляется
в промежуточной державке специального приспособле-
ния, установленного на ограночном станке.
Наиболее ответственной частью станка является
шпиндельный узел, ось вращения которого может рас-
полагаться горизонтально или вертикально.
Шпиндельный узел состоит из шпинделя с закреплен-
8 9 ю
Рис. 8. Общий вид ограночного станка с креплением планшайбы
на консоли шпинделя.
87
ной на нем планшайбой и шпиндельных опор. Шпин-
дельный узел в станках различной конструкции может
располагаться в опорах качения или опорах скольже-
ния. Планшайба может быть закреплена в средней ча-
сти или на консоли шпинделя.
Наибольшее распространение получили конструкции
станков, в которых шпиндель расположен вертикально,
а планшайба закреплена па консоли или в средней
части шпинделя. Общий вид такого станка показан
на рис. 8. Узлы станка смонтированы па массивной
плите 6. Чугунная планшайба /, посаженная па шпин-
дель станка 2, вращается
в капроновых подшипни-
ках скольжения 3. Под-
шипники состоят из трех
отдельных узлов, распо-
ложенных в корпусе 4
под углом 120° относи-
тельно друг друга. Кор-
пус тремя кронштейна-
ми 5 прикреплен к жест-
кой плите 7.
Рис. 9. Подшипниковый узел. Узел подшипника
(рис. 9) состоит из кор-
пуса 1, внутри которого с помощью винта 3 перемещает-
ся вкладыш 2 с капроновой вставкой. Вращением вин-
та 3 можно изменять зазор между подшипником и шпин-
делем.
Шпиндельный узел получает вращение от электро-
двигателя постоянного тока, вынесенного за пределы
станка. Связь между электродвигателем и шкивом 8,
закрепленным на шпинделе, осуществляется эластичным
ремнем, предохраняющим шпиндельный узел от слу-
чайных толчков и вибраций (см. рис. 8).
Кристалл алмаза для резцов, применяющихся при
изготовлении дифракционных решеток, эшелле, эшел-
лет и растров, закрепляется в специальной каретке 9
(см. рис. 8), которая позволяет ориентировать алмаз
относительно планшайбы под различными углами. Для
того чтобы алмаз не контактировал с планшайбой в од-
ном месте, механизм подачи осуществляет возвратно-по-
ступательное движение каретки по стеклянным направ-
ляющим.
88
Механизм подачи состоит из электродвигателя 13,
регулятора скорости 12, кронштейна И и тяги 10.
Тремя опорами каретка плавно скользит по стеклян-
ным направляющим 2, закрепленным на массивной ра-
Рис. 10. Общий вид приспособления, удерживающего
заточную каретку.
ме 1 (рис. 10). Рама на столе станка устанавливается
на трех микрометрических винтах 3, 4 и 5 с шагом
0,5 мм. На винте 5 закреплен лимб с 200 делениями,
поэтому поворот винта на одно деление будет переме-
щать его на 0,0025 мм. Кристалл алмаза находится в се-
89
редине рамы, следовательно, поворот на одно деление
соответствует перемещению его на 0,00125 мм.
При обработке алмаза давление создается весом ка-
ретки или добавочными грузами.
Рис. II. Заточная каретка.
Каретка (рис. 11) имеет зубчатое колесо 1, которое
входит в зацепление с рейкой, расположенной на раме.
Перемещение каретки по направляющим через зубча-
тую передачу и кривошипно-шатунный механизм преоб-
разуется в возвратно-поступательное движение планки 4
относительно опор 5. Угол покачивания отсчитывается
по шкале.
Оправка 3 с кристаллом алмаза крепится винтом 2
во втулке, которая может поворачиваться относительно
планшайбы на разные углы. Отсчет угла наклона план-
шайбы относительно вертикали производят по шкале,
нанесенной на планке 4.
Радиус цилиндрической поверхности, а следователь-
но радиус покачивания резца в зависимости от углов
наклона рабочей и вспомогательной поверхностей опре-
деляется из следующего выражения:
Г) _ /?| COS а
COS р ’
где Rz — радиус нерабочей цилиндрической поверх-
ности;
— радиус рабочей цилиндрической поверхности;
величина, радиуса определяется конструкцией
заточной каретки;
90
a — рабочий угол резца, заданный из характеристи-
ки дифракционной решетки;
|3 — нерабочий угол резца, определяемый назначе-
нием резца и формой кристалла.
При изготовлении резцов для делительных работ
кристалл алмаза в оправке закрепляется в приспособ-
лении, которое устанавливается на столе станка. При-
способление позволяет поворачивать алмаз с оправкой
Рис. 12. Приспособление, удерживающее кристалл алмаза при
его обработке.
па различные углы относительно планшайбы. Для про-
верки качества обработки алмаза приспособление по-
зволяет поворачивать его, не нарушая базирования.
Приспособление (рис. 12), удерживающее кристалл
при его обработке, состоит из салазок /, в которых
перемещается ползунок 2 со стойкой 3. В стойке в цент-
рах крепится коромысло 4, которое может свободно
качаться и опрокидываться для установки резца и
контроля результатов обработки. Вес коромысла (1 кг)
обеспечивает постоянный контакт между кристаллом ал-
маза и быстровращающимся диском. Для увеличения
давления при затачивании широких резцов, у которых
плоскость соприкосновения с планшайбой большая, ста-
вится дополнительный груз 5 весом до 2 кг. Вес допол-
91
нительного груза зависит от размера плоскости сопри-
косновения.
Поворотный угольник 6 дает возможность устанав-
ливать алмаз по направлению плоскости спайности. По-
воротные угольники 7 и 8 с гнездом под оправку резца
Рис. 13. Внешний вид ограночного
станка с креплением планшайбы в
средней части шпинделя.
позволяют устанавли-
вать алмаз в соответ-
ствии с требуемыми
углами резца. Отсчет
углов поворота уголь-
ников производят по
соответствующим шка-
лам.
При изготовлении
планшайбы предъяв-
ляются жесткие тре-
бования к чистоте
(12-й класс) и плоско-
стности ее рабочей по-
верхности (две интер-
ференционные полосы
на 100 мм рабочей по-
верхности). Перед
сборкой станка осо-
бенно тщательно про-
веряют шпиндельный
узел, в частности пер-
пендикулярность оси
шпинделя к плоскости
планшайбы не должна
превышать 2".
Внешний вид стан-
ка с креплением планшайбы в средней части показан
на рис. 13. Станки данного типа нашли широкое приме-
нение в практике обработки алмазных резцов. Станок
имеет деревянный корпус 1, на котором располагается
массивная плита 2. На плиту устанавливается специаль-
ное приспособление 3, в котором закрепляется обраба-
тываемый алмаз. Шпиндель станка вращается в двух
конических подшипниках скольжения.
Верхний подшипник крепится в хоботе 4, а нижний
в приспособлении, закрепленном в корпусе станка.
К отдельным деталям и узлам станка предъявляются
92
высокие требования по точности изготовления и каче-
ству поверхности; особенно жесткие требования предъ-
явлены к шпиндельному узлу.
Планшайба, па которой обрабатывается алмаз, из-
готовлена из чугуна следующего состава: С — 3,3-:-
ч-3,9%; Si —2,7 3,1 %; Мп —0,6-н0,8%; S — 0,07%;
Р —0,45-:-0,6%; Сг —0,2%-.
При регулировании работы станка особое внимание
необходимо обращать на шпиндельный: узел. При сбор-
ке чугунная планшайба притирается на конус шпинде-
ля, а затем протачивается на прецизионном станке по
торцовой и цилиндрической поверхностям, чем дости-
гается высокая перпендикулярность торцовой поверхно-
сти планшайбы к оси шпинделя. Плоскостность план-
шайбы достигается притиркой специальным пробным
стеклом, имеющим в средней части отверстие и ради-
альный разрез, который необходим для более удобного
накладывания и снятия пробного стекла с планшайбы.
Притирку поверхности планшайбы проводят алмазной
мелкой пудрой или тонкой пастой ГОИ. Плоскостность
планшайбы проверяют по кольцам интерференции проб-
ного стекла. Шпиндельный узел, установленный в под-
шипниках с помощью автоколлимации, подвергается
балансировке.
Схема шпиндельного узла показана на рис. 14. Вра-
щение от электродвигателя / постоянного тока, выне-
сенного на отдельный фундамент, передастся нейлоно-
вым ремнем 2 на шкив 3, который вращается в под-
шипнике скольжения. Вращение со шкива па шпиндель
поступает через упругую связь 5, состоящую из ком-
плекта резиновых трубочек. Такое соединение привода
со шпинделем предохраняет шпиндельный узел от виб-
раций и толчков, возникающих в электродвигателе.
Шпиндель вращается в бронзовых конусных подшип-
никах 4 и 6. В качестве упорного подшипника исполь-
зуется упорная пята (пластина) 7 и упорный конус 8.
Рубиновая пластина, закрепленная в шпинделе, упи-
рается в капроновый конус.
Зазор между шпинделем и подшипниками регули-
руют перемещением рубиновой пластины, закрепленной
на винте. Вращением винта шпиндель с планшайбой
перемещается в вертикальном направлении, изменяя за-
зор в подшипниковом узле.
93
В подшипниковый узел с помощью специального на-
соса подается под давлением смазка (масло типа ве-
лосит).
Необходимо помнить, что станки, служащие для из-
готовления высокоточных алмазных резцов, должны ра-
ботать совершенно бесшумно,
Рис. 14. Схема шпиндельного узла
ограночного станка.
так как огранщики по
шуму обработки алма-
за судят о давлении на
алмаз и определяют
направление обра-
ботки.
Станок устанавли-
вается на специальном
фундаменте, что пред-
охраняет его от посту-
пающих извне вибра-
ций.
После предвари-
тельной балансировки
шпиндельного узла
планшайбу шаржиру-
ют алмазной пудрой с
размером зерна
200 500 А. Отечест-
венная промышлен-
ность выпускает тон-
кую алмазную пудру
марки ЛМ4 с разме-
ром зерна от 1 до 4 мк,
поэтому для получе-
ния пудры с размером
зерна 200 -ь 500 А раз-
работан метод отмучи-
вания мелкой алмаз-
ной пудры в спирте.
Для этого смешивают
размолотую в ступах
тонкую алмазную пудру со спиртом и после истечения
определенного времени спирт сливают. Так, например,
для получения фракции с алмазными частицами разме-
ром 200 -г- 500 А смесь спирта с мелкой алмазной пуд-
рой отстаивают 480 мин., а с грубой — 5 мин.
94
При шаржировании па поверхность планшайбы на-
носят слой спирта с алмазной пудрой. Шаржирование
производят при помощи чугунного бруска.
Шаржированная алмазной пудрой планшайба несет
на себе большое число частиц со спаянными поверхно-
стями, обладающими повышенной твердостью, которые
срывают частицы обрабатываемого кристалла алмаза.
При изготовлении алмазных резцов повышенного ка-
чества, особенно при изготовлении точных ножей для
ультрамикротомов, особо жесткие требования предъяв-
ляются к плоскостности планшайбы и перпендикуляр-
ности шаржированной плоскости к оси вращения шпин-
деля, к величине неуравновешенности шпиндельного
узла, к вибрациям и случайным толчкам извне.
Плоскостность планшайбы и перпенди-
кулярность ее к оси вращения тесно связаны с
размером планшайбы, так как он определяет допуск на
отступление от плоскостности.
Алмазные резцы затачиваются на быстровращаю-
щихся чугунных планшайбах, имеющих линейную ско-
рость от 20 м/сек и выше. Чем больше линейная ско-
рость обработки, тем интенсивнее идет заточка. Увели-
чение линейной скорости вызывает повышение требова-
ний к деталям станка по точности, так как с повыше-
нием быстроходности малейшие дефекты приводят
к появлению вибрации.
Линейная скорость заточки определяется числом
оборотов и диаметром планшайбы. Оптимальной линей-
ной скоростью заточки считают скорость в пределах от
20 до 30 м/сек.
Если станок имеет планшайбу небольшого диаметра
и большое число оборотов, то требуется очень тщатель-
ная балансировка шпиндельного узла. Если шпиндель-
ный узел плохо отбалансирован, то с увеличением числа
оборотов планшайбы возникают инерционные силы,
а следовательно и вибрации корпуса, борьба с которыми
представляет известные трудности. Технологический
процесс изготовления и отладки станка, имеющего
планшайбу большего диаметра, сложен и трудоемок.
Обычно диаметр планшайбы берут от 200 до 400 мм.
При диаметре планшайбы, равном 300 мм, и линейной
скорости 20 м/сек число оборотов шпиндельного узла
должно быть 1300 в минуту.
95
При таких параметрах отступление от плоскости
планшайбы допускается до 2—4 интерференционных
полос на всю ее рабочую поверхность, а местные ошиб-
ки не более 0,5 интерференционной полосы. Перпенди-
кулярность рабочей поверхности планшайбы относитель-
но ее оси вращения или торцовый бой рабочей поверхно-
сти планшайбы на наибольшем ее радиусе не должны
быть больше 1 мк.
Плоскостность вращающейся планшайбы во многом
зависит от профиля поперечного сечения ее, а поэтому
к выбору профиля необходимо подходить особенно
осторожно.
Методика балансировки притиров. Основ-
ная цель балансировки — уничтожение добавочных
инерционных давлений вращающихся деталей механиз-
ма на опоры. При равномерном вращении тела доба-
вочных давлений на подшипники не будет только в том
случае, если ось вращения является одной из трех глав-
ных центральных осей инерции, проходящих через центр
тяжести тела. Такая ось вращения называется свобод-
ной осью.
Неуравновешенные силы инерции проявляются в
том случае, когда центр тяжести вращающегося тела
не лежит на его геометрической оси вращения, т. е. ко-
гда последняя не является центральной осью тела. Не-
уравновешенные статические моменты сил инерции по-
являются тогда, когда ось вращения не совпадает с од-
ной из трех главных осей инерции, однако может про-
ходить и через центр тяжести тела. В этом случае по-
является неуравновешенная пара.
Итак, для того чтобы ось вращения была свободной
осью, необходимо и достаточно соблюдение двух усло-
вий: 1) центр тяжести всех вращающихся масс должен
лежать на геометрической оси вращения и 2) оба цент-
робежных момента инерции относительно оси вращения
должны быть равны пулю.
Иными словами, отбалансировать — это значит со-
вместить ось вращения со свободной осью вращающе-
гося тела, относительно которой сумма всех центростре-
мительных сил равна нулю.
В зависимости от расположения опор и планшайбы
па шпинделе на качество заточки резца разбаланси-
ровка сказывается в различной степени. При высоких
96
скоростях вращения наличие незначительного дисбалан-
са во вращающихся деталях вызывает появление весьма
заметных центробежных сил, создающих дополнитель-
ные нагрузки на механизмы, и вибрацию, что в любом
механизме является причиной повышенных износов,
шумной работы, снижения производительности и невоз-
можности контролировать технологический процесс.
Причинами появления дисбаланса во вращающихся
деталях являются неточности размеров деталей, нерав-
номерная плотность материала, наличие в них местных
вкраплений и пористости, наличие несимметрично рас-
положенного крепежа, а также недоброкачественная
сборка механизма. В большинстве случаев операция
сбалансирования осуществляется после окончательной
обработки деталей с таким расчетом, чтобы последую-
щая механическая обработка не вызвала бы ухудше-
ния сбалансированности детали. Поскольку планшайба
ограпочных станков имеет малую толщину по сравне-
нию с диаметром, то в этом случае лучше применить
способ статической балансировки в динамическом ре-
жиме.
Прибор, используемый при балансировке шпиндель-
ных узлов ограночных станков, состоит из емкостного
датчика, измерительного устройства и устройства для
записи или отсчета.
Емкостный датчик (рис. 15) состоит из двух пла-
стин, одной из которых является тщательно прошлифо-
ванная поверхность шпинделя 1, а другая пластина 2
смонтирована на специальном пружинном подвесе сто-
лика 3. Пружинный подвес 4 позволяет с помощью вин-
та 5 изменять расстояние между пластинами конден-
сатора.
Для установки необходимого расстояния между
пластинами датчика служит оптический спиральный
микроскоп 6, шкала 7 которого закреплена на пружин-
ном подвесе. Освещение шкалы производится лампой
типа МН-1. С помощью оптического микроскопа можно
устанавливать расстояние между пластинами конденса-
тора с погрешностью 0,3 мк..
Контакт между пластинами конденсатора (нулевой
зазор) определяется тестером. С помощью микроскопа
можно производить тарировку всего измерительного
тракта. Столик с пружинным подвесом и оптическим
7 Зак. № 455
97
микроскопом устанавливается на трех микрометриче-
ских винтах на корпусе станка таким образом, чтобы
пластина 2 оказалась рядом со шпинделем.
Измерительное устройство (рис. 16) состоит из
моста, в одно плечо которого включен емкостный дат-
Рис. 15. Емкостный датчик с тарировочным приспособлением.
чик Сх, усилителя, собранного па триодах П16Б (Г3, T.i
и Т’з), и генератора, собранного на триодах П16Б
(Л и Т2).
Генератором является симметричный мультивибра-
тор, подающий напряжение на измерительный мост
частотой 20 кгц. При изменении емкости датчика на
98
выходе моста появляется сигнал, который подается па
вход усилителя. Усиленный сигнал можно фиксировать
на катодном осциллографе или па измерительном при-
боре.
Сопротивления Т?8, /?9, Д10, Д12 и /фз, определяю-
щие режим усилителя по постоянному току, подобраны
таким образом, чтобы ток, проходящий через измери-
тельный прибор, имел бы линейную зависимость при
изменении емкости датчика на 8 пф при начальной
емкости датчика 15 пф.
Питание прибора осуществляется от трех батарей
К ВС-Л-0,5 (11 в).
В процессе балансировки шпиндельный узел огра-
почного станка вращается, и если шпиндельный узел
имеет дисбаланс, то на экране осциллографа на несущей
частоте появляется модулированный сигнал в виде
синусоиды. Чем больше величина дисбаланса, тем
дольше амплитуда модулированного колебания.
Для определения места расположения неуравнове-
шенных масс на поверхность шпинделя, являющегося
пластиной конденсатора, по образующей наносится тон-
кий слой диэлектрика (клей БФ-4) полоской шириной
'.1 3 мм.
При вращении шпиндельного узла слой диэлектрика
под пластиной проходит один раз за оборот. В этот
момент па кривой, записанной осциллографом, появится
острый пик, так как нанесенный слой уменьшает зазор
между пластинами конденсатора на величину, равную
юлщипе диэлектрика.
Уменьшение напряжения в мостовой схеме измери-
юльного прибора соответствует удалению шпинделя от
/ватника, а увеличение напряжения — приближению
шпинделя к датчику. Зная расстояние по кривой осцил-
лограммы от пика до минимума напряжения, можно
определить место расположения неуравновешенной
массы. Для этого достаточно отложить по окружности
шпинделя от слоя диэлектрика отрезок, пропорциональ-
ный отрезку, измеренному по кривой осциллограммы.
Проверенный по всем параметрам станок можно
использовать для обработки кристалла с целью прида-
ния ему необходимых углов и граней.
7"
99
Рис. 16. Электрическая схема измерительного устройства:
/?„ Ri - 1,3 к; R1, Яз — 18 к; /?,, - 620 ом; R,„ R,t — 4,7 к; R-- - 300 к; R,, 7?,„ - 200 к; Ru, R1S — 1,5 к; ~ 100 ом;
С„ С2 — 2200 мкф; С3, С8, Ся — 7 мкф; Cv Ся — 15 мкф; С, — 0,5 мкф.
Технологические особенности обработки алмаза
При обработке алмаза необходимо учитывать его
специфические свойства, особенно резкую анизотропию.
Результаты исследования по определению направле-
ния обработки грани октаэдра, ромбододекаэдра и куба
кристалла алмаза представлены на рис. 17.
Рис. 17. Направление обработки на гранях
октаэдра (а), ромбододекаэдра (б) и куба (в).
Плоские сетки октаэдра можно подвергать обработке
и направлении, перпендикулярном сторонам октаэдра. Во
всех остальных направлениях съем алмаза не наблю-
дается. Необходимо отметить, что октаэдр (рис. 17, а)
вследствие близкого расположения друг от друга пло-
ских сеток и вследствие большого числа атомов, распо-
ложенных в этих сетках, трудно обрабатывается в раз-
личных направлениях.
101
При больших скоростях вращения шлифовального
диска (планшайбы) можно добиться съема алмаза
даже в трудных для обработки направлениях.
В этом случае в месте контакта кристалла алмаза
и планшайбы возникают высокие температуры, которые
как бы размягчают поверхностный слой. Размягченный
слой алмаза легко снимается планшайбой, шаржиро-
ванной алмазной пудрой. Новый слой алмаза вслед-
ствие высоких температур превращается в аморфный
углерод, который опять снимается планшайбой, и т. д.
•Плоские сетки ромбододекаэдра сравнительно легко
обрабатываются в направлении, параллельном меныней
диагонали куба (рис. 17,6). При изменении направле-
ния обработки в сторону большей диагонали ромба
уменьшается интенсивность съема алмаза. Изменение
направления обработки на 90° изменяет интенсивность
обработки от максимума до минимума.
Практика работы с кристаллом алмаза типа ромбо-
додекаэдра показала, что у вершины, образованной
тремя ребрами, направление обработки пойдет по мень-
шей диагонали ромба и в задир, т. е. вращающаяся
планшайба должна двигаться в направлении от одного
из ребер, участвующих в образовании вершин. Если
рассматривать интенсивность обработки на отдельных
участках между вершинами, образованными тремя и
четырьмя ребрами (причем одно из них общее), то
можно сказать, что в средней части этого общего ребра
обработка во всех направлениях затруднена. Ближе
к вершине, образованной четырьмя ребрами, и у самой
вершины направление меняется па 180°.
Рассмотренные направления заточки хорошо чувст-
вуются па алмазах, имеющих правильную форму.
При изготовлении резцов для делительных работ
огранщики в основном используют кристаллы алмаза
формы октаэдра и ромбододекаэдра. Поэтому рассмо-
трим подробно возможность обработки этих кристал-
лов в направлении от плоских сеток октаэдра к плоским
сеткам куба и ромбододекаэдра и в направлении от
плоских сеток ромбододекаэдра к плоским сеткам куба
и октаэдра.
Кристалл алмаза формы ромбододекаэдра можно
обрабатывать с плоскостей, имеющих угол 6° к пло-
скости куба, при этом полировальник должен быть на-
102
правлен вдоль большой диагонали ромба. На линии
и-. 1<-1Эдр — куб обработка алмаза возможна, а наимень-
ший съем алмаза будет на угле 10° от плоскости куба.
На линии ромбододекаэдр — октаэдр плоскостей,
и которых наблюдался бы съем алмаза, не обнаружено.
При обработке алмаза в направлении меньшей диа-
। опали ромба в плоскостях, наклоненных под различ-
ными углами к плоским сеткам .октаэдра и куба, было
ппнаружено, что съем алмаза вдоль линии куб —
октаэдр прекращается с плоскости, расположенной под
Vi лом 30° к плоскости октаэдра, а на линии октаэдр—
ромбододекаэдр съем алмаза прекращается, начиная
> плоскости, расположенной под углом 18° к плоской
i l l ке октаэдра. Во всех остальных направлениях затруд-
нений в обработке не наблюдалось. В плоскостях,
расположенных между плоскими сетками куба и ромбо-
дпдскаэдра, алмаз сравнительно хорошо обрабаты-
вается, поэтому лезвие будущего резца в этом напра-
влении располагать нельзя.
При обработке в направлении октаэдр — куб, т. е.
параллельно биссектрисе угла октаэдра, было обнару-
жено, что обработку можно вести в плоскостях, накло-
ненных до 18° к плоским сеткам октаэдра. Во всех
остальных плоскостях вдоль линии октаэдр — куб съем
алмаза не наблюдается. В направлении ромбододека-
эдр— куб обработка прекращалась в плоскости, накло-
ненной под углом 10° к плоской сетке ромбододекаэдра.
Вдоль линии октаэдр — ромбододекаэдр съем наблю-
дается во всех плоскостях.
Из приведенного анализа видно, что кристалл
алмаза в зависимости от формы и направления обра-
ботки обладает различной износостойкостью, причем
малейшие отступления от направления обработки в пре-
делах обрабатываемой плоскости резко изменяют интен-
сивность обработки.
Проведенный анализ износостойкости кристалла ал-
маза позволит огранщикам найти наиболее выгодное
место для будущего лезвия алмазного резца,
Процесс изготовления алмазных резцов, применяе-
мых для делений, оцифровки и гравирования, разби-
вают на несколько этапов. Сначала сориентированное
алмазное зерно шлифуется на агатовой или чугунной
планшайбе, шаржировнпой грубой пудрой. Шлифование
103
начинают с боковых поверхностей, а затем приступают
к шлифованию передней и задней поверхностей. На опе-
рации шлифования получают поверхности чистотой 8—
10-го классов. После шлифования приступают к дово-
дочной операции с целью устранения мельчайших вы-
крашиваний и сколов на режущих кромках резца.
Доводка также начинается с боковых поверхностей и
заканчивается на передней и задней поверхностях. После
доводки повеохности алмазного резца имеют чистоту
V 12—V 13.
Наиболее трудоемок процесс изготовления резцов
для нарезания дифракционных решеток, эшелле, эшел-
лет и ножей к ультрамикротомам, так как к этим инстру-
ментам предъявляются жесткие требования по точности
геометрических размеров и чистоте обработанных по-
верхностей.
Изготовление алмазных резцов для нарезания
дифракционных решеток производится в следующей
последовательности:
1) предварительная обработка (обдирка) рабочей
поверхности кристалла и определение направления
обработки; обдирка нерабочей поверхности;
2) нанесение граней (огранка) на будущей цилин-
дрической поверхности, т. е. получение многогранника,
от числа граней которого зависит степень его прибли-
жения к цилиндрической поверхности (к заданной гео-
метрической форме); огранку начинают с нерабочей
поверхности, а заканчивают на рабочей;
3) окончательная полировка резца, при которой спо-
лировываются грани, т. е. образуется цилиндрическая
поверхность резца. Окончательная обработка начинает-
ся на рабочей и заканчивается на нерабочей поверх-
ности.
Для изготовления эшеллет и делений на линей-
ках, используемых для растровых датчиков систем
программного управления, применяются специальные
резцы, которые имеют необычную конфигурацию и
позволяют получать чистоту поверхностей штриха высо-
кого класса (выше V 12-eV 13).
Эти резцы при нанесении делений часть материала
штриха срезают, а часть спрессовывают в сторону; по-
этому такой резец должен иметь режущую и калибрую-
щую части. Резец по конфигурации напоминает резец
104
иля нарезания дифракционных решеток, только у него
имеется отрицательный передний угол, равный (—4°) ч-
(—8°), кроме того, передняя поверхность наклонена
по отношению к лезвию на угол 10 ч- 18°.
Технологический процесс изготовления эшеллетных
резцов состоит из следующих операций:
а) закрепление сориентированного кристалла алма-
методом пайки в оправке;
б) изготовление передней поверхности с отрицатель-
ным углом относительно будущего лезвия резца;
в) заточка передней поверхности под углом 10 ч- 18°
к острию лезвия; этот наклон необходим для отвода
стружки в сторону;
г) отпайка и ориентировка кристалла алмаза для
обработки боковых цилиндрических поверхностей
е целью получения лезвия резца.
В дальнейшем технологический процесс обработки
алмаза такой же, как и при изготовлении резцов для
нарезания дифракционных решеток.
Такая последовательность дает возможность делать
как можно меньше перестановок резца и, самое глав-
ное, на предварительной обработке определить напра-
вление заточки.
Надо отметить, что окончательную обработку нужно
вести только в задир, т. е. последняя затачиваемая
поверхность должна обрабатываться так, чтобы напра-
вление движения планшайбы было от лезвия резца
вдоль его поверхности. При обратном направлении
обработки лезвие резца выкрашивается, и чистого лез-
вия получить не удается. Как правило, на 80—85% за-
точенных резцов эта последовательность соблюдается,
по с остальными возникают различные затруднения,
например, нерабочая поверхность не затачивается в за-
дир. Приходится менять последовательность заточки
в заканчивать обработку резца на рабочей поверхности,
нто крайне нежелательно, так как у острия резца при
заточке образуется завал. В зависимости от того, на
какой стороне заканчивается заточка, на той стороне
и получается завал, который снижает качество резца.
Ширина затачиваемой поверхности оказывает боль-
шое влияние на интенсивность обработки. Чем больше
ширина затачиваемой поверхности, тем медленнее идет
заточка. Под шириной затачиваемой поверхности под-
105
разумевается размер поверхности, измеренный перпен-
дикулярно к острию резца, или это есть длина образую-
щей цилиндрической поверхности резца.
При заточке площадь соприкосновения резца с план-
шайбой определяется длиной образующей цилиндра,
а следовательно, удельное давление будет определяться
длиной образующей, находящейся в соприкосновении
с планшайбой в данный момент времени.
Интенсивность заточки находится в прямой зависи-
мости от длины образующей цилиндра; этот фактор не-
обходимо учитывать при повторных переточках резца.
Трудность переточки заключается в том, что резец
надо поставить в то же положение, что и при первич-
ной заточке. Неточность установки резца дает разную
ширину затачиваемой поверхности и, следовательно,
различное удельное давление. В результате интенсив-
ность заточки в пределах одной затачиваемой поверх-
ности получается неодинаковой.
Далее, если учесть, что сам кристалл в пределах
одной затачиваемой поверхности обрабатывается не-
равномерно, то разница в интенсивности обработки
может быть большая, что, как правило, приводит к иска-
жению цилиндрической поверхности резца. Этого иска-
жения можно избежать, если во время работы станка
расстояние между осью покачивания резца и рабочей
поверхностью планшайбы сохранить с большой точ-
ностью. В таких условиях даже при очень большой раз-
нице в интенсивности заточки кристалла можно полу-
чить цилиндрическую поверхность с постоянством
радиуса в пределах 0,001 мм.
Резец обрабатывается на станке до тех пор, пока
трудно поддающиеся заточке места не сравняются
с общей цилиндрической поверхностью инструмента.
Контроль точности изготовления резца
У алмазного резца проверяют чистоту поверхности
(граней) лезвия, угол при вершине, остроту и прямоли-
нейность лезвия и точность цилиндрических поверхно-
стей.
Предварительную проверку резца можно проводить
па биологическом микроскопе (типа МБР-1), имеющем
увеличение 2850 или 1425.
106
На интерференционном микроскопе МИИ-9 путем
наложения на поверяемую поверхность интерференцион-
ных полос можно проверить качество граней алмазного
резца. Дефект на поверхности резца определяется по
искривлению интерференционных полос. Если поверх-
ность не имеет дефекта (царапин, выколок, бугорков
и т. д.), то интерференционные полосы остаются прямо-
линейными. Кроме того, интерференционный микроскоп
< увеличением 840 позволяет проверить остроту
лезвия резца. Для этого на грань резца наносят интер-
ференционные полосы перпендикулярно лезвию резца.
Если лезвие имеет притупление, то интерференционные
полосы около лезвия искривляются, причем радиус
искривления зависит от величины притупления. Микро-
метрический столик микроскопа позволяет измерять
величину искривления интерференционных полос, а сле-
довательно и величину притупления лезвия резца.
К остроте лезвия предъявляются особые требования,
так как при затуплении или искажении кромки полу-
чают дно канавки решетки широким и неровным, что
снижает качество решеток.
На интерференционном микроскопе проверяют также
ючность цилиндрической поверхности. Приспособле-
нием для контроля является заточная каретка. Если
цилиндрическая поверхность не искажена, то интерфе-
ренционные полосы должны быть прямые и при покачи-
вании резца в каретке не должны смещаться.
Проверять лезвие резца (микротрещины, шерохова-
тость, прямолинейность и т. д.) можно методом попе-
речного следа, разработанным в Государственном опти-
ческом институте, для чего способом вакуумного напы-
ления на стеклянную заготовку наносится слой серебра.
Поперечным строганием алмазным резцом па специ-
альном приспособлении снимается тонкий слой серебра.
Полученная канавка на серебряном слое проверяется
на интерференционном микроскопе. Если резец имеет
микроскопические трещины, выколки или шерохова-
тость, то на заготовке возникнут продольные полосы.
Наложенные интерференционные полосы в местах по-
явления дефектов искривляются, причем по искривле-
нию можно определить величину трещины или выколки.
Наибольшую точность измерения можно получить и
па электронном микроскопе, но сложность приготовле-
107
ния объекта и работы на микроскопе не позволяют
широко его использовать при контроле качества изгото-
вления резца. Электронный микроскоп можно приме-
нять при изготовлении первого алмазного резца, т. е.
при налаживании работы станка.
Угол при вершине резца проверяется на инструмен-
тальном микроскопе с ценой деления Г, а чистота по-
верхности— на приборах ИЗП-5 и микроскопе Линника.
На чистоту обрабатываемых поверхностей алмаза и
на остроту лезвия сильно влияет сорт чугуна план-
шайбы, поэтому при изготовлении станка на этот
фактор необходимо обратить серьезное внимание.
Опыт работы с алмазными резцами показывает, что
после изготовления резца ему необходимо дать опреде-
ленный срок отдыха. В процессе отдыха, т. е. естествен-
ного старения, происходит снятие внутренних напряже-
ний, что сильно увеличивает стойкость алмазного зерна.
Время отдыха может колебаться от 1 до 4 месяцев,
в зависимости от сорта алмаза.
Для снятия внутренних напряжений можно также
рекомендовать воздействие на алмазный резец перегре-
того пара. Опытным путем было замечено, что обычные
резцы после изготовления обладали меньшей износо-
устойчивостью, чем резцы, подвергнутые старению.
ЛИТЕРАТУРА
Бурмистров Ф. Л. Делительное дело. Машгиз, 1948.
Федотов А. И. Технологические особенности изготовления ал-
мазных резцов. ЛДПТП, 1963.
Шафрановский И. И. Алмазы. Изд-во «Наука», 1964. .
А. Г. Пер
ТОНКАЯ ОБРАБОТКА АЛМАЗНЫМИ
ИНСТРУМЕНТАМИ
При изготовлении точных деталей в машиностроении
и приборостроении применяются методы тонкой обра-
ботки— тонкое точение, тонкое фрезерование, тонкое
шлифование. Во всех этих случаях используются обыч-
ные методы обработки, которые остаются неизменными,
но получают иные количественные характеристики.
Совокупность таких количественных изменений и приво-
дит к качественному изменению процесса.
Повышение точности отдельных узлов станка,
использование новых видов и конструкций инструмен-
тов, некоторые изменения в режимах обработки и в по-
строении технологического процесса обработки позво-
ляют обеспечить высокую точность и чистоту поверх-
ности, которые при обычных методах обработки недо-
стижимы. Решающим фактором для успешного внедре-
ния тонкого точения и тонкого фрезерования является
применение алмазных инструментов.
I. Тонкое точение алмазными резцами
Точение алмазными резцами применяется для обра-
ботки деталей из цветных металлов (латуни, бронзы,
алюминиевых и магниевых сплавов, баббита, нейзиль-
бера) и неметаллических материалов (пластмассы, эбо-
нита, твердой резины и др.).
Токарная обработка алмазными резцами применяет-
ся в следующих случаях:
109
1) для декоративного точения с целью получения
высокой чистоты (V 10-ь V 14 по ГОСТ 2789-59) внеш-
них цилиндрических, конических и торцовых поверхно-
стей деталей. Декоративное точение заменяет процесс
полирования указанных деталей. Известно, что про-
цессы полирования не сохраняют правильную геометри-
ческую форму деталей, так как при этом происходит
закругление кромок в сопряжении поверхностей и
теряется плоскостность торцовых поверхностей. Поверх-
ности, обработанные алмазными резцами, не имеют
этих недостатков и получают точную геометрическую
форму;
2) для тонкого точения и растачивания на токарных
станках с целью получения точных цилиндрических и
конических поверхностей (до 0,005 мм при чистоте
поверхности V 9-ь V 10);
3) для тонкого растачивания на расточных станках
с целью получения точных отверстий (1-й класс точ-
ности при чистоте поверхности V 9-ь\7 1’0).
Режущим элементом алмазного резца является кри-
сталл алмаза, рабочей части которого приданы форма и
геометрия резца. Для изготовления резцов применяются
кристаллы алмаза весом от 0,31 до 2 каратов.
1. Алмазные резцы
При тонком точении цветных металлов алмазные
резцы имеют следующие преимущества по сравнению
с твердосплавными или минералокерамическими рез-
цами:
а) шероховатость режущих кромок резцов весьма
мала-—/?г= 0,2—0,1 мк. Благодаря этому достигается
высокая чистота обрабатываемой поверхности;
б) резцы обладают способностью сохранять режу-
щие кромки в течение длительного времени (до 250 час.
машинного времени) острыми и неповрежденными. Это
позволяет достичь высокой точности обработки па на-
строенных станках, так как износом алмазных резцов
можно пренебречь;
в) твердость алмазных резцов превышает твердость
минералокерамических и твердосплавных в 5 раз.
Благодаря этому достигается большая эффективность
НО
при обработке алюминиевых сплавов, содержащих
кремний, и материалов с высоким сопротивлением
истиранию;
г) на обработанных деталях не возникают грат и
юусенцы. Алмазными резцами можно обрабатывать
прерывистые поверхности (детали с канавками, выпук-
лые поверхности цифр и т. д.), при этом кромки обра-
батываемых поверхностей остаются острыми, без зава-
лов и заусенцев;
д) обработанные проходными алмазными резцами
поверхности имеют больший блеск, чем поверхности,
обработанные обычными металлическими резцами при
одной и той же шероховатости. Это объясняется тем,
что при точении алмазными резцами, имеющими малую
шероховатость режущих кромок, боковые стороны,
образующие канавки микропрофиля, также имеют ма-
лую шероховатость. Поэтому количество отраженного
света у поверхности, обработанной алмазным резцом,
больше, чем у поверхности, обработанной металличе-
ским резцом; это придает детали более привлекатель-
ный вид.
Крепление алмазов весом до 0,5 карата в державке
резца производится пайкой, а кристаллы весом более
(1,5 карата крепятся механически. Пайку производят
серебряным припоем ПСР-50КД с температурой пла-
вления 650—700°С. При этом способе обеспечиваются
простота конструкции и малые габаритные размеры
резца, К недостаткам пайки относятся нежелательный
нагрев кристалла алмаза до высокой температуры и
невозможность переточки алмаза без удаления из дер-
жавки с последующей повторной пайкой.
Механическое крепление (рис. 1, а) алмазов весом
более 0,5 карата производится с использованием
вставки, полученной способом порошковой металлургии.
Алмаз 2, обработанный по режущей части, крепится
к державке 4 с помощью вставки 3, винта 5 и планки 1.
Вставка 3 изготовляется из бронзового порошка
(медь — 80%, олово—15%, свинец — 5%) методом
прессования. Для этого в пресс-форму 8 (рис. 1,6) за-
сыпают бронзовый порошок 7, на который укладывают
о.цпы или несколько алмазов 6, причем обработанная
передняя поверхность должна быть обращена вверх.
11од давлением пуансона 9 нижняя необработанная сто-
111
рона кристалла входит в порошок, в котором образуется
негативный отпечаток нижней стороны кристалла.
После прессования бронзовый порошок спекают
вместе с алмазом при температуре 650° С. Полученную
таким образом заготовку разрезают на части и обра-
батывают по профилю паза в державке резца. В течение
процесса спекания и всей дальнейшей обработки алмаз
из вставки не вынимается.
Рис. 1. Механическое крепление алмаза в резце.
Шлифование и доводка рабочих поверхностей кри-
сталла алмаза производятся на справочном станке с по-
мощью вращающегося чугунного диска, шаржирован-
ного алмазным порошком. При доводке применяют
меньшие окружные скорости вращения чугунного диска,
и шаржирование его производится алмазными порош-
ками с меньшим размером зерен. Процесс шлифования
обеспечивает получение зеркальных поверхностей алма-
за с чистотой V12 4- V 13. Доводка обеспечивает
чистоту обработки V 13 4- V 14.
Доводка рабочих поверхностей резца применяется
для устранения мельчайших выкрашиваний и сколов на
режущих кромках резца, при этом достигается малая
шероховатость непосредственно самих режущих кромок
(V12-T- V 13). Процесс доводки является значительно
более трудоемким, чем шлифование.
Процесс изготовления алмазных резцов является
весьма сложным, поэтому в настоящее время организо-
112
ваиы централизованное изготовление и переточка алмаз-
ных резцов. Алмазный резец можно перетачивать
до 6—10 раз.
1
Рис. 2. Проходной упорный алмазный резец.
Конструкция алмазных резцов. Нормалями
ВНИИМаш 1 утверждены четыре типа расточных и три
типа проходных резцов.1 2
Рис. 3. Резцы свободного резания для обработки:
а — буртиков; б — фасок; в — торцовых поверхностей.
Проходной упорный резец с углом ф =90°, не преду-
смотренный нормалями, показан на рис. 2.
1 «Нормали машиностроения. Резцы алмазные». Стандартгиз.
М„ 1961.
2 Конструкции алмазных резцов, предусмотренные нормалями,
см. в статье Л. М. Руссковой.
Н Зак. № 455
113
В приборостроении применяются также резцы сво-
бодного резания с одной широкой режущей кромкой,
Рис. 4. Типы алмазных резцов, работающих по методу врезания.
работающие методом врезания (без продольной по-
дачи). Наибольшая длина режущей части у такого
Рис. 5. Конструкции державок часовых резцов.
резца зависит от размера кристалла алмаза и доходит
до 9 мм.
114
Резцы свободного резания применяются для декора-
тивного точения указанных на рис. 3 поверхностей и
обеспечивают получение зеркальной поверхности с чи-
стотой V 12 -т- V 14.
НИИЧаспромом разработана нормаль ОНС-87-63 на
алмазные резцы, работающие по методу врезания (рис. 4).
Конструкции державок для некоторых резцов показаны
па рис. 5, а и б. Алмаз 1 вместе с опорной 2 (рис. 5, а)
и прижимной 3 пластинками может поворачиваться
в горизонтальной плоскости. Закрепление деталей резца
на державке 6 производится посредством прижима 4 и
винта 5. Штифт 7 служит для фиксации деталей 2 и 3.
2. Геометрические параметры режущей части
алмазных резцов
Для повышения прочности алмазных резцов перед-
ний угол у выполняют отрицательным (до —10°),
а задний угол а принимают равным 8 -г- 12°. Таким
ф образом, угол заостре-
& qj ния Р у алмазных рез-
Дов достигает 90°.
/Хг Для сравнения мож-
z \ но указать, что угол
заострения |3 при
Рис. 6. Переходные режущие кромки точении алюминия у
алмазных резцов. быстрорежущего рез-
ца составляет 35°,
а у твердосплавного 55°; угол /.-—0.
Главный и вспомогательный углы в плане ср и
<Pi во многом определяют чистоту обрабатываемой по-
верхности. Условия резания при малых углах ср
ухудшаются, так как увеличивается радиальная сила
резания и соответственно повышается вибрация системы,
тго отражается на чистоте обрабатываемой поверх-
ности.
Для алмазных резцов угол ср принимают равным 45°
и более; вспомогательный угол в плане <pi для резцов
<• несимметричными режущими кромками должен быть
не больше 15°.
В алмазных резцах большое значение приобретают
переходные режущие кромки, сопрягающие главные и
вспомогательные. Применяются также криволинейные
в*
115
переходные режущие кромки (рис. 6, а) и прямолиней-
ные (рис. 6,6).
Переходные режущие кромки значительно повышают
прочность вершины резца.
При алмазном точении с небольшими глубинами
резания криволинейные переходные режущие кромки во
многом определяют чистоту об-
рабатываемой поверхности, так
как главная режущая кромка
часто в работе не участвует, а
резание производится только пе-
реходной режущей кромкой.
В резцах с закругленной вер-
шиной расстояние h от начала
сопряжения главной режущей
кромки с закруглением вершины
резца, измеренное вдоль оси рез-
ца (рис. 7), определяется следу-
ющей формулой:
Рис. 7. Резец с закруг-
ленной вершиной.
h = — sin-J) мм,
где г — радиус закругления вершины, в мм;
е — угол при вершине.
При е = 90° и глубине резания t = 0,1 мм главная
режущая кромка резцов с
Рис. 8. К расчету главного угла
в плане <р.
радиусом закругления вер-
шины более 0,3 мм в ра-
боте не участвует.
При малых подачах
(0,02—0,04 мм/об) и ма-
лых глубинах резания
(0,1—0,2 мм), применяе-
мых при алмазном точе-
нии, условия резания при
более плавном закругле-
нии вершины резца хуже,
чем при малом радиусе
закругления. Главный
угол в плане, соответствующий заданной глубине реза-
ния (рис. 8), определяют из ЛАОВ:
cos =
АО
ОВ
116
При глубине резания t— 0,1 мм и радиусах при
вершине г = 0,7 и г = 0,2 получим два значения глав-
ного угла в плане: ср = 31° и ф = 60°. Кроме того, при
малых подачах резец с большим радиусом закругления
вершины производит некоторое упрочнение (наклеп)
обработанной поверхности, что ухудшает ее чистоту.
Опытным путем установлено, что лучшие результаты
по чистоте поверхности дают алмазные резцы с радиу-
сом закругления 0,2—0,3 мм. Такие резцы можно
использовать для обтачивания и растачивания на токар-
ных и расточных станках.
Для декоративного точения можно рекомендовать
резцы с одной переходной режущей кромкой длиной
до 0,5 мм в виде фаски, параллельной оси обрабатывае-
мой детали (см. рис. 6,6).
При обработке фаска резцов с одной переходной
режущей кромкой должна быть установлена строго
параллельно оси обрабатываемой детали. В данном
случае переходная режущая кромка является полирую-
щим элементом, она заглаживает оставшиеся неров-
ности, и шероховатость поверхности получается мини-
мальной.
Установлено, что резцы с прямолинейными переход-
ными режущими кромками при их установке парал-
лельно оси обрабатываемой детали обеспечивают
чистоту обработанной поверхности VlO-e-V И клас-
сов, т. е. лучшую, чем резцы с закруглением. Поэтому
их применение можно рекомендовать для декоративного
точения.
В табл. 1 даны геометрические параметры режущей
части резца свободного резания.
Резцы свободного резания обеспечивают самые вы-
сокие классы чистоты обрабатываемой поверхности. Это
объясняется тем, что при свободном резании (без про-
дольной подачи) неровности режущей кромки пере-
даются, копируются на обрабатываемой поверхности и
образуют так называемую поперечную шероховатость,
по которой судят о чистоте поверхности. Так как все
алмазные резцы обладают весьма ровными режущими
кромками с малой шероховатостью, то и деталь
обрабатывается с высокой чистотой. На рис. 9 пока-
зана профилограмма режущей кромки резца свободного
резания, снятая с помощью ощупывающей лопаточки на
117
Таблица 1
Геометрические параметры режущей части резца
свободного резания
Длина режущей
т +0,5
кромки L
Вес кристалла
алмаза, каратов
2
4
6
8
9
0,4
0,85
1,35
2
3
д=0,2—0,4 мм; 6=0,6 мм;
я-11 =4°; ^=84-10°;
10; Х=6-=-9°
профилографе Левина ИЗП-5. Шероховатость режущей
кромки Я z = 0,08, что соответствует V 13.
Рис. 9. Профилограмма режущей кромки резца свободного
резания (вертикальное X 2000, горизонтальное X 50).
Угол наклона режущей кромки X для резцов свобод-
ного резания при обтачивании деталей диаметром 20—
40 мм принимается равным 6 ч- 9°.
3. Установка токарных резцов
На токарных станках установка алмазных резцов
производится обычными способами; вершина резца
должна находиться в плоскости, проходящей через ось
обрабатываемой детали. Для этого вершину резца
совмещают с центром передней бабки станка. Резцы
с закругленной вершиной не требуют точной установки
относительно обрабатываемой поверхности, а резцы
с прямолинейной переходной режущей кромкой уста-
навливаются такихм образом, чтобы полирующая кромка
была параллельна оси обрабатываемой детали.
118
Так же устанавливается режущая кромка резцов
свободного резания.
Главная режущая кромка проходного упорного
резца (см. рис. 2) фиксируется по предварительно обра-
ботанной торцовой поверхности детали.
Расточные резцы закрепляются в борштангах, диа-
метр которых D должен быть но возможности большим;
в среднем он берется равным 0,8 диаметра обрабатывае-
мого отверстия. Длина L не должна превышать пяти
диаметров борштанги, диаметр D[ — не меньше обра-
батываемого отверстия.
Рис. 10. Крепление расточных резцов.
Для увеличения жесткости борштанги изготовляются
из материалов с высоким модулем упругости.
На рис. 10, а показано крепление алмазного резца
в борштанге с помощью двух винтов 1. Установка резца
на требуемый размер производится с помощью винта
с мелкой резьбой. Однако при этой конструкции точное
перемещение резца возможно только в одном напра-
влении.
Конструкция, в которой перемещение резца произво-
дится в обе стороны, показана па рис. 10, б. Хвостовик
резца имеет резьбу, а гайка надевается па хвостовик
119
и перемещает резец. Для отсчета перемещения резца
на торцовой части гайки нанесены деления.
Для точного регулирования положения резца можно
использовать винт с дифференциальной резьбой, кото-
рый ввинчивается одновременно в борштангу и резец.
Перемещение резца вдоль оси за один оборот винта
равно разности шагов дифференциального винта. Если,
например, винт имеет с одной стороны резьбу с шагом
0,6 мм, а с другой с шагом 0,5 мм, то резец за один
оборот винта переместится на 0,1 мм.
На рис. 10,в показан другой способ регулирования
резца. На торце винта 7 нанесена спиральная резьба,
которая входит в соединение с рейкой, нарезанной па
боковой поверхности резца 2. Вращение винта 1 произ-
водится ключом.
Конструкция, в которой перемещение резца, закреп-
ленного в державке 1, производится от винта 2, пред-
ставлена на рис. 10, г. Штифты 3 не дают державке 1
проворачиваться вокруг оси. При обработке сквозных
отверстий резец устанавливается под прямым углом
к оси отверстия, а при расточке глухих — под углом 45°.
На рис. 10,д показана конструкция с креплением резца
под углом 45°. Резец закреплен во втулке 1. Лимб 2 на-
винчивается на втулку 1 и своей конической частью
устанавливается в борштанге.
В отверстии борштанги имеются два шпоночных
паза, в которые входят выступы, расположенные па
конце втулки 1 и предохраняющие ее от проворачива-
ния. Втулка удерживается в борштанге винтом 3 и
фланцем 4.
4. Выбор режима резания
Наряду с основными параметрами режима резания
(скорость, подача и глубина) важно установить влияние
охлаждения алмазных резцов на чистоту обрабатывае-
мой поверхности. При точении всухую деталей из алю-
миния и его сплавов па передней поверхности алмазных
резцов образуется нарост алюминиевого сплава. Этот
нарост плотно прилегает к передней поверхности резца,
резко ухудшая условия резания и чистоту обрабатывае-
мой поверхности. Кроме того, нарост может вызвать
разрушение алмазного резца.
120
На рис. 11, а показан график, определяющий зави-
симость шероховатости поверхности от скорости реза-
ния при обработке деталей из сплава Д1-Т без охла-
ждения. Из опытных данных и графика следует, что
при точении без охлаждения в диапазоне скоростей
резания 90—410 м!мин на передней поверхности резца
образуется нарост, ухудшающий чистоту обрабатывае-
мой поверхности.
С увеличением скорости резания до 725 м!мин и
выше нарост срывается с поверхности резца, и чистота
обрабатываемой поверхности улучшается. Таким обра-
зом, точение деталей из алюминия и его сплавов всухую
возможно при скорости резания 700 м/мин и выше.
Опытным путем установлено, что с охлаждением алмаз-
ных резцов спиртом, керосином или эмульсией при точе-
нии деталей из алюминия и его сплавов нарост на рез-
цах не появляется, и в этом случае скорость резания
не влияет на чистоту обрабатываемой поверхности, по-
этому скорости резания могут быть приняты неболь-
шими.
При точении латуни, бронзы и других цветных
металлов на алмазных резцах нарост появляется при
очень малых скоростях резания (до 1 м/мин). Начиная
с 13 м/мин нарост не образуется. Таким образом, точе-
ние деталей из указанных цветных металлов проход-
ными и расточными резцами можно производить
всухую. При точении широких поясков резцами свобод-
ного резания следует применять охлаждающую жид-
кость, так как при этом уменьшаются работа трения и
радиальная сила резания, что способствует уменьшению
горизонтальных колебаний системы станок—деталь—
инструмент и волнистости обрабатываемой поверхности.
В качестве охлаждающей жидкости в данном случае
для латунных деталей применяют сульфофрезол или
вазелиновое масло.
Опытным путем установлено, что скорость резания
в пределах 13—775 м/мин при точении деталей из ла-
туни ЛС59-1 и сплава Д1-Т практически не влияет на
чистоту обрабатываемой поверхности. Это объясняется
тем, что при отсутствии нароста (обработка сплава
Д1-Т проводилась с охлаждением) скорость резания
не влияет на механизм образования микронеровностей.
Указанный вывод имеет большое практическое значе-
121
a)
V, м/мин.
5. мм /об.
Рис. И. Влияние режима обработки на шероховатость поверхности
1 — сплав ЛС59-1; 2 — сплав Д1-Т.
122
ние, которое заключается в том, что для получения
высокой чистоты поверхности деталей нет нужды при-
менять очень высокие скорости резания и придавать
шпинделю токарного станка большие числа оборотов,
что приводит к повышению вибрации системы.
Скорость резания при алмазном точении должна
быть выбрана такой, при которой обеспечиваются
достаточная производительность процесса и простота
конструкции шпинделя станка, обеспечивающая мини-
мальную вибрацию системы. При необходимости алмаз-
ное точение можно выполнять с очень высокими скоро-
стями резания (выше 1000 м/мин).
Влияние подачи на чистоту поверхности установлено
опытным путем. Из графика, приведенного на рис. 11,6,
следует, что лучшая чистота поверхности обеспечивается
при малых подачах (0,02—0,04 мм/об). При увеличении
подачи до 0,1 мм/об чистота поверхности ухудшается
на два класса.
Таким образом, при точении алмазными резцами
следует применять подачи в пределах 0,02—0,04 мм/об,
поэтому токарные станки для алмазного точения
должны иметь малые подачи. Глубина резания в преде-
лах 0,025—0,15 мм незначительно влияет на чистоту
обрабатываемой поверхности. Следовательно, при ал-
мазном точении можно установить глубину резания
в пределах 0,1—0,15 мм, и припуск па точение, равный
0,2—0,3 мм на диаметр, может быть снят за один про-
ход; операционный допуск можно установить по 4-му
классу точности.
Для резцов свободного резания глубина резания
равна ширине протачиваемой поверхности (пояска или
фаски). Поперечная подача должна быть в пределах
0,003—0,007 мм/об-, припуск на обработку — при-
мерно 0,1 мм.
Скорость резания рекомендуется применять в пре-
делах 200—350 м/мин.
5. Станки для алмазного точения
Токарный станок для декоративного точения дол-
жен обеспечить чистоту обработанных поверхностей про-
ходными резцами в пределах V 10-*- VII, а резцами
свободного резания—V12-*-V14. Для достижения
123
столь высокой чистоты обработки необходимо прежде
всего уменьшить вибрацию упругой системы станок—
деталь—инструмент, точнее, необходимо устранить
взаимоколебания в горизонтальной плоскости между
деталью и резцом в направлении, перпендикулярном
оси шпинделя станка.
Помимо того станок должен располагать малыми
плавными автоматическими подачами в диапазоне
Рис, 12. Токарный станок для декоративного алмазного точения.
0,005—0,05 мм/об. Поскольку чистота поверхности при
обработке алмазным резцом практически не зависит от
скорости резания, то при декоративном точении токар-
ный станок может располагать одним числом оборотов
без коробки скоростей.
На рис. 12 показан токарный станок с пневмогидро-
еуппортом, модернизированный для алмазного декора-
тивного точения. Электродвигатель 2 с числом оборо-
тов 1400 в минуту установлен отдельно от станка, но на
одной оси со шпинделем станка на специальной
тумбе / жесткой конструкции. Соединительная муфта 3
состоит из диска с двумя поводковыми пальцами и
чашки с губчатой резиной, в которую эти пальцы вхо-
дят. Для уменьшения вибрации ротор электродвигателя
динамически отбалансирован. Тумба 1 жестко забетони-
124
ровапа в полу цеха, а ножки станка установлены на губ-
чатую резину.
Особое внимание обращено па качество изготовле-
ния шпинделя, который устанавливается в двух бронзо-
вых подшипниках. Шпиндель имеет две цилиндрические
шейки, которые прошлифованы с высокой точностью.
Радиальное биение шпинделя после модернизации не
превышает 0,002 мм, торцовое — 0,003 мм.
Рис. 13. Ппевмогидросуппорт.
Пневмогидросуппорт б жестко крепится к неподвиж-
ной части 5 верхних салазок. Шток поршня суппорта
с помощью тяги соединен с подвижной частью 4 верх-
них салазок. Ходовой винт из верхних салазок вынут,
таким образом, подвижная часть 4 верхних салазок осу-
ществляет рабочий и холостой ход только от ппевмогид-
росуппорта. Верхние салазки соединены с нижними са-
лазками 7 через поворотную часть с лимбом 8. Благо-
даря этому верхние салазки могут быть повернуты во-
круг вертикальной оси.
Установка резца па глубину резания производится
е помощью нижних салазок. При повороте верхних са-
лазок можно протачивать конические поверхности, а
при повороте па 90° — обрабатывать торцовые поверх-
ности.
125
На рис. 13 показан внешний вид пневмогидросуппор-
та. На штуцер 4 надевается резиновый шланг от воз-
душной сети с рабочим давлением воздуха 3—4 атм.
Рукоятка 5 крана открывает доступ сжатого воздуха
в цилиндры с маслом. Шток 1 поршня, соединяемый
тягой с салазками суппорта ставка, при повороте ру-
коятки 5 па себя перемешается в направлении стрел-
ки 6\ за это время осуществляется рабочее движение
подачи. При повороте рукоятки 5 от себя шток уско-
ренно возвращается назад в направлении стрелки 3, и
за это время осуществляется обратный (холостой) ход
суппорта. Скорость подачи регулируется рукояткой 2
дросселя.
В корпусе пневмогидравлического устройства выпол-
нены три цилиндрических отверстия. Верхние два ци-
линдра иа % объема залиты авиационным маслом
MC-IV.
Рабочий ход пневмогидросуппорта равен 60 мм, пря-
молинейность движения па длине 60 мм— 0,01 мм; наи-
большая скорость подачи—180 мм/мин (0,13 мм/об);
наименьшая скорость подачи — 7 мм]мин (0,005 мм/об);
скорость холостого хода—180 мм/мин. Таким образом,
единственной вращающейся деталью станка является
шпиндель.
В табл. 2 приведены результаты проверки вибрации
станка после его модернизации, откуда следует, что эла-
стичная муфта 3 (см. рис. 12) значительно снижает ам-
плитуду колебания передней бабки и, следовательно,
Таблица 2
Результаты проверки станка после модернизации
Параметры Вибрация в горизонталь- ной плоскости параллельно оси шпинделя Вибрация в горизонталь- ной плоскости перпендикуляр- но оси шпинделя Вибрация в вертикальной плоскости
тумба перед- няя бабка тумба перед- няя бабка тумба перед- няя бабка
Амплитуда колеба- ний, в мм ...... 0,0055 0 0,055 0,006 0,028 0,007
Частота колебаний, в гц ........ . 25 25 25 25 25 25
126
шпинделя станка. Но главное заключается в том, что
на станке после модернизации взаимоколебания суп-
порта и передней бабки устранены.
6)
На рис. 14, а показаны осциллограммы горизонталь-
ных колебаний суппорта и передней бабки станка в на-
правлении, перпендикулярном оси шпинделя. Из осцил-
127
лограмм следует, что колебания происходят синхронно
в одной фазе и с одними амплитудами, а взаимоколеба-
ния между суппортом и передней бабкой отсутствуют.
Объясняется это тем, что ножки станка для алмазного
точения установлены на резиновые опоры, а суппорт
станка жестко прикреплен к станине, поэтому весь ста-
нок незначительно вибрирует как одно целое относи-
тельно иола цеха.
Для сравнения на рис. 14, б показаны осциллограм-
мы колебания суппорта и передней бабки токарного
станка модели 1Е61. Здесь имеются значительные взаи-
моколебания между суппортом и шпинделем. Шерохо-
ватость обрабатываемой поверхности возрастает с появ-
лением горизонтальных взаимоколебаний обрабатывае-
мой детали и резца в направлении, перпендикулярном
оси шпинделя; поэтому чистота поверхности детали,
обработанной па станке 1Е61, значительно хуже
(па три-четыре класса) поверхности, обработанной на
станке для алмазного точения при одних и тех же усло-
виях.
Рассмотренный станок для декоративного алмазного
точения обеспечивает чистоту поверхности при обработ-
ке проходными алмазными резцами V 10-j-V 11-го клас-
сов и резцами свободного резания V 12-5-V 14-го клас-
сов чистоты.
Для точения алмазными резцами свободного реза-
ния (по методу врезания) могут быть использованы
двухшпиндельные полуавтоматы 1046У.
Полуавтомат используется для обработки в патроне.
Наибольшие диаметр и длина обрабатываемой детали
составляют соответственно 60 и 35 мм. Станок работает
по полуавтоматическому циклу: установка и съем де-
талей производятся вручную, а все рабочие и вспомога-
тельные приемы — автоматически. Одновременно на
станке могут обрабатываться две детали; для охлажде-
ния применяется вазелиновое масло.
Полуавтоматы 1046У целесообразно применять для
обработки деталей па вторых операциях в серийном и
массовом производстве.
Как известно, станки общего назначения по точности
делятся на пять классов: нормальные, повышенной точ-
ности, высокой точности, особо высокой точности и
особо точные.
128
Для топкого точения и растачивания с целью полу-
чения точных цилиндрических и конических поверхно-
стей с V9 — V10 классами чистоты могут быть
использованы токарные станки общего назначения, со-
ответствующие классу станков особо высокой точности
п особо точных. Эти станки должны иметь высокие по-
казатели в отношении виброустойчивости, а взаимоко-
лебания между резцом и деталью доведены до мини-
мальной величины.
Для топкого растачивания могут быть применены
алмазнорасточные станки моделей 2706, 2712 и 2714 в
двухстороннем и одностороннем исполнении. Однако
эти станки не обеспечивают высокой чистоты обрабаты-
ваемой поверхности, поэтому при обработке необходимо
создать более виброустойчивую систему.
II. Тонкое фрезерование алмазными фрезами
Этот вид обработки применяется в следующих слу-
чаях:
а) для декоративного фрезерования плоскостей де-
талей из цветных металлов с чистотой поверхности
VIOh-VH;
б) для обеспечения прямолинейности и плоскостно-
сти обрабатываемых поверхностей.
Алмазное фрезерование может заменить трудоемкий
процесс ручной обработки по шабрению точных (12—
14 пятен на 25 X 25 мм) плоскостей деталей из цветных
металлов.
/. Алмазные фрезы
Алмазное фрезерование производится с помощью ле-
тучих фрез, которые состоят из корпуса и закрепленных
в нем двух-трех резцов. Летучие фрезы работают по
методу деления глубины фрезерования.
Резцы летучей фрезы установлены на различных
расстояниях от оси вращения фрезы и от обрабатывае-
мой поверхности. Ближайший к оси вращения фрезы
резец является чистовым, а все последующие — черно-
вые. Все резцы могут быть алмазными либо алмазным
может быть только чистовой, а черновые твердосплав-
ными с пластинками ВК8.
п Зак. № 455
129
130
I
Рис. 16. Фрезерная державка.
В качестве алмазного резца можно рекомендовать
токарный проходной резец с углами в плане
<Р = <р( = 45° и токарный проходной упорный резец (см.
рис. 2) с углами в плане ф = 90° и <pi — 9°.
Гис. 17. Продольно-фрезерный станок для алмазного фрезерования.
Припуск па обработку распределяют равномерно
между черновыми резцами, но припуск на чистовой ал-
мазный резец не должен превосходить 0,1 мм.
На рис. 15 показана летучая фреза с двумя резцами.
Резец 1 твердосплавный, резец 2 — алмазный. Резцы
установлены таким образом, что l\ > 12 и /ii < h2. Твер-
досплавный резец 1 находится от осн вращения дальше
алмазного; он раньше ©ступит в работу и будет снимать
основной припуск детали. Алмазный резец 2 зачищает
предварительно обработанную резцом 1 поверхность,
снимая слой металла толщиной примерно до 0,1 мм.
I'.i.niocTb li—l2 — 2—3 мм, разность h2—hr — t, где I —
припуск на обработку алмазным резцом.
Установка резцов по высоте производится с помощью
ii.'iитки или щупа, расстояние резцов от оси вращения
ч*
131
фрезы определяется по линейке или по следу обрабо-
танной пробной детали.
На рис. 16 показана фрезерная державка для креп-
ления алмазных резцов. В корпус 1 устанавливаются
две разрезные оправки 2,
которые крепятся во вкла-
дыши 3 и 6. В цилиндриче-
ские отверстия разрезных
оправок 2 устанавливаются
алмазные резцы. Крепле-
ние алмазных резцов про-
изводится зажимом гаек 4.
Корпус 1 надевается на ко-
нус шпинделя и крепится
гайкой 5. Корпус 1 имеет
фаз. Перемещая вкладыш 3
Рис. 18. Крепление резца
в корпусе фрезы с помо-
щью прижима.
вдоль паза, можно в не-
больших пределах изменять
диаметр алмазной фрезы.
На продольно-фрезер-
ном станке (рис. 17), предназначенном для фрезерова-
ния картеров двигателей 2, установлена фреза 1 диа-
метром 700 мм. Эта фреза состоит из отбалансирован-
ного диска с закрепленными в нем тремя алмазными
резцами.
На рис. 18 показано крепление алмазного резца 2
с помощью прижима 1.
2. Выбор режима резания и станки для алмазного
фрезерования
Выбор скорости резания, подачи и глубины фрезе-
рования прежде всего определяется влиянием указан-
ных параметров на чистоту обработанной поверхности.
Влияние режима резания па чистоту фрезерованной
поверхности установлено опытным путем при обработке
летучей фрезой плоских образцов. Фреза имела два
резца — предварительный твердосплавный с пластинкой
ВК8 и чистовой алмазный проходной с углами в плане
Ф = (pi =45°, с закруглением при вершине г ==0,2 мм и
передним углом у = —10°.
Испытание проводилось на специально изготовлен-
ном вертикально-фрезерном станке, приспособленном
132
'i.'iM фрезерования стекла алмазокерамическими фреза-
ми. Шпиндель вертикальной головки имел одну скорость
вращения — 3000 об/мин, коробка скоростей отсутство-
вала; стол станка от коробки подачи имел большой диа-
пазон продольных и поперечных подач — в пределах
23—1180 мм/мин.
Общий припуск на фрезерование образцов соста-
влял 0,4—0,5 мм, припуск на обработку алмазным
резцом 0,1—0,15 мм. Работа производилась без охла-
ждения.
При опытном фрезеровании на указанном станке де-
талей из сплавов ЛС59-1 и Д1-Т с изменением скоро-
сти резания в пределах от 603 до 1093 м/мин шерохова-
тость поверхности незначительно изменялась в пределах
— 0,8—1 мк, что соответствует классам чистоты
V 10-ж- V 9.
Ввиду того что при фрезеровании алмазными фреза-
ми алюминиевых сплавов охлаждение не применяется,
рекомендуется во избежание появления нароста на ал-
мазном резце применять скорость резания выше
700 м/мин.
Для изменения скорости резания на указанном стан-
ке, а также для возможности обработки различных по
ширине деталей может быть применен набор летучих
фрез с различными диаметрами.
Влияние подачи при алмазном фрезеровании харак-
теризуется опытными данными, приведенными в табл. 3.
Обработка производилась указанной выше алмазной
Фрезой со скоростью резания 904 м/мин. Глубина фре-
зерования алмазным резцом равна 0,15 мм; твердо-
сплавным— 0,3 мм.
В результате было установлено, что при малых по-
дачах в пределах 0,008—0,04 мм/об чистота поверхно-
сти практически не меняется, а с дальнейшим увеличе-
нием подачи до 0,06 мм/об шероховатость увеличивает-
ся. При алмазном фрезеровании можно рекомендовать
применение подач в пределах 0,02—0,06 мм/об. С увели-
чением подач свыше 0,06 мм/об чистота поверхности
значительно ухудшается.
Алмазные резцы могут срезать за один проход очень
топкие слои металла (до 1 мк), но с уменьшением глу-
бины резания шероховатость поверхности не уменьшает-
ся. При алмазном фрезеровании глубину фрезерования
133
следует устанавливать исходя из размеров обрабатывае-
мых поверхностей, жесткости детали и общего припуска
на обработку. Глубина фрезерования может колебать-
ся от 0,05 до 0,15 мм.
Шероховатость обрабатываемой поверхности при ал-
мазном фрезеровании главным образом зависит от взаи-
моколебаний шпинделя и стола станка, направленных
Рис. 19. Фрезерный станок для алмазного фрезерования.
вдоль оси вращения шпинделя. Поэтому модернизация
фрезерного станка для обработки алмазными фрезами
прежде всего должна быть направлена к уменьшению
вибрации.
В зарубежной практике алмазное фрезерование при-
меняется для обработки блоков цилиндров двигателей,
картеров и деталей из легких сплавов, при этом отпа-
дает необходимость в последующем ручном шабрении
деталей.
На рис. 17 показан фрезерный станок фирмы
Landis-Lund для алмазного фрезерования, имеющий пе-
ремещение стола от гидропривода.
134
Таблица 3
Влияние подачи^на шероховатость поверхности
Подача, мм(об Подача, mmImiih Сплав ЛС59-1 Сплав Д1-Т
/?г ЛСК класс чистоты як класс чистоты
0,008 23 1,05 9 1 9
0,02 60 1 9 1 9
0,04 120 1 9 0,8 9—10
0,06 180 1,3 9 1,44 9
Алмазная фреза (рис. 18) состоит из отбалансирован-
ного диска с закрепленными в нем тремя алмазными
резцами. Диаметр диска равен 700 мм, скорость враще-
ния— 340 об/мин и скорость резания 700 м/мин. Ско-
рость подачи стола регулируется от гидропривода бес-
(тупенчато в пределах от 65 до 250 mm-Imuh. Обрат-
ный ход стола является ускоренным (3 м/мин). Работа
г ганка производится по полуавтоматическому циклу.
Двухшпиндельный продольно-фрезерный станок
(рис. 19) настроен для обработки алмазной фрезой
крышек подшипников авиационного двигателя. Детали
устанавливаются в многоместное приспособление и од-
новременно обрабатываются алмазными фрезами с
двух сторон. Крепление деталей производится от гид-
равлического устройства, установленного на столе.
Вертикально-фрезерные станки, даже повышенной
ючпости, не обладают достаточной виброустойчивостыо
и поэтому без соответствующей модернизации их
нельзя применять для тонкого фрезерования алмазными
Фрезами. Модернизация станка должна быть направ-
ила к повышению жесткости, уменьшению вибрации и
повышению точности прямолинейности продольного дви-
жения. Уменьшение вибрации можно осуществить пу-
|см применения вертикальной головки с электрошпин-
;н'лем и гидравлического привода продольного стола.
При алмазном фрезеровании на вертикально-фрезер-
ном станке для уменьшения шероховатости обрабаты-
ваемой поверхности необходимо устранить взаимоколе-
о.тнпя между столом и шпинделем головки в вертикаль-
ной плоскости.
135
Хорошая чистота поверхности (Х/Э-^-х/Ю),1 полу-
ченная при алмазном фрезеровании образцов (см.
табл. 3), прежде всего объясняется исключительно вы-
сокой виброустойчивостью головки вертикально-фрезер-
ного станка, которая имеет ряд конструктивных особен-
ностей, направленных к уменьшению ее вибрации.
Головка имеет одну вращающуюся деталь — электро-
шпиндель с числом оборотов 3000 в минуту. Ротор элек-
тродвигателя мощностью 1,7 кет закреплен на шпин-
деле, а статор крепится в корпусе. Для лучшего отвода
тепла наружная поверхность корпуса головки сделана
ребристой.
Электрошпиндель установлен на двух парах ради-
ально-упорных шарикоподшипников. Сборка подшипни-
ков выполняется с предварительным натягом. Шпин-
дель с ротором динамически отбалансирован. Охлаж-
дение подшипников производится с? помощью масляного
тумана, который подастся к подшипникам с помощью
трубочек.
Осевое биение шпинделя вертикальной головки со-
ставляет 1,5 мк, радиальное — 3 мк. Практически эта
головка не дает вибрации.
Если при декоративном фрезеровании нужно полу-
чить чистоту обрабатываемой поверхности 10 ч- 11-го
классов, то для достижения этого необходимо повысить
виброустойчивость не только головки, но и продольного
стола. Уменьшить вибрацию стола можно, применив гид-
ропривод. При этом необходимо обеспечить плавность
перемещения стола и бесступенчатое регулирование ско-
рости подачи в малых пределах (от 65 до 250 мм/мин).
Обратный ход стола должен быть ускоренным
(3 м!мин).
Прямолинейность н плоскостность поверхностей, об-
рабатываемых па вертикально-фрезерном станке, как
видно из схемы (рис. 20), может быть выдержана, если:
а) пепрямолинейность движения продольного стола
в вертикальной плоскости равна нулю;1 2
1 На обычных вертикально-фрезерных станках достигаемая чи-
стота поверхности при алмазном фрезеровании соответствует
V7 ч- V 8.
2 Для алмазного фрезерования пепрямолинейность движения
продольного стола в вертикальной плоскости должна быть не более
0,003 мк на 200 мм.
136
б) ось вращения шпинделя фрезы перпендикулярна
направлению подачи продольного стола (рис. 20, а).
Если ось вращения шпинделя не перпендикулярна
плоскости стола в поперечном направлении (рис. 20, б),
го обрабатываемая поверхность будет иметь плоскост-
ность, которая не будет параллельна основанию детали.
Если ось вращения шпинделя фрезы не перпендику-
лярна направлению подачи продольного стола, то об-
рабатываемая плоскость получит вогнутость (рис. 20,в).
Рис. 20. Кинематическая схема движений вертикально-
фрезерного станка.
Отклонение профиля сечения f от прямой (рис. 21) за-
висит от угла а наклона оси шпинделя и диаметра d
Фрезы при ширине b обрабатываемой детали d> b.
Из рис. 21 можно определить, что кривая профиля
сечения детали в вертикальной плоскости является про-
екцией образующей фрезы на эту плоскость.
Образующая фрезы является окружностью, а проек-
ция установленной наклонно окружности на вертикаль-
ную плоскость представляет собой эллипс, поэтому
уравнение профиля сечения есть уравнение эллипса, а
именно:
О)
1/1.0 d — диаметр фрезы;
к — угол наклона оси шпинделя.
137
Из рис. 21 следует, что отклонение профиля сечения
от прямой f равно разности малой полуоси эллипса и
отрезка у\, лежащего от кривой:
/--Jsina-y,. (2)
Из уравнения (1) определим величину у\ при
тогда
Т V 1-irsma.
(3)
Рис. 21. К расчету размера /.
Подставив значение yi в уравнение (2), получим по-
сле преобразования:
/=4sina[1 - Y"1 -?-]• (4)
Так, например, при d = 200 мм, b ==-180 мм и а=Г
f — 0,015 мм.
Следовательно, при алмазном фрезеровании на вер-
тикально-фрезерном станке вертикальная головка дол-
жна иметь регулировочные устройства, которые обеспе-
чивают строгую перпендикулярность оси вращения
шпинделя к направлению движения продольной подачи.
В. Д. Корсаков
ОБОРУДОВАНИЕ И АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
ТВЕРДОСПЛАВНОЙ ОСНАСТКИ
I. Специальные станки и установки
При изготовлении твердосплавной технологической
оснастки (штампов, пресс-форм и форм для литья под
I.•тлением) алмазная обработка их на специальных
< ганках и установках занимает одно из ведущих мест.
Плоское и круглое алмазное шлифование твердо-
главных деталей, входящих в конструкцию всех видов
технологической оснастки, производится на универсаль-
ных станках общего назначения. Для плоского шлифо-
вания используются станки моделей 371М, ЗБ71, Юнг,
I'. Верке и др. Круглое шлифование производится на
< ганках моделей 3110, 311А и др. Алмазное шлифова-
ние и доводка основных профилей рабочих элементов
технологической оснастки (матриц, пуансонов, пуансон-
матриц, знаков и тому подобных деталей), занимающие
и технологии изготовления твердосплавной оснастки
наибольший объем, производятся на специальных стан-
ках и установках. Наиболее эффективными в этом слу-
чае являются специальные профилешлифовальные и
координатношлифовальные станки.
1. Профилешлифовальные станки
Все современные профилешлифовальные станки по
методам обработки профилей деталей шлифованием мо-
жно разделить па три следующие группы:
139
1. Станки, основанные па принципе копирования
контура чертежа или шаблона, выполненных в увели-
ченном масштабе. Копирование контура шаблона или
натуральных размеров
чертежа и уменьшение его до
Рис. 1. Профи лешлифовальиый станок
фирмы Loewe.
производятся при
помощи панто-
графа.
2. Станки, осно-
ванные на принципе
совмещения обраба-
тываемого профиля
с соответствующим
профилем чертежа,
выполненным в уве-
личенном масштабе.
Профиль детали
проецируется в про-
цессе обработки на
чертеж в том же
масштабе увеличе-
ния.
3. Станки, осно-
ванные на принципе
геометрического по-
строения отдельных
участков профиля
при помощи мате-
матического рас-
чета и механическо-
го определения ко-
ординатных размеров этих участков, связанных целым
профилем.
Станок фирмы Loewe (рис. 1) предназначен для
шлифования с высокой точностью сложных наружных
профилей пуансонов, составных матриц, шаблонов и
тому подобных деталей любого профиля.
Принцип работы станка основан на копировании
увеличенного контура чертежа с уменьшением его до
натуральных размеров при помощи пантографа.
Шлифование деталей с профилем, расположенным
по окружности, производится при помощи специальных
приспособлений, приложенных к станку.
140
Станок позволяет обрабатывать детали из закален-
ных сталей и твердого сплава.
Техническая характеристика
Размеры профиля обрабатываемой плоской детали, мм:
при непосредственном шлифовании . 10x10
при комбинированной обработке . . . 150x00
Максимальная толщина шлифуемой детали,
мм...................................48
Основные движения суппортов шлифовальной головки:
поворот нижнего суппорта, град. . . . -f-45-4-90
перемещение нижнего суппорта в по-
перечном направлении, мм .... 95
поворот верхнего суппорта, град. . . ±45
перемещение верхнего суппорта в
продольном направлении, мм . . . 150
Поворот шлифовальной головки вокруг
горизонтальной оси, град,............±10
Поворот шлифовальной головки в верти-
кальной плоскости, град..............От 0 до 30
Длина хода шлифовальных салазок, мм . 50
Число двойных ходов шлифовальных са-
лазок, мин...........................45 и 90
Основные перемещения стола станка, мм:
вертикальное ................... 100
продольное ..................... 150
поперечное ..... ................. 60
Шлифовальный круг:
максимальный диаметр, мм.........125
число оборотов в минуту........ 3200
Увеличение микроскопа................Х20
Максимальная рабочая площадь чертеж-
ного стола, мм.................. 500x500
Электродвигатель станка, кет.........0,5
Электродвигатель пылесоса, кет . ... . 0,5
Габариты станка, мм.................. 1420ХЮ20Х
Х1540
Вес станка, кг.......................1080
Обработка профилей деталей на станке Loewe про-
п шодится в следующем порядке. На одном конце пан-
ки рафа закреплена игла, которая передвигается по ли-
нии увеличенного в 50 раз контура профильного черте-
/|..|, приколотого к плоскости чертежного стола станка;
шорой конец пантографа соединен с подвижной сеткой
микроскопа, жестко установленного на кронштейне ста-
..ня. Благодаря тому, что отношение плеч пантографа
141
равно 50: 1, сетка микроскопа, а следовательно и цент-
ра ее перекрестий точно повторяют контурную линию
чертежа профиля, уменьшенную в 50 раз.
Деталь закрепляется на столе станка так, чтобы
предназначенный к обработке участок ее профиля нахо-
дился в поле зрения микроскопа, а весь профиль выве-
ряется с учетом припуска па шлифование. Это осущест-
вляется путем перемещения иглы пантографа по всему
контуру профиля чертежа и одновременным наблюде-
нием через микроскоп за тем, чтобы центр перекрестия
сетки нс выходил бы за пределы контура детали.
После окончательного закрепления детали игла пан-
тографа устанавливается па начало линии профиля.
Шлифовальный круг вручную подводится к детали дву-
мя координатными столами шлифовальной головки.
Шлифование производится до тех пор, пока обрабаты-
ваемый участок профиля не совпадет с перекрестием
сетки микроскопа. Все наблюдение за процессом обра-
ботки ведется через микроскоп.
После окончания обработки первого участка шлифо-
вальный круг отводится от детали, игла пантографа пе-
ремещается на следующий участок профиля чертежа
примерно на 1 мм (что соответствует перемещению пе-
рекрестия сетки на 0,02 мм), затем шлифовальный круг
снова подводится к детали, и производится шлифование
второго участка до совмещения контура его с центром
перекрестия. Так же обрабатывается третий и все после-
дующие участки профиля. Чем па большее количество
отдельных участков разбивается общий профиль и на
меньшую величину передвигается игла пантографа, тем
плавнее и точнее обрабатывается профиль детали. Пря-
мые участки профиля шлифуются путем перемещения
суппортов и шлифовальной головки или стола станка,
в зависимости от расположения линий этих участков.
Шлифовальный круг помимо уже указанных пере-
мещений в горизонтальной плоскости и вращения имеет
возвратно-поступательное движение в вертикальной
плоскости (или под углом для специальных случаев),
что обеспечивает обработку равного профиля по всей
высоте детали.
Детали, профиль которых выходит за размеры
10 X 10 мм, шлифуются по отдельным участкам со сменой
чертежа и соответствующей выверкой детали относи-
142
Рис. 2. Профилешлифовальиый
станок модели 31195.
основан на копировании
сольно нового чертежа, что является довольно сложной
операцией и значительно снижает точность обработки
сравнительно больших профилей.
Точность обработки профиля без смены чертежа со-
ставляет 0,01 мм, чистота обработки V 7-й класс.
Станки фирмы Loewe имеют следующие недостатки:
1) не обеспечивают
возможности обработки
деталей по замкнутому
профилю без съема и пе-
рестановки ее на столе и
шлифование криволиней-
ных участков профиля по
точной плавной линии
без микроплощадок;
2) обработка точного
сложного контура огра-
ничена размерами 10 X
X 10 мм;
3) работа на станке
утомительна и малопро-
изводительна.
Станок фирмы Mikro-
inat модели SWPo-50
предназначен для шли-
фования сложных наруж-
ных профилей пуансонов,
составных матриц, шаб-
лонов и тому подобных
деталей любого профиля.
Принцип работы станка
увеличенного контура чертежа с уменьшением его до
натуральных размеров при помощи пантографа.
Шлифование деталей с профилем, расположенным
ио окружности, производится при помощи специального
устройства.
Техническая характеристика станка фирмы Mikro-
inat, метод обработки профилей деталей, достоинства
и недостатки практически те же, что и у станков фирмы
I .oewe.
Конструктивно станок Mikromat отличается от стан-
ка Loewe тем, что помимо микроскопа с подвижной сет-
кой он имеет экран диаметром 210 мм, на который прое-
143
цируется перекрестие сетки микроскопа и участок про-
филя обрабатываемой детали. Это усовершенствование
значительно облегчает труд рабочего, снижает утомляе-
мость и повышает производительность. Кроме того, эк-
ран может быть использован для закрепления чертежа
с вычерченным контуром профиля; в этом случае ста-
нок может работать по принципу оптического профиле-
шлифовалыюго станка модели 395М (см. стр. 146). Но
в связи с тем что профиль обрабатываемой детали прое-
цируется па экран с увеличением всего лишь X 25, точ-
ность обработки сравнительно низка.
Станок модели ЗП95 завода имени Ильича (рис. 2)
предназначен для шлифования с высокой точностью и
чистотой поверхности сложных наружных профилей пу-
ансонов, составных матриц, шаблонов и других подоб-
ных деталей любого профиля.
Техническая характеристика
Наибольшие размеры обрабатываемой
плоской детали, мм................ . . 150x60
Наибольшая толщина детали, мм . . . .50
Наибольший диаметр круглой детали, мм 100
Рекомендуемый масштаб копирования:
наибольший...........................1:1
наименьший........................1:20
Наибольшие размеры шаблона, мм . . . 400x150
Рабочая площадь стола шаблона, мм . . . 730x150
Наибольшее перемещение стола шаблона,
мм\
продольное ........................... 120
поперечное ....................... 120
Рабочая площадь стола детали, мм . . . 140x 350
Вертикальный ход стола детали, мм . . . От 0 до 60
Число двойных ходов столов детали
в минуту.............................. 47, 56, 77
Размеры шлифовального круга, мм . . . 130 x32 x3
Число оборотов шлифовального круга
в минуту.............................. 3560—4570
Число электродвигателей...............2
Общая мощность установленных на станке
электродвигателей, кет...........1,2
Мощность главного привода, кет .... 0,6
Габариты станка, мм................... 1500Х1200Х
Х1500
Вес станка, кг........................950
144
Метод обработки профиля основан па обходе кон-
। \ ра шлифовальным кругом по копиру-шаблону, закреп-
•в ипому па шаблонном столике станка.
Связь шлифовального круга с копиром осущест-
виястся через пантограф, отношение величины плеч
|.<>горого может изменяться в пределах от 1:1 до 20: 1
и швисимости от масштаба увеличения копира.
Шлифование производится за счет перемещения
вручную или автоматически копировального пальца, за-
крепленного на одном конце пантографа, по профилю
i.niiiipa. В результате этого перемещения шлифоваль-
ный круг, установленный в кронштейне, закрепленном
и.। втором конце пантографа, перемещается по траекто-
рии, точно соответствующей уменьшенному профилю
iJMinpa.
Шлифовальный круг, подведенный к детали, закреп-
'пчшой на столе, обрабатывает па ней профиль, равный
|раектории своего перемещения. Подача шлифовального
I.руга на глубину снимаемого слоя производится за счет
перемещения шаблонного стола. Поворот шлифоваль-
ного круга в положение, перпендикулярное профилю
п месте обработки, осуществляется параллелограммом,
। вязанным с копировальным пальцем пантографа. Стол
и ш али имеет возвратно-поступательное движение, чем
обеспечивается обработка равного профиля по всей
высоте детали. Замер обрабатываемой детали произво-
III гея универсальными или специальными ипструмен-
1.1 hi и в базовых (удобных для измерения) местах про-
филя. Остальные размеры профиля гарантируются ко-
пиром.
Копиры-шаблоны изготовляются из металла тол-
...ой 1—2 мм в масштабах от 1:1 до 20:1, опреде-
ляемых размерами и точностью профиля детали. Реко-
мендуется применять возможно больший масштаб уве-
1Ш1<ч1ия, который обеспечивает высокую точность обра-
батываемого профиля.
Обработка профиля детали па станке ведется по
lui'My периметру профиля последовательными слоями,
чк» обеспечивает сравнительно высокую чистоту поверх-
ности (до V 8 класса) с плавной правильной кривизной
микроуступов. Это выгодно отличает его от про-
фп.'кчплифовальных станков некоторых других моде-
'ii i’l
f11 : Ijhc. № 455
145
Точность обработки при хорошо выполненных копи-
рах с большим увеличением достигает 0,01 мм.
Недостатки станка следующие:
I) невозможность обработки по всему периметру
детали с замкнутым профилем без перестановки ее на
столе станка;
2) трудоемкость и высокая стоимость копиров для
обработки деталей единичного и мелкосерийного произ-
водства, в частности штампов;
3) ограничение габаритов обрабатываемых поверх-
ностей точных деталей (даже с односторонним профи-
лем) размерами 16—18 мм по крайним точкам про-
филя.
Оптический профилешлифовальный станок модели
395М (рис. 3) предназначен для шлифования с высокой
точностью сложных наружных профилей пуансонов,
составных матриц, шаблонов и тому подобных деталей
любого профиля.
Принцип работы станка основан на совмещении
обрабатываемого профиля с соответствующим профи-
лем чертежа. Чертеж профиля изготовляется в увели-
ченном масштабе, а профиль детали проецируется на
чертеж в том же масштабе увеличения.
Шлифование деталей с профилем, расположенным
по окружности, производится при помощи специального
приспособления, прилагаемого к станку.
Техническая характеристика
Размер профиля обрабатываемой плоской
детали, млг.
размер плоскости непосредственного
шлифования..........................ЮхЮ
размер плоскости при комбинирован-
ной обработке с помощью эталон-
ных плиток.......................150x60
Максимальная толщина шлифуемой детали,
мм..................................... 48
Основные движения суппортов шлифоваль-
ной головки:
поворот нижнего суппорта, град. . . . ±45
перемещение нижнего суппорта в по-
перечном направлении, мм .... 150
Поворот верхнего суппорта, град............ ±45
Перемещение верхнего суппорта в продоль-
ном направлении, мм.................... 130
140
Скорость’персмещения суппортов шлифоваль-
ной головки, мм/мин.................От 0,2 до
1,0 и от
4 до 20
Поворот шлифовальной головки вокруг го-
ризонтальной оси, град.................. ±10
Поворот салазок шлифовального шпинделя
вокруг горизонтальной оси, град......... ±10
Длина хода шлифовальных салазок, мм ... 50
Число двойных ходов шлифовальных салазок
в минуту.............................45 и 85
Основные движения стола станка, мм'.
вертикальное вместе с колонкой . . . 100
продольное перемещение............ 60
поперечное перемещение............ 150
Шлифовальный круг:
максимальный диаметр, мм............ 125
число оборотов в минуту............. 3500
Увеличение оптической системы.............. Х50
Рабочая площадь экрана, мм.............. 500x500
Число электродвигателей .................... 4
Общая мощность установленных на станке
электродвигателей, кет................. 1,45
Мощность главного привода, кет.............. 1
Габариты станка, мм....................... 1485Х
Х1600Х
Х2000
Вес станка, кг.......................... 1560
Метод обработки профиля основан на визуальном
совмещении контура обрабатываемой детали, увеличен-
ного в 50 раз специальной оптической системой и спро-
ецированного на экран с чертежом заданного профиля.
Чертеж выполнен на прозрачной кальке с увеличением
в 50 раз и закреплен на экране.
Обработка профиля детали, закрепленной на столе,
станка, производится путем перемещения шлифоваль-
ного круга по двум взаимно перпендикулярным коорди-
натам. Это перемещение происходит за счет движения
двух суппортов шлифовальной головки, осуществляемых
вручную или механически с помощью электродвигателей
постоянного тока.
Помимо вращательного и двух поступательных пере-
мещений в горизонтальной плоскости шлифовальный
круг имеет возвратно-поступательное движение, что
10* 147
обеспечивает обработку равного профиля по всей высоте
детали.
Деталь устанавливается на станке так, чтобы по
всему контуру или его части, подлежащей обработке,
оставался припуск.
Рис. 3. Оптический профилешли-
фовальный станок модели 395М.
Припуск снимается
шлифовальным кругом
последовательно на от-
дельных участках профи-
ля, при этом необходимо
внимательно следить за
тем, чтобы увеличенная
проекция кромки обраба-
тываемого контура на эк-
ране точно совпадала
с линией чертежа.
Детали, изображение
профиля которых не по-
мещается на экране, шли-
фуются по участкам. Пе-
реход от одного участка
к другому производится
за счет перемещения суп-
портов стола, на котором
закреплена деталь. В тех
случаях, когда по одному
чертежу обрабатывается
повторяемый профиль, пе-
ремещение суппортов сто-
ла контролируется с по-
мощью мерных плиток. Когда же на соседнем участке
обрабатывается профиль иной конфигурации, чем пре-
дыдущий, то передвигается или заменяется чертеж-каль-
ка, причем па новом участке чертежа или новом чертеже
должна быть линия части уже обработанного профиля,
являющаяся началом нового участка. В этих случаях
перемещение суппортов стола контролируется совмеще-
нием части контура обработанного участка профиля
с линией чертежа.
Такое достоинство станка позволяет обрабатывать
на нем детали со значительными размерами профиля
(вписывающегося в прямоугольник 150Х.60 мм), не
снимая их со стола станка.
148
При точно вычерченном и хорошо установленном на
и<ране чертеже точность обработки профиля доходит до
1,01 мм; чистота обработки V7 класс.
Недостатки станка:
1) нельзя обработать
всему периметру слож-
ным замкнутым профи-
лем, без съема и переста-
новки ее на столе станка;
2) перемещение шли-
фовального круга в систе-
ме прямоугольных коор-
динат при обработке кри-
волинейных участков про-
филя без автоматическо-
1о управления не обеспе-
чивает точной, плавной
кривой; в результате кри-
вые участки профиля
складываются из микро-
площадок.
Станок модели 1СПШ
(рис. 4) предназначен для
шлифования с высокой
точностью и чистотой по-
верхности сложных про-
деталь, ограниченную по
Рис. 4. Профилешлифовальпый
станок модели 1СПШ.
филей пуансонов, состав-
ных матриц, шаблонов и других подобных деталей,
('.ганок позволяет с геометрической точностью шлифо-
вать профили, составленные из дуг окружностей и пря-
мых линий, связанных координатными размерами.
Станок работает без увеличенных контурных черте-
жей и шаблонов-копиров.
Техническая характеристика
Наибольшая высота шлифуемого профиля, мм . 72
Наибольший радиус шлифуемого профиля, мм
выпуклого............................. 80
вогнутого............................. 50
Ход салазок верхней координатной системы, мм 125
Ход салазок нижней координатной системы, мм\
продольных.............................330
поперечных............................130
149
Поворот салазок верхней координатной системы,
град.....................................360
Точность поворота салазок верхней координат-
ной системы;
по лимбу, мин........................... 30
по блокам мерных плиток, мин............. 1
Число оборотов шлифовального круга в минуту 7000
Увеличение микроскопа........................Х25
В основу метода обработки профиля заложено по-
элементное шлифование отдельных участков, контур
которых является правильной геометрической линией
(дуга окружности или прямая). Положение этих участ-
ков в общем профиле определено размерами чертежа
или специально рассчитывается при составлении техно-
логического процесса обработки. Схема обработки про-
филя детали 2 показана на рис. 5.
Стол имеет следующее устройство, На нижнем кре-
стовом координатном суппорте с осями движения X и Y
установлен поворачивающийся на 360° диск 1. На этом
диске расположен второй координатный суппорт с осями
движения N и М, па котором установлена плита для
крепления обрабатываемой детали 2. Выше рабочего
стола на тумбе, жестко закрепленной на станине, уста-
новлен микроскоп 3, перекрестие сетки которого посто-
янно зафиксировано.
Поворот диска 1 осуществляется червячной парой
(не показанной па схеме). Нижний суппорт стола
с осями движения X и У устроен так, что при среднем
нулевом положении его обеих салазок ось вращения
поворотного диска совпадает с оптической осью микро-
скопа.
Принцип действия станка показан на примере шли-
фования детали 2.
Прежде чем установить деталь 2 на столе, необхо-
димо отвести каретку 4 на величину R1 в сторону от
шлифовального круга, так как кривизна профиля вы-
пуклая. Этим центр вращения стола устанавливается
на расстояние R1 от оптической оси микроскопа и
центра перекрестия сетки. Затем устанавливается на
верхней плите стола деталь 2 так, чтобы центр дуги ра-
диуса совпал с центром вращения диска, а сторона К
была расположена параллельно движению салазок 5.
Проверив правильность установки детали и равномер-
но
иость припуска на обработку посредством вращения
диска и перемещения салазок 6 и 7 с одновременным
наблюдением в микроскоп, окончательно закрепляют де-
таль. Затем шлифовальный круг подводится до сопри-
косновения с деталью, и поворотом диска по часовой
обратно против часовой
R2 производится шлифо-
стрелке на заданный угол и
стрелки до выхода во впадину
ванне детали по радиусу RL
Сектор шлифования на за-
данный угол производится по
упорам, установленным на по-
воротном диске.
Шлифовальный круг по-
дается на врезание до тех пор.
пока контур профиля обраба-
тываемого радиуса R1 не сов-
падет с центром перекрестия
микроскопа. Второй элемент
профиля — впадина R2 — обра-
батывается следующим спосо-
бом. Салазки 6 перемещаются
па величину Ь, а салазки 7 на
величину а, тем самым совме-
щается центр дуги радиуса R2
е. осью диска. Затем диск раз-
ворачивается на 90°, и салаз-
ки 4 перемещаются на величи-
ну R2 от среднего нулевого по-
ложения каретки. Шлифование
второго элемента профиля про-
изводится так же, как и пер-
Рис. 5. Схема обработки
профиля детали на станке
модели 1СПШ.
вого (R1).
Прямые участки профиля обрабатываются следую-
щим способом. Диск разворачивается на заданный чер-
тежом угол, пересчитанный от принятой базы, а размер
устанавливается салазками 4. В рассматриваемом слу-
чае для обработки поверхности К нужно салазки 6 и 7
установить в первоначальное положение, в котором они
находились в начале обработки дуги, а салазки 4 и 5 —
в среднее нулевое положение. Тогда центр дуги R1
совпадет с осью вращения диска и центром перекрестия
микроскопа. Развернув диск на 180°, переместив са-
лазки 4 на величину l = L — R1 и придав салазкам 5
151
возвратно-поступательное движение, обрабатывают по-
верхность К до совпадения ее поверхности с перекре-
стием микроскопа. Так же обрабатываются и другие два
участка профиля.
Таким же методом можно обработать любой откры-
тый профиль, составленный из дуг окружностей и пря-
мых линий.
Шлифовальный круг помимо вращательного и двух
поступательных движений в горизонтальной плоскости
имеет возвратно-поступательное движение, параллель-
ное вертикальной оси стола, что обеспечивает обработку
равного профиля по всей высоте детали.
Обработка профиля, основанная на законах гео-
метрического построения, обеспечивает точные, плавные
кривые и прямые участки без микроплощадок. Чистота
обработки V 8 класс. Точность обработки 0,01 мм, а при
особо точных установках — до 0,005 мм.
При помощи координатных столов и микроскопа воз-
можен контроль обработанного профиля без съема
детали со станка. Станок позволяет обрабатывать за
одну установку детали, ограниченные по всему пери-
метру сложным замкнутым профилем. Максимальный
габарит профиля, который возможно обработать за
одну установку детали, определяется прямоугольником
со сторонами 200 X 100 мм и радиусами, указанными
в технической характеристике.
Недостатком станка является сравнительно невысо-
кая точность отсчета перемещения салазок координат-
ных столов и поворота поворотного диска.
Станок модели Зр196 является модернизированной
конструкцией станка модели 1СПШ.
Основное различие заключается в том, что станок
Зр196 снабжен сменными электрошнинделями с числом
оборотов п{ = 11 400 и «2 = 5700 в минуту и механиче-
ским перемещением суппортов шлифовальной головки,
приводимыми в движение самостоятельными электро-
двигателями.
Техническая характеристика, принцип действия, ме-
тод обработки деталей, достоинства и недостатки станка
те же, что и у станка модели 1СПШ.
152
2. Координатношлифовалъные станки
Координатношлифовальные станки являются сравни-
тельно мало распространенным видом оборудования,
но небольшой опыт их применения в инструментальном
производстве убедительно доказывает рентабельность
•ггих станков.
Координатношлифовальные станки значительно по-
вышают качество обрабатываемых деталей, снижают
трудоемкость изготовления,
щий в результате дефор-
маций при термообработ-
ке, а в некоторых слу-
чаях создают возмож-
ность упрощать конст-
рукцию деталей.
Станок фирмы Hau-
ser модели 3SM (рис. 6)
предназначен для шли-
фования отверстий, свя-
занных координатными
размерами от базовых
поверхностей. Станок по-
зволяет обрабатывать ци-
линдрические и кониче-
ские отверстия, причем
для обработки конических
отверстий имеется специ-
альное устройство авто-
матического смещения
планетарного вращения
оси шпинделя. Станок ра-
ботает по принципу коор-
динатнорасточных стан-
ков. Прилагаемые к стан-
исключают брак, возникаю-
Рис. 6. Координатношлифоваль-
ный станок фирмы Hauser.
ку специальные приспособления дают возможность об-
рабатывать сложные профили, составленные из дуг
окружностей и прямых линий.
Техническая характеристика
Рабочая поверхность стола, мм .......... 250x400
Продольный ход стола, мм................ 200
Поперечный ход стола, мм................ 120
Вертикальное перемещение шпинделя, мм . 100
153
Скорость вращения шлифовального круга,
об/мин....................................От 16 000
до 80000
Подача ./шлифовального шпинделя па вреза-
ние, мм.................................. 0,002 -ь
0,004
Максимальный диаметр// обрабатываемого от-
верстия, мм............................. 40
Отсчет ходовых винтов координатного стола,
мм...................................... 0,001
Мощность двигателя, кет................... 1,5
Станок обеспечивает точность координатных разме-
ров между осями обрабатываемых отверстий до
0,003 мм, а точность гео-
метрических размеров от-
верстий — до 2-го класса.
Минимальный диаметр
обрабатываемого отвер-
стия равен 1 мм; чистота
обрабатываемых поверх-
ностей ?8ч- V9 классы.
I Станок позволяет про-
изводить контрольные из-
мерения в процессе об-
работки деталей, а также
выполнять функции кон-
трольно - измерительного
прибора, что, к сожале-
i нию, неправильно исполь-
зуется на некоторых
предприятиях.
К основному недо-
статку станка относятся
w „ ,, . ограниченные возможно-
сти обработки отверстий
Рис. 7. Координатпошлифоваль- сложных профилей.
ный станок фирмы Matrix. Станок фирмы Matrix
(рис. 7) предназначен для
шлифования круглых отверстий, связанных координат-
ными размерами от базовых плоскостей или между
собой. Принципиально станок основан на схеме работы
координатнорасточных станков и позволяет обрабаты-
вать круглые цилиндрические и конические отверстия,
а также отверстия типа пазов.
154
Основным назначением станка является шлифова-
ние круглых и конических отверстий, связанных между
собой точными координатными размерами, поэтому ме-
тодика обработки деталей на этом станке такая же, как
и на координатнорасточных станках.
Координатношлифовальный станок Matrix обеспечи-
вает высокие точности координатных размеров (до
0,002 мм). Его высокооборотные электрошпиндели дают
возможность обрабатывать отверстия диаметром до
2 мм при сравнительно нормальных скоростях резания
как для абразивного, так и для алмазного инструментов.
Чистота обрабатываемых поверхностей V 8-hV9 классы.
Станок позволяет производить контрольные измере-
ния в процессе обработки детали и может выполнять
функции контрольно-измерительного прибора.
Станок не приспособлен для шлифования сложных
профилей, и это является его основным недостатком.
Техническая характеристика
Рабочая поверхность стола, мм......... 455x305
Продольный ход стола, мм............305
Поперечный ход стола, мм............205
Максимальное перемещение шпиндельной
головки, мм.......................405
Максимальный ход шпинделя при воз-
вратно-поступательном движении, мм 75
Скорость вращения шлифовального круга, об/мин:
первого сменного электрошпинделя . 15000, 20000,
30000 и
40 000
второго сменного электрошпинделя . 30000,40000,
60 000 и
80 000
Число оборотов планетарного механизма
в минуту............................... 15—260
(регули-
руется бес-
ступенчато)
Скорость возвратно-поступательного дви-
жения шлифовального шпинделя,
мм/мин................................ 100—2000
Величина планетарного перемещения
электрошпинделя, мм:
общая.................................38
в одну сторону от нуля...........28
в противоположную сторону .... 10
155
Максимальный разворот каретки с элек-
трошпинделем ...................... 1°30'
Максимальный диаметр обрабатываемого
отверстия, мм.....................130
Отсчет ходовых винтов координатного
стола, мм.......................
цена деления лимбов..............0,02
отсчет по нониусу................0,001
Скорость механического перемещения
шпиндельной головки, мм/ман . . . 480
Скорость механического перемещения
координатных столов, мм/мин .... 800
Общая мощность электродвигателей, кет . 6
Станок модели 5КШС, разработанный ОКБ Ленсов-
нархоза (рис. 8), предназначен для окончательного точ-
ного шлифования круглых отверстий и отверстий слож-
ного профиля в деталях штампов, пресс-форм, форм для
литья под давлением и тому подобных деталях. Станок
позволяет обрабатывать отверстия, профиль которых
составлен из дуг окружностей и прямых линий, обеспе-
чивает точные геометрические размеры профиля и
координатные размеры между осями отверстий. Станок
работает без применения копиров и контурных черте-
жей.
Обработка круглых и конических отверстий произво-
дится по принципу работы внутришлифовальных стан-
ков, а обработка плоскостей — плоскошлифовальных и
внутришлифовальных станков. Метод обработки отвер-
стий сложного профиля основан на поэлементном
шлифовании отдельных участков, контур которых пред-
ставляет собой часть дуги окружности или прямую
линию. Обработка группы отверстий, взаимосвязанных
координатными размерами, так же как и .отверстий
сложного контура, производится путем перемещения
кареток координатного стола.
Указанные универсальные возможности стайка обе-
спечиваются его кинематикой и конструкцией.
Обрабатываемая деталь закрепляется па горизон-
тально расположенной поворотной планшайбе 4 (рис. 8),
смонтированной на крестовом столе. Этот стол в свою
очередь расположен па поворотном круге, имеющем
угловой лимб 3 диаметром 500 мм. Лимб в сочетании
с нониусом позволяет производить поворот планшайбы
156
с каретками с точностью до 2'. Координатные каретки
крестового стола смонтированы на шариковых напра-
вляющих, обеспечивающих перемещение без люфтов, и
снабжены ходовыми винтами, линейками и площадками
для установки концевых мер с индикаторными упорами.
Круглый стол с расположенным на нем крестовым сто-
Рис. 8. Координатношлифовальный станок модели 5КШС.
лом может вращаться при помощи механического при-
вода или маховичком вручную. Поворотный круг можно
закреплять неподвижно в любом угловом положении
с помощью рукоятки стопора 10. При вращении круг-
лого стола вручную можно ограничить центральный
угол его поворота, для чего стол снабжен двумя суха-
рями, закрепленными в кольцевом пазу, и выдвижным
упором 2, смонтированным на столе станка.
Основной стол 1, на котором расположена коорди-
натная система кареток, установлен на опорах качения
на станине станка и перемещается в продольном напра-
влении как вручную, так и механически.
157
Ручное перемещение стола может быть ускоренным
(при помощи шестерни и ходовой рейки) и замедлен-
ным (при помощи ходового винта). Механическое воз-
вратно-поступательное движение стола осуществляется
с помощью гидропривода. Кроме того, стол может быть
закреплен неподвижно с помощью стопорного приспо-
собления в любом положении в пределах своего хода.
Сзади стола в правой части станка установлена массив-
ная стойка, имеющая в верхней консольно выдвинутой
вперед части призматические направляющие, по кото-
рым перпендикулярно ходу стола перемещается суп-
порт 8.
На суппорте расположена каретка с гнездом для
электрошпинделя. С помощью ходового винта 5 и махо-
вичка 6 каретка с электрошпинделем может устанавли-
ваться в требуемом по высоте положении; независимо
от этого каретка с помощью электродвигателя имеет
возвратно-поступательное перемещение в вертикальном
направлении с длиной хода 0—70 мм. Регулирование
длины хода может производиться на ходу с помощью
специального устройства. Кроме того, каретку с электро-
двигателем можно повернуть вместе с направляющими
на угол ± 30°, при этом возвратно-поступательное дви-
жение будет происходить под углом к вертикали, что
необходимо для обработки конусных отверстий и по-
верхностей, расположенных под углом. Для установки
каретки суппорта под нужным углом поворотный круг
снабжен угловым лимбом.
Для обработки режущих граней матриц вырубных
штампов, имеющих малый уклон (30—45'), поворотный
круг каретки снабжен синусным упором, расположен-
ным на плече 100 мм от оси поворота. Это позволяет
с помощью концевых мер установить каретку на малый
угол. Суппорт со всеми расположенными на нем уст-
ройствами может перемещаться по направляющим
с помощью ходового винта на врезание.
Для осуществления перемещения суппорта ходовой
винт снабжен большим маховиком 9 и лимбом с ценой
деления 0,01 мм. Кроме того, подача суппорта на вре-
зание может производиться дискретно с помощью спе-
циального устройства. При нажатии до упора на
рычаг 7 этого устройства суппорт перемещается по
направляющим на 0,01 мм, что отмечается лимбом.
158
Рычаг 7 имеет малый угол поворота и отжимается
и исходное положение пружиной.
Это устройство гарантирует от слишком большой по-
дачи и при работе шлифовальными кругами малого
диаметра предохраняет тонкие оправки от искривления.
Оба способа перемещения суппорта независимы друг от
друга, и при переходе от одного способа перемещения
к другому не требуется каких-либо переключений.
Техническая характеристика
Площадь, охватываемая обработкой за
одну установку детали, мм............ 200x200
Диаметр обрабатываемого отверстия или
ширина паза, мм~.
минимальная....................2,5
максимальная ..................180
Уклон при обработке конусных отверстий,
град.................................До 30
Максимальная глубина обрабатываемого
отверстия, мм...................65
Вращение круглого стола:
ручное.........................Нет
механическое, об/мин...........12, 24 и 36
Точность отсчета при ручном повороте
круглого стола по нониусу лимба, мин 2
Число двойных ходов шлифовального
шпинделя, мин........................40 и 70
Число оборотов сменных электрошпинде-
лей в минуту......................... 36 000 и
72 000
Угол поворота каретки электрошпинделей,
град..............................±30
Точность поворота каретки, мин.:
по лимбу........................30
по синусному диску.............1
Продольное перемещение стола, мм . . . 1—10
Увеличение микроскопа................Х25
Мощность всех электродвигателей, кет . 3
Источник питания электрошпинделей . . Машинный
преобразо-
ватель на
1200 гц типа
48ГИС-1
Габариты станка, мм................. 1500ХЮ00Х
Х1400
Вес станка, кг.......................1200
159
Параллельно направляющим суппорта па специаль-
ной угловой стойке расположено измерительное устрой-
ство. При помощи ходового винта и маховичка каретка
перемещается по направляющим этого устройства в на-
правлении, параллельном перемещению суппорта. Ка-
ретка снабжена линейкой и площадкой для установки
концевых мер длины с индикаторным упором.
Оптическим измерителем станка служит угловой
монокулярный микроскоп 5 с увеличением X 25, фокус-
ным расстоянием 40 мм и сеткой с перекрестием.
Микроскоп закрепляется на каретке так, чтобы его
оптическая ось расположилась строго перпендикулярно
плоскости планшайбы.
Для настройки оптической трубы на резкость изо-
бражения при различной высоте верхней плоскости
обрабатываемой детали над планшайбой предусмотрено
ее вертикальное перемещение. В нижней части оптиче-
ской трубы смонтирован плафон с четырьмя лампоч-
ками подсветки.
При обработке круглых отверстий или радиусных
участков профиля стол станка устанавливается в такое
положение, при котором ось вращения круглого стола
и ось вращения электрошпипдсля находятся в одной
вертикальной плоскости, перпендикулярной ходу стола
(плоскость обработки).
При измерениях профиля сгол станка перемещается
влево в положение, при котором ось вращения круглого
стола и оптическая ось измерительного устройства нахо-
дятся также в вертикальной плоскости, перпендикуляр-
ной ходу стола (плоскость измерения).
Для точной установки оси круглого стола в пло-
скость обработки и в плоскость измерения на лицевой
стороне станины имеются специальные выдвижные
упоры.
Метод обработки сложного профиля покажем на
примере шлифования отверстия матрицы, профиль кото-
рого составлен из семи дуг окружностей и двух прямых
линий (рис. 9).
1. Обработка базовых плоскостей. Лимб
стола устанавливается па 0. Деталь 1 закрепляется па
планшайбе при помощи прижимов 2 (рис. 10).
Оптическим устройством станка определяется вели-
чина припуска С в продольном и поперечном направлс-
160
пнях, а показания лимбов координатного стола и опти-
ческой системы фиксируются в том положении, когда
припуск расположен равномерно по всему контуру.
Для обработки базовой плоскости перекрестие опти-
ки смещается на заданный размер от наивысшей точки
худущего контура отверстия до базовой плоскости.
Затем обрабатывается базовая плоскость. Припуск Ci
снимается при помощи механического возвратно-посту-
Рис. 9. Матрица, обработанная
на станке 5КШС.
Рис. 10. Установка матрицы на
столе станка при обработке
первой базовой плоскости.
нательного движения основного продольного стола и
возвратно-поступательного движения шпинделя. Кон-
|роль окончания обработки производится по ранее уста-
новленному перекрестию оптики.
Круглый стол разворачивается на 90°, перекрестие
оптики смещается на расстояние, равное размеру от
наивысшей точки будущего контура отверстия до обра-
батываемой базовой плоскости, и обрабатывается вто-
рая базовая плоскость, т. е. снимается припуск Са
(рис. 11).
Установка шлифовального шпинделя для обеспече-
ния угла уклона 45' на режущих кромках матрицы про-
изводится следующим образом. Маховичком 1 (рис. 12)
каретка шлифовального шпинделя поворачивается на
45' при помощи набора концевых мер 3 и синусного
упора 2. .
При установке детали в исходное положение оптиче-
ская ось измерительного устройства устанавливается
11 Зак. № 455
161
Рис. 11. Положение матрицы на
столе станка при обработке
второй базовой плоскости.
Рис. 12. Установка шлифо-
вального шпинделя на
угол 45°.
а)
Рис. 13. Установка детали
в исходное положение.
Рис. 14. Совмещение центра
дуги R5 с осью вращения стола.
162
на 0, и стол станка приводится в положение «измере-
ние».
Вращением винта поперечной каретки стола деталь
устанавливается так, чтобы грань продольной базовой
плоскости совпала с продольной линией перекрестия
микроскопа СС (рис. 13,а), при этом ось вращения
стола должна проходить через точку Е, лежащую на
линии СС. Для проверки стол поворачивается на 180е7,
при этом грань продольной базовой плоскости детали
нс должна смещаться с линии СС (рис. 13,6).
Вращением винта продольной каретки стола деталь
устанавливается так, чтобы грань поперечной базовой
плоскости совпала бы с поперечной линией перекрестия
DD, при этом вершина угла, образованного базовыми
плоскостями, должна совпадать с точкой Е (рис. 13, в).
При вращении стола вершина угла должна оставаться
в точке Е.
2. Совмещение центра дуги R5 с осью
вращения стола и обработка по этой дуге.
Ходовым винтом продольной каретки (рис. 14) деталь
перемещается на 15 + 5 = 20 мм влево, при этом центр
окружности R5 контура обрабатываемого отверстия ока-
жется на линии DD перекрестия оптики (см. рис. 13, s).
Ходовым винтом поперечной каретки деталь переме-
щается на 20 + 10 = 30 мм от себя, при этом центр
окружности R5 окажется на оси вращения стола и будет
совпадать с точкой Е перекрестия оптики (см. рис. 13).
Затем перекрестие смещается на 5 мм от оси стола,
проверяется величина припуска (рис. 15, а), и стол пере-
водится в положение «обработка». После этого вклю-
чается вращение круглого стола, вращение и возвратно-
поступательное движение шпинделя. Поперечным пере-
мещением каретки производится подача шлифовального
круга на врезание до тех пор, пока обрабатываемая
дуга не достигнет размера R5.
Измерение R5 производится периодически, для чего
стол переводится в положение «измерение».
Указателем окончания обработки является момент,
когда обрабатываемая поверхность радиусом R5 дойдет
до точки Е перекрестия оптики (рис. 15,6).
3. Совмещение центра дуг R10 с осью
вращения стола и обработка по дугам R10.
Ходовым винтом продольной каретки деталь переме-
11*
163
Рис. 15. Установка оптики
на размер 5 мм.
Рис. 16. Совмещение центра
дуги R2 с осью вращения стола.
Рис. 17. Совмещение центра дуги
R35 с осью вращения стола.
Рис. 18. Точки касания пере-
крестия оптики с дугами ра-
диусов R5 и R10.
164
•п.к гея на 20 мм влево (от положения, при котором
•н|>.||)атывалась дуга R5). Перекрестие оптики сме-
bi.ii гея на 10 от оси стола. Затем включается вра-
||н пне круглого стола, вращение и возвратно-поступа-
н и.ное движение шпинделя и производится обработка
hi ух дуг R10.
I. Совмещение центра дуги R2 с осью
вращения стола и обработка по дуге R2.
'ютовым винтом продольной каретки (рис. 16) деталь
нг|||'МС1цается еще па 18 мм влево (расстояние между
in n грами R10 и R2), вследствие чего ось вращения
। io.iiа совпадает с центром дуги R2. После этого пере-
। |>|’стие оптики устанавливается на расстоянии 2 мм от
• и и стола и производится обработка участка отверстия,
и(|||,(.чуемого радиусом R2.
!>. Обработка двух прямых участков, со-
пряженных с дугой R2. После обработки дуги R2,
иг меняя положения оптики, обрабатывают один из пря-
мых участков. Для этого круглый стол устанавливают
и.। 0. Ручным перемещением основного продольного
। шла от упора, определяющего положение «плоскость
наработки» до выхода шлифовального круга за пределы
прямолинейной поверхности, шлифуется первый участок
прямой до достижения заданного размера, т. е. до
• ппряжепия с дугой R2. Затем круглый стол разворачи-
П.1СТСЯ па 180° и обрабатывается второй прямой участок.
6. Совмещение центра дуги R35 с осью
прюцения стола и обработка дуги R35. Пере-
i.pi-стие оптики устанавливается иа 35 мм от оси стола,
пнем ходовым винтом поперечной каретки (рис. 17)
inn аль смещается от себя на 25 мм.
Стол устанавливается в положение «измерение».
Поворотом круглого стола вручную и корректировкой
положения стола при помощи ходовых винтов попереч-
iioi'i и продольной кареток устанавливается такое поло-
жение детали, при котором линия перекрестия оптики
проходит по касательной к дугам окружностей R5 и
/<7/1 (рис. 18). После этого включается выдвижной упор
поворота стола, а круглый стол поворачивается в такое
положение, при котором перекрестие оптики находится
и точке касания с окружностью R5, и в этом положении
юла закрепляется упор 1 (см. рис. 17). Затем стол
поворачивается в положение, при котором перекрестие
165
оптики находится в точке
и в этом положении стола
Обработка участка
R35 производится вра-
щением круглого стола
вручную от упора до
упора.
7. Совмещение
центра второй д у-
ги R35 с осью вра-
щения стола и об-
работка второй ду-
г и R35. Круглый стол
касания с окружностью R10,
закрепляется второй упор 2.
Рис. 19. Совмещение центра Рис. 20. Совмещение центра дуги
дуги /?.35 на другой стороне R6 с осью вращения стола.
детали с осью вращения стола.
разворачивается на 180°, а координатный стол вместе
с деталью перемещается от себя на 50 мм (рис. 19).
Поворотом круглого стола вручную и корректировкой
расстояния детали в координатной системе достигается
положение, при котором линия перекрестия оптики про-
ходит как касательная к дугам окружностей R5 и R10.
Дальнейшие операции производятся так же, как и
при обработке первой дуги R35.
8. Совмещение центра дуги R6 с осью
вращения стола и обработка дуги R6. Лимб
круглого стола устанавливается на 0. Затем ходовым
166
пиитом 3 поперечной каретки (рис. 20,а) деталь пере-
мещается на 17 мм, а перекрестие оптики — на 6 мм от
пен стола (рис. 20,6). При помощи ходового винта про-
пильной каретки стол перемещается на такой размер,
чтобы линия перекрестия оптики проходила по каса-
тельном к дуге окруж-
ности R10, при этом
контролируется совпа-
дение ее с прямой РР
(рис. 20,й). Так же,
как и при обработке
дуги R35, на круглом
столе устанавливаются
упоры 1 и 2 и произ-
водится обработка
первой дуги R6.
Аналогично обра-
батывается вторая ду-
га R6, и этим завер-
шается обработка все-
го профиля.
Станок 5КШС вы-
годно отличается от
к о о р д и н а тношлифо-
вальных станков фирм
Hauser и Matrix тем,
что он позволяет шли-
Рис. 21. Станок для шлифования кли-
новых обойм модели 2СШО.
фовать сложные про-
фили без дополнитель-
ных приспособлений.
Точность обработки
на этом станке характеризуется
следующими параметрами: координатные размеры ме-
жду осями отверстий — до 0,01 мм; размеры криволи-
нейных поверхностей — до 0,01 мм; чистота обработки
V 8 класс.
Координатные размеры между осями и размеры
криволинейных поверхностей замеряются при помощи
микроскопа, смонтированного на станке.
Станок позволяет производить контрольные измере-
ния всех размеров, не снимая детали со станка.
Недостатком является сравнительно невысокая точ-
ность перемещения кареток координатного стола и опти-
ческого устройства.
16'7
Станок модели 2СШ0 (рис. 21) предназначен для
шлифования пройм клиновых обойм пресс-форм и тому
подобных деталей. Принцип действия станка весьма
прост и основан на совокупности работы внутришлифо-
вального и плоскошлифовального станков, причем об-
рабатываемая деталь закрепляется на поворотном
делительном столе, имеющем возможность устанавли-
ваться под углом относительно вертикальной плоскости.
Станок позволяет обрабатывать с высокой точно-
стью и чистотой поверхности сквозные проймы и глухие
полости квадратного, прямоугольного или многогран-
ного профилей, причем стороны проймы практически
могут быть наклонены под любым углом. При повороте
стол фиксируется специальным фиксирующим пальцем
через каждые 15°.
Техническая характеристика
Диаметр стола, мм................. 350
Угол поворота стола, град......... 360
Число фиксированных положений поворота
стола.............................. 24
Угол наклона стола, град.......... 90
Поперечное перемещение стола, мм .... 250
Продольное перемещение стола, мм .... 130
Вертикальное перемещение шлифовального
шпинделя, мм....................... 130
Число оборотов шпинделя, в минуту .... 13000
Электродвигатель:
мощность, кет....................... 0,6
скорость вращения, об/мин......... 3 000
Габариты станка, мм.................... 920Х
Х620Х
Х1460
Синусный диск, закрепленный на оси стола, позво-
ляет поворачивать стол на любой угол с высокой точ-
ностью, чем обеспечивается обработка профилей с лю-
бым количеством граней. Наклон стола относительно
вертикальной плоскости производится при помощи
синусного приспособления, что создает возможность
шлифовать поверхности с высокой угловой точностью.
Чистота обрабатываемой поверхности до V 8 класса,
точность — 3-й класс.
168
3. Установки и станки для механизации слесарно-
доводочных работ
Установка ЗУМД, разработанная ОКБ Ленсовнар-
хоза (рис. 22), предназначена для механизации ручных
слесарно-доводочных работ при обработке сложнокон-
|урных сквозных и объемных плоскостей в деталях
пресс-форм, форм для литья под давлением и им подоб-
ных деталях.
Рис. 22. Установка с набором головок, приспособлений и инстру-
ментов для механизации слесарно-доводочных работ модели ЗУМД.
При помощи установки можно производить чистовую
обработку открытых поверхностей, сквозных и глухих
окон различной конфигурации с прямыми и наклон-
ными поверхностями с сопряжением: этих поверхностей
по дуге окружности любого радиуса, а также поверх-
ности сложного рельефа.
Принцип действия установки основан на методе
оьработки вращающимися инструментами и инструмен-
laмп, совершающими плосколинейные движения.
Для обеспечения этих движений установка уком-
плектована электроприводом, набором рабочих головок
и набором приспособлений и инструмента.
169
Техническая характеристика
Электродвигатель:
мощность, кет...................... 0,120
напряжение, в....................... 220
скорость вращения, об/мин .... 13000
Число оборотов при вращательном движе-
нии инструментов в минуту .... 500—13000
(бесступен-
чатое регу-
лирование)
Число двойных ходов инструментов, со-
вершающих прямолинейное движение,
дв. ход)мин............................. 500—3000
(бесступен-
чатое регу-
лирование)
Величина хода инструмента при прямо-
линейном движении, мм................... 0—6
(бесступен-
чатое регу-
лирование)
Бесступенчатое регулирование скоростей движения
инструментов обеспечивается ножным педальным рео-
статом.
Установка предназначена для механизации ручных
слесарно-доводочных работ при обработке сложнокон-
турных плоскостей. Способ обработки не отличается от
обычных слесарно-доводочных методов, применяемых
в этих случаях. Приемы работы на указанной установке
подробно описаны в руководстве к ней.
Основным недостатком установки ЗУМД является
сравнительно небольшая скорость вращения шпинделей
наконечников (13 000 об/мин), не обеспечивающая нор-
мальных скоростей резания при обработке вращающи-
мися алмазными инструментами.
Станок модели 2ПДС предназначен для доводки
фасонных отверстий и наружных поверхностей в дета-
лях оснастки, составленных из прямых участков и дуг
окружностей. Доводка на станке обеспечивает получе-
ние высокой точности (до 1-го класса и выше) и высо-
кой чистоты обрабатываемой поверхности (до V 13
класса). Кроме возвратно-поступательного движения
доводочные инструменты круглого сечения могут совер-
шать вращательное движение.
Станок работает по принципу опиловочных станков.
170
Техническая характеристика
Рис. 23. Притирочно-доводоч-
ный станок модели 2ПДС.
I. Притирочно-доводочный станок обрабатывает уз-
кие пазы, углы в местах пересечения плоскостей и дру-
|пе труднодоступные части.
2. Доводка рабочих контуров обеспечивает высокую
чт-готу поверхности (10—12-й классы) по ГОСТ 2789-59
и точность до 1-го класса включительно.
3. I Iр о и зводительность
। ганка — до 1 мм3 [мин сни-
маемого твердого сплава.
4. Рабочим инструмен-
там являются алмазные
притиры круглого, полу-
круглого, трехгранного и
11рямоугольного сечений.
5. Крепление обрабаты-
ваемой детали — механиче-
ское, жесткое.
(). Установка обрабаты-
ваемой детали производит-
ся с помощью индикатора.
7. В качестве охла-
/кдающей жидкости приме-
няется маслокеросиновая
смесь с подачей до 1 л[мин.
8. Число двойных ходов
инструмента — 200, 300 и
100 в минуту.
9. Ход инструмента —
и г 10 до 50 мм.
10. Число оборотов
шпинделя — 500, 1000, 1500,
'.’нООО и 40 000 в минуту.
11. Продольная подача
0,3 м/мин.
12. Усилие давления на инструмент — от 1 до 10 кг.
13. Стол станка имеет механическую подачу в про-
пильном и поперечном направлениях и от руки.
14. Давление в пневматической сети — 4—5 кг[см?.
15. Радиальное биение шпинделя допускается не
1'илее 0,005 мм.
шпинделя — от 0,1 л
171
16. Неперпендикулярность всех движений станка —
0,01 мм на 100 мм длины.
Метод доводки на станке (рис. 23) заключается
в следующем. Деталь, закрепленная на горизонтальном
столе, имеющем в центре широкое сквозное отверстие,
обрабатывается алмазным инструментом, имеющим воз-
вратно-поступательное, вращательное или возвратно-
поступательное и вращательное движения одновременно.
Алмазные инструменты-притиры крепятся в двух верти-
кально расположенных шпинделях, причем верхний
шпиндель находится над столом, а нижний — под сто-
лом. Поперечное перемещение стола (па инструмент)
осуществляется при помощи грузов, а продольное
(вдоль инструмента) — механически при помощи элек-
тродвигателя и ходового винта.
Основание стола 1 установлено на вертикально
расположенных направляющих станины и имеет воз-
можность перемещаться вверх и вниз вращением махо-
вичка 2.
На верхней части основания стола находится коор-
динатный стол 4. Обе каретки стола лежат в одной пло-
скости и перемещаются по шариковым направляющим.
Для доводки поверхностей, расположенных под углом
к базовой поверхности обрабатываемой детали, коорди-
натный стол может наклоняться, изменяя угол между ра-
бочей поверхностью стола и осью шпинделей. Наклон
стола производится вращением маховичка 3.
Перемещение поперечной каретки координатного
стола осуществляется грузами 6, что обеспечивает
постоянное оптимальное давление детали на инструмент.
Для устранения возможных вибраций служат масляные
демпферы 7. Продольные каретки перемещаются при
помощи ходового винта, вращаемого электродвига-
телем.
Для ограничения и изменения направления движе-
ния каретки установлены два подвижных концевых
выключателя.
Шпиндели крепятся в двух кронштейнах 5, устано-
вленных на общей каретке с цилиндрическими напра-
вляющими.
Возвратно-поступательное движение каретки осу-
ществляется кривошипным механизмом, который полу-
чает вращение через трехступенчатую коробку скоро-
172
стей от электродвигателя. Число двойных ходов каретки
185, 285 и 320 в минуту.
Изменение величины хода каретки с кронштейнами
осуществляется бесступепчато путем изменения положе-
ния пальца кривошипа, причем эта операция может
производиться на ходу вращением маховичка 8.
Станок снабжен двумя парами пневматических и
одной парой механических шпинделей, получающих
вращение от основного электродвигателя через гибкие
валики.
Первая пара пневматических шпинделей с двигате-
лями турбинного типа предназначена для легких фи-
нишных операций и для обработки алмазными инстру-
ментами малых диаметров. Эти шпиндели работают со
скоростью от 25 000 до 45 000 об/мин.
Вторая пара пневматических шпинделей с двигате-
лями роторного типа предназначена для более тяжелых
работ алмазным инструментом средних диаметров. Эти
шпиндели развивают скорость до 20 000 об/мин.
Для доводки криволинейных участков профиля при-
тирами предназначены малооборотные шпиндели с ме-
ханическим приводом от основного электродвигателя.
Эти шпиндели делают 375, 500 и 750 об/мин.
В качестве инструмента применяются алмазные при-
тиры.
II. Инструменты и режимы резания
1. Выбор алмазных кругов и притиров
Для хорошей работы алмазных кругов при шлифова-
нии важное значение имеет выбор зернистости, связки,
концентрации алмаза и назначение наивыгоднейших
режимов резания. Чем меньше зернистость алмазных
кругов, тем меньше микронеровности на шлифуемых
поверхностях деталей, ниже производительность обра-
ботки и выше удельный расход алмаза, определяемый
по следующей формуле:
q = ^~' мг2/г' 0)
где q —удельный расход алмаза, в мг, на снятие 1 г
материала;
173
Q.\ —расход алмаза, в мг, за время работы алмаз-
ного круга;
Q — количество сошлифованного материала, г.
Qa определяется по такой формуле:
п 0,878KV
- - 100 ’ мг' (2)
где К — концентрация алмазного слоя, %;
V — объем израсходованного алмазного слоя,
мм3-,
0,878 — количество алмаза, приходящегося на 1 мм3
алмазного слоя при 100-процентной концен-
трации.
Для получения требуемой чистоты поверхности при
минимальном удельном расходе алмаза и максимально
возможной производительности рекомендуется следую-
щее:
1. Зернистость и связку алмазных кругов выбирать
по табл. 1.
Таблица 1
Выбор зернистости и связки алмазных кругов в зависимости
от чистоты поверхности
Класс чистоты поверхности Рекомендуемая зернистость алмазных кругов Связка
V8 А12— А10 Металлическая
V9 А8—А6 Бакелитовая
V10 А5—А4
V11 АМ40—АМ28 »
V12 АМ28--АМ14
V13 АМ14—АМ10
2. Концентрацию алмазных кругов подбирать в за-
висимости от связки.
Для чистового шлифования твердых сплавов марки
ВК20 на плоско- и круглошлифовальпых станках кру-
гами зернистостью А6 на бакелитовой связке рекомен-
дуется 50-процентная концентрация кругов, а на метал-
лической связке—100-процентпая. При шлифовании
кругами на бакелитовой связке со 100-процентной кон-
174
цептрацией удельный расход алмаза в 1,5—3 раза выше,
чем с 50-процентной, а при шлифовании кругами на
металлической связке со 100-процептной концентрацией
удельный расход алмаза в 2 раза ниже, чем с 50-про-
центной.
3. Связку алмазных кругов выбирать в зависимости
от чистоты шлифуемой поверхности.
При шлифовании алмазными кругами на бакели-
товой связке можно получить более высокую чистоту
поверхности, чем при шлифовании кругами па метал-
лической связке. Это объясняется хорошей самозатачи-
ваемостью кругов на бакелитовой связке. Поэтому для
чистового шлифования твердосплавных деталей с тре-
бованиями поверхности в пределах V 9 класса и выше
рекомендуется применять алмазные круги па бакели-
товой связке, а для шлифования твердосплавных дета-
лей с требованиями к чистоте поверхности в пределах
V 8 класса и ниже наиболее целесообразно применять
круги на металлической связке.
При шлифовании твердосплавных деталей алмазными
кругами на металлической связке удельный расход
алмаза получается в 6—7 раз меньше, чем при шлифо-
вании кругами на бакелитовой связке.
4. При алмазном шлифовании применять охлаждаю-
щие жидкости.
Алмазное шлифование твердых сплавов без приме-
нения охлаждающих жидкостей кругами на бакели-
товой связке ухудшает чистоту поверхности па один
класс и увеличивает удельный расход алмаза. Шлифо-
вание кругами на металлической связке без применения
охлаждающей жидкости вызывает заволакивание зерен
алмаза связкой, резкое снижение режущей способности
кругов, ухудшение чистоты обрабатываемой поверхно-
сти и значительное увеличение удельного расхода ал-
маза.
В качестве охлаждающей жидкости применяется
3-процентный содовый раствор.
2. Режимы резания
При шлифовании твердых сплавов алмазными кру-
гами важную роль играют режимы резания. Работа на
завышенных режимах шлифования даже при правиль-
175
о>
Оптимальные режимы алмазного шлифования твердых сплавов марки ВК20
Таблица 2
Класс чисто- ты Зернистость алмазных кругов Концент- рация алмаза, % Связка Скорость круга, м/сек Скорость изделия, M'lMUH Глубина шлифования, мм Число ходов стола на глубину шлифова- ния Подача Произво- дитель- ность, мм3/мин
продоль- ная, м/мин попереч- ная, мм/ход
V7—8 012—А10 100 I м 1 Л О С К О 25—30 шлиф о в а н и е 0,03 —. 4,0 0,5 40
V9 А8—А6 50 б 30—35 — 0,03 — 3,0 0,5 30
V10 А5—А4 50 б 30—35 — 0,01 — 3,0 0,5 10
V11 АМ40— 50 б 30—35 — 0,005 3,0 0,3 3
V12 АМ28 АМ20-- 50 б 30—35 0,003—0,005 2,0 0,3 2
V7 АМ10 А12—А10 100 Кру м г л о е на 25—30 р у ж н о 10—15 е шлифов 0,0075—0,01 а н и е 2 0,5 100—125
V8 А12—А10 100 м 25—30 10—15 0,0075—0,01 3 0,5 — 60—100
V9 А8—А6 50 б 30—35 10—15 0,0075—0,1 5 0,5 — 50—60
12 Зак. № 455
vio А5—А4 50 б 30—35 10—15 0,0075—0,1 9 0,5 — 30—40
vll АМ40— АМ28 50 б 30—35 20—30 0,005— 0,0075 9 0,5 — 10—20
V12 АМ20— АМ14 50 б 30—35 30 0,0025 15—27 0,3 — 2—4
V13 АМ14— АМ10 50 б 30—35 30 0,0025 15—27 0,3 — 2—4
Профильное ш лифование
V7 А12—А10 100 м 25—30 — 0,04 — 2 Ручная 18
V8—9 . А6—А5 50 б 25—30 — 0,02 — 1,5 я 12
Примечания. 1. Режимы шлифования при охлаждении 3-цроцентным содовым раствором; при шлифовании без охлаждения режим резания следует уменьшить. 2. Условные обозначения: м — металлическая связка, б — бакелитовая.
ном выборе характеристики алмазных кругов вызывав!
большой удельный расход алмаза и большую шерохйй
ватость обрабатываемых поверхностей. Заниженные рй
жимы шлифования резко снижают производительности
обработки.
Оптимальные режимы алмазного шлифования твор»
дых сплавов марки ВК20 в зависимости от требуемо!
чистоты поверхности приведены в табл. 2.
На оптимальных режимах шлифования тверды*
сплавов ВК20 алмазными кругами на бакелитовой
связке с зернистостью А6 и 50-процептной концентре»
цией алмаза при получении V 9 класса чистоты
(табл. 2) удельный расход алмаза на плоскошлифо»
вальных станках составляет 0,73 жг/г, а па кругло»
шлифовальных — 2,14 мг/г. При шлифовании кругами
на металлической связке зернистостью А12—А10 ей
100-процентной концентрацией алмаза и при получении
8-го класса чистоты удельный расход алмаза составляет
0,1 мг/г.
Таблица |
Точность, чистота и производительность машинной
доводки твердосплавных деталей алмазными
плоскими притирами
Характеристика притира Производи- тельность, MMPlMUH Класс чистоты (ГОСТ 2789-ПИ)
связка зерно материал корпуса
Шаржирован- ная хромом То же » » Бакелитовая 130 130 180 280 Латунь Л62 Сталь Ст. 2 Медь Сталь инструмен- тальная 0,52 1,6 0,91 1,01 V 12 V 12 V 12-V 13 V н-V 13
Примечание. Режим обработки: число двойных ходов
в минуту — 285; продольная подача ние—2—4 кг. — 0,16 м/ман; давле-
178
Эти режимы являются оптимальными и для твердого
сплава ВК8, при этом удельный расход алмаза и произ-
водительность шлифования в 1,5 раза больше, чем при
шлифовании твердого сплава ВК20.
Производительность, чистота и точность доводки
в зависимости от характера алмазных притиров приве-
дены в табл. 3.
III. Технологические процессы изготовления
твердосплавной технологической оснастки
План построения технологических операций изгото-
вления твердосплавных деталей оснастки зависит
в основном от конструкции этих деталей. В табл. 4 при-
веден технологический процесс изготовления пуалсон-
матрицы штампа, вырубающего пластину ротора. Обра-
ботка пуапсон-матрицы осуществляется наиболее рацио-
нальными методами на универсальном и специальном
оборудовании. Важное место в технологии изготовления
иуансов-матрицы занимают алмазное шлифование и
алмазная доводка. На операциях алмазного шлифова-
ния снимается припуск с обрабатываемой поверхности
величиной до 0,2 мм. На операциях алмазной доводки,
являющихся, как правило, заключительными, снимает-
ся припуск с обрабатываемой поверхности величиной
до 0,05 мм. На доводочных операциях обеспечиваются
зазоры между рабочими элементами технологической
оснастки — матрицами и пуансонами, размеры которых
шчастую имеют микронные значения, а также дости-
гается требуемая чистота обрабатываемой поверх-
ности.
В технологическом процессе изготовления пуансон-
матрицы (табл. 4) использованы почти все операции,
встречающиеся в практике изготовления твердосплав-
ных деталей оснастки. Поэтому на основе процесса
можно разработать оптимальные рабочие технологиче-
ские процессы изготовления различных конструкций
гвердосплавных деталей.
12*
179
Типовой технологический процесс изготовления составных
Схема обработки Наименование Оборудование ।
в сга| Jli Шлифовать плоскости 1 и 2 абразивным кругом Плоскошлифо- вальный станок ЗБ71
да i (Z..JJ “ 1 1 ТЫ / ! Id । с\5 V ©. 1 да I 1 | Шлифовать ручьи / и 2 профилирован- ным абразив- ным кругом
То же
Шлифовать
поверхность 1
абразивным
кругом
То же
Запилить Слесарный
поверхности 1 и 2 папиль- верстак
никами
180
Таблица 4
твердосплавных пуансон-матриц на роторные пластины
Инструмент Режимы обработки
рабочий крепежно- зажимной измерительный
Абразивный круг ЭК40СМК8 (профилиро- ванный) Лекальные тиски Индикатор, микрометр v — 30 м/сек, s = 5 м/мин, t — 0,05 мм
То же То же То же v — 30 м/сек, 8 = 5 м/мин, t — 0,05 мм
То же То же Микрометр, микроскоп v = 30 м/сек, 8=5 м[ман, t = 0,05 мм
Напильники (набор) Тиски, наметка Радиусо- меры, микрометр —
181
Схема обработки Наименование Оборудование
Шлифовать
лыску 1 и
торцы 2 и 3
„как чисто"
Плоскошлифо'
вальный
станок ЗБ71
О , / 9 2 7 Шлифовать плоскости / и 2 алмазным кругом То же
—-^о Притереть и довести плоскости 1 и 2 карбидом бора Карбид бора зерно 180—200 или алмазный порошок САб
1 Шлифовать поверхности алмазным кругом Профилешли- фовальный станок 1СПШ
&ШШ.
Т Йг
-*S к
шш.
182
Продолжение табл. 4
Инструмент Режимы обработки
рабочий крепежно- зажимной измерительный
Алмазный круг АПП 200X10X75, зерно А6, концентрация 50% Приспособле- ние — v = 30 м/сек, s = 2 м/мин, t = 0,02 мм
Алмазный круг АПП 200x10x75, зерно А6, концентрация 50% Приспособ- ление Пассаметр v=30 м/сек, s=2 м/мин, /=0,02 мм
Притирочная плита — То же —
Алмазный круг АПП 125x7, зерно А6, концентрация 50% Приспособ- ление — г>=30 м/сек, s— ручная, /=0,02 мм
183
Схема обработки
Наименование Оборудование
1. Шлифовать ручьи 1 и 2 алмазным кругом. 2. Контроль всех размеров по чертежу Профиле- пглифовальный станок 311А или 1СПШ
Запрессовать секторы в технологиче- скую обойму по легкопрес- совой посадке Винтовой пресс
Прошить отверстие 1 электроискро- вой обработкой Электро- искровой станок ЛКЗ-18, приставка 1ВЧИУМ
184
Продолжение табл. 4
Инструмент Режимы обработки
рабочий крепежно- зажимной измерительный
Алмазный круг АГА 125x1 зерно А6, концентрация 50% Приспособле- ние Шаблон на кальке М50:1, проектор г>=30 м/мин, s— ручная, ^=0,01 мм
Технологиче- ская обойма — —
1 (редваритель- пый электрод, чистовой электрод Кондуктор, % два фиксатора Контроль- ный валик Частота 30 кгц, длительность импульсов 1 мксек
185
Схема обработки Наименов ание Оборудование
1 г о +о,от + 0,002 Довести отверстие 1 притиром Токарный станок ТВ-320 или сверлиль-
ич> jj с карбидом бора ный станок
xt V9 Шлифовать плоскости 1, 2 и 3 Кругло- шлифовальный станок 311А
— S- § to
4
и 10
<77 Шлифовать плоскость Плоско- шлифовальный станок ЗБ71
1 Cn C:
1 III §
Перепрессо-
вать секторы
из технологи-
ческой обоймы
в обойму
штампа
Винтовой
пресс
186
Продолжение табл. 4
Инструмент Режимы обработки
рабочий крепежно- зажимной измерительный
Притир — карбид бора зерно 180—200 или алмазный порошок СА6 Деталь держать в руках Гладкий калибр —
Алмазный круг АПП 125X7, зерно А6, концентрация 50 % Центровая оправка Микрометр 25—50, штанген- циркуль г>=30 м/сек, s— ручная, £=0,01 мм
Алмазный круг АПП 20x10x75, зерно А6, концентрация 50% Стальные упоры Микрометр 25—50, индикатор 0,002 v—Z м/сек, s=2 м/мин, £=0,02 мм
— — Индикатор —
187
Схема обработки Наименование Оборудование
П 3 П 2VSl- __ __ Uz i Z Z Z 1. Прошить выборку 1. 2. Прошить литниковые пазы 2 и 3 Электро- искровой станок ЛКЗ-18, приставка 1ВЧИУМ
0» Z? kJ
J 1. Запрессовать втулку 1. 2. Залить сплавом НИ АТ-23 Пресс винтовой, слесарный верстак
№| П:лЙу^ Z1 'l11'1 J
J, gffi &У. \ § Шлифовать плоскости 1 и 2 „как чисто* Плоско- шлифовальный станок ЗБ71
_i L
A Л/ -
1 z _ J 1. Прошить провальное окно 1 электро- искровой обработкой. 2. Контроль размера 23 Электро- искровой станок ЛКЗ-18
1 Z-1 ;:Zw H I HZ 0,5 на ±*<'стзРонУ
188
Продолжение табл. 4
Инструмент Режимы обработки
рабочий крепежно- зажимной измерительный
Электрод Прижимные планки Индикатор Частота 30 кгц, длительность импульсов 1 мксек, 1—Ьа, С=12 мкф
Электроплитка, сплав НЙАТ-23 — — Температура нагрева обоймы 100° С
Алмазный круг АПП 200X10X75, зерно А6, концентрация 50% Плита магнитная, стальные упоры Индикатор г>=30 м[сек, s=2 м[мин, /=0,02 мм
Электрод Наметка, фиксатор, прижимные планки Глубиномер Частота 30 кгц, длительность импульсов 1 мксек
189
Схема обработки
Наименование
Оборудование
1. Прошить
радиусйый
паз 1.
2. Контроль
размеров
5,82 = ад25,
7? О,52+о>01
и симметрич-
ности паза
относительно
оси
Электро-
искровой
станок ЛКЗ-18(
приставка
1ВЧИУМ '
Довести
радиусный
паз
Слесарный
верстак
Довести
отверстие
диаметром
4,73+0.08
и конус 10°
Сверлильный
станок
190
Продолжение табл. 4
Инструмент Режимы обработки
рабочий крепежно- зажимной измерительный
Электрод Кондуктор, фиксатор, прижимные планки, элект- рододержатель с качающимся хвостовиком Микроскоп Частота 30 кгц, длительность импульсов 1 мксек
Притир, карбид бора зерни- стостью 6—5 пли алмазный порошок СА6 Оптическая делительная головка, наметка, шпиндельная оправка Концевые меры длины, микроскоп —
Притир, карбид бора зерни- стостью 5 или алмазный порошок СА6 Прижимные планки Калибр —
Р. А. Анашкин
ПОЛУАВТОМАТ МОДЕЛИ «АЛМАЗ 70-1»
Полуавтомат предназначен для скоростного шлифо-
вания алмазным трубчатым инструментом точных сфе-
рических и плоских поверхностей заготовок из оптиче-
ского стекла, кварца, бария, керамики и тому подобных
материалов.
Заготовки, подлежащие обработке на данном стан-
ке, имеют вид круглых прессовок с различным сочета-
нием выпуклых или вогнутых сферических и плоских
поверхностей, а также специальных шайб, предвари-
тельно обработанных по диаметру.
В крупносерийном и массовом производстве для со-
кращения операции предварительного шлифования
к деталям, идущим на окончательное шлифование и
полирование, предъявляются следующие требования:
1) постоянство радиуса кривизны сферической по-
верхности с точностью до 0,01 мм;
2) постоянство толщины деталей в пределах 0,01 мм;
3) параллельность плоских поверхностей (допуска-
ется клин не более 0,010 мм);
4) чистота поверхности не ниже V 7—V8 классов.
В современном производстве трудности обычной об-
работки подобных деталей заключаются в том, что на
заготовительных операциях еще преобладает малопро-
изводительный ручной труд, так как величина снимае-
мого припуска на заготовках-прессовках доходит до
2—3 мм. Ручной труд, как правило, сопровождается
большой утомляемостью работающего, низким уровнем
культуры производства и малой производительностью.
192
Стремление механизировать заготовительные опера-
ции привело к тому, что на многих заводах были спро-
ектированы, изготовлены и внедрены специальные
станки, работающие по общему принципу с полуавтома-
том «Алмаз 70-1». В результате эксплуатации подоб-
ного рода станков повысилась культура производства,
улучшились условия труда и повысилась производи-
тельность. Однако в целом продолжительность цикла
изготовления деталей почти не изменилась, так как по-
сле обработки на станках потребовалась дополнительно
еще одна предварительная операция шлифования сво-
бодным абразивом ввиду недостаточной точности и чи-
стоты обработанных поверхностей.
Опыт работы на полуавтоматах «Алмаз 70-1» в
Ленинградском объединении оптико-механических пред-
приятий показал хорошие эксплуатационные характери-
стики полуавтоматов. Формообразование осуществляется
с высокой точностью, а шлифованная поверхность
имеет хорошую фактуру. Таким образом, приме-
нение полуавтоматов «Алмаз 70-1» позволяет не только
механизировать заготовительные операции, но и сокра-
тить до минимума промежуточные операции шлифова-
ния свободным абразивом и тем самым сократить весь
цикл технологической обработки.
Применение автоматических станков на базе полу-
автомата «Алмаз 70-1» позволяет автоматизировать
процесс образования шлифованной поверхности и при-
дать ей точно заданную форму. Поэтому в настоящее
время назрела необходимость в переоснащении суще-
ствующих производственных оптических цехов более со-
вершенными, высокопроизводительными, экономически
выгодными автоматическими станками.
Конструктивная схема полуавтомата модели «Ал-
маз 70-1» построена на принципе образования сфери-
ческой поверхности вращением трубчатого инструмента,
ось которого пересекает ось образуемой сферы под
углом а, и вращением заготовки (рис. 1).
Как видно из схемы (рис. 2), радиус сферической
поверхности, полученной в результате шлифования, свя-
зан с диаметром инструмента соотношением
г» __ Д^иис
4 2 sin а ’
13 Зак. № 455
193
где R — радиус сферической поверхности, мм;
d„IIC —диаметр инструмента, мм;
а — угол между осями шпинделей, несущих за-
готовку и инструмент.
Таким образом, за счет изменения угла а на станке
можно шлифовать сферические поверхности различных
радиусов одним и тем же трубчатым инструментом.
Для получения плоских поверхностей, радиусы кото-
шпинделей установить в
вертикальной плоско-
сти параллельно друг
другу, при этом угол а
должен быть равен 0°.
П о л уавтомат
(рис. 3) состоит из
следующих основных
узлов: балансира с
установленным на нем
высокочастотным элек-
трошпинделем; сала-
рых 7? = со, необходимо оси
Рис. 1. Конструктивная схема'полу--
автомата модели „Алмаз 70-1“.
Рис. 2. Схема для опре-
деления радиуса сфери-
ческой поверхности.
зок, при помощи которых балансир закреплен на верх-
ней станине; верхней станины, на которой установлены
шпиндель детали с разжимным патроном мембранного
типа и эмульсионное корыто (внутри верхней станины
размещены механизм подач, механизм быстрого подъ-
ема балансира и механизм ручного подъема баланси-
ра); нижней станины, внутри которой размещены элек-
тродвигатель привода шпинделя детали, механизм вы-
талкивания детали, гидроустановка и установка для
смазки электрошпинделя масляным туманом; системы
194
охлаждения, необходимой для подачи эмульсии в зону
обработки; высокочастотной установки, состоящей из
преобразователя частоты и электродвигателя и обслу-
живающей одновременно несколько станков.
Полуавтомат не имеет прямолинейных направляю-
щих, что повышает точ-
ность перемещений и ,';л
упрощает его коиструк-
цию. .
Высокоск о р о с т н о й, -V,' ,
динамически отбаланси-
рованный электрошпин-
дель обеспечивает опти- .
мальныс режимы реза-
ния, компактность при-
вода и отсутствие вибра-
ций.
Смазка электрошпин-
деля производится мас-
ляным туманом, защища-
ющим подшипники от по-
падания шлама и грязи.
Привод подач — гид-
ромеханический бессту-
пенчатый. Желаемая по-
дача устанавливается по-
воротом одной рукоятки.
Заготовка крепится в Рис- & ОбиЩЙ вид полуавтомата
мембранном патроне, не ’ лмаз ’ '
имеющем взаимно тру-
щихся деталей и обеспечивающем точную центровку.
Охлаждение заготовки эмульсией производится через
полый шпиндель инструмента.
Переналадка полуавтомата занимает от 15 до
20 мин. Точность настройки обеспечивается микроме-
трическими механизмами и контрольными приспособле-
ниями.
Техническая характеристика полуавтомата
Диаметр обрабатываемых деталей, мм . . От 10 до 70
Радиус кривизны поверхности, мм . . . . От 7 до оо
Толщина заготовок, мм............... До 20
Снимае,мый припуск, мм............Не более 3
13*
195
Число оборотов в минуту электрошпин-
деля инструмента...................... 12 000
Мощность электрошпинделя, кет .... 1,5
Число оборотов в минуту шпинделя детали 500
Мощность привода шпинделя детали, кет 0,4
Диаметр алмазного инструмента, мм . . От 10 до 50
Габариты, мм:
длина............................... 970
ширина.............................. 600
высота ............................ 1490
Вес, кг................................... 450
Время обработки заготовок диаметром до 40 мм со-
ставляет 20 сек., а диаметром до 70 мм — 45 сек. Точ-
ность обработки по толщине детали ±0,002 мм и по
Рис. 4. Схема шлифования
наружных вогнутых сфери-
ческих поверхностей.
Рис. 5. Схема шлифования вы-
пуклых сферических поверх-
ностей.
радиусу кривизны ±0,005 мм. Качество поверхности
соответствует V 8 классу.
Годовой экономический эффект от внедрения полу-
автомата составил 9240 руб. .Срок окупаемости —
1,08 года.
Настройка полуавтомата на шлифование сфериче-
ских поверхностей производится следующим образом.
Исходя из диаметра обрабатываемых заготовок D
определяется диаметр трубчатого алмазного инстру-
мента d„HC: наружный — для вогнутых сферических по-
верхностей (рис. 4) и внутренний — для выпуклых
(рис. 5).
196
Кромка трубчатого алмазного инструмента должна
перекрывать центр заготовки и несколько выходить за
ее край, чтобы обеспечить свободный выход охлаж-
дающей жидкости и продуктов шлифования.
Диаметр инструмента определяется по следующей
формуле:
^инс = KD,
где d„IIC —диаметр трубчатого алмазного инструмента,
мм;
D—наружный диаметр заготовки, мм;
К— коэффициент, зависящий от относительной
высоты шлифуемой сферической поверх-
Н
НОСТИ
н
R
к
0,8—1,0 0,8
0,5—0,8 0,7
0,5
0,6
Полученное расчетное значение диаметра трубча-
того алмазного инструмента округляется до следующего
значения:
^инс ^инс
(внутренний) (наружный)
5 10
10 15
15 20
20 25
25 30
30 35
35 40
44 50
Округление должно быть обязательно в большую
сторону.
Для получения заданного радиуса кривизны сфери-
ческой поверхности шпиндель инструмента необходимо
установить под углом а к шпинделю детали. Как видно
из рис. 4 и 5, угол между осями шпинделей можно
определить по формуле:
а = arcsin ,
197
где а —угол между осями шпинделя детали и
шпинделя инструмента;
d„„c —диаметр выбранного инструмента (наруж-
ный— для вогнутых поверхностей и внутрен-
ний— для выпуклых сферических поверхно-
стей) .
Принято считать, что значения угла а влево от оси
изделия положительны, а вправо — отрицательны; ра-
диус кривизны сферической поверхности R положитель-
ный у выпуклых поверхностей и отрицательный — у вог-
нутых.
Следовательно, для шлифования вогнутых сфериче-
ских поверхностей (см. рис. 4) шпиндель инструмента не-
обходимо наклонить к шпинделю детали под углом —а
и, наоборот, для выпуклых поверхностей на угол + а
(см. рис. 5).
Для получения точных поверхностей с заданным ра-
диусом кривизны и хорошей фактурой рекомендуется
трубчатый инструмент, в алмазосодержащей части ко-
торого находится алмазный порошок зернистостью
в пределах А8 — А10 и концентрацией 75—80%.
Станок «Алмаз 70-1» работает в полуавтоматическом
цикле, при котором все операции, за исключением
установки заготовок в патрон и снятия их, выполняются
автоматически.
Н. И. Федотов и Ю. Д. Сузанович
ПРИМЕНЕНИЕ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЧАСОВЫХ КАМНЕЙ
Для уменьшения трения и износа в ответственных
соединениях часового механизма применяют специаль-
ные часовые камни (рис. 1), которые выполняют роль
подшипников (сквозные камни), подпятников (наклад-
ные) и деталей, передающих импульсы в анкерных
спусках (палеты и импульсные камни).
Для наручных и карманных часов камни изготов-
ляются из синтетического корунда — темно-красного
рубина, отличающегося низким коэффициентом трения
(0,158), высокой микротвердостыо (2250 кг/мм2, по
М. М. Хрущеву), износостойкостью и хорошо поддаю-
щиеся полировке.
Трудность изготовления часовых камней объясняется
их чрезвычайной миниатюрностью, очень жесткими до-
пусками и требованиями весьма высокой чистоты по-
верхности. Так, например, по ГОСТ 7137-60 сквозные
камни типа СЦ имеют минимальный наружный диа-
метр о,7 + °’000 мм, высоту О,18_ 0033 мм и диаметр от-
верстия 0,08 + 0,00j мм.
Чистота поверхности отверстия и верхней плоскости
должна соответствовать V 13, нижней плоскости 10
и наружной цилиндрической поверхности V 9.
В посадочные отверстия платины и моста камни за-
прессовываются с натягом в 0,01 мм, что выдерживают
только высококачественные камни.
199
производства
ЙЕ§>
Несмотря на относительную несложность конфигу-
рации часовых камней, их изготовление из-за специфики
(малые размеры, высокая точность и чи-
стота поверхностей, твердость и хруп-
кость материала) требует высокой куль-
туры производства, широкого примене-
ния автоматизации, передовых методов
обработки и в первую очередь алмазной
обработки.
В качестве сырья для часовых кам-
ней часовые заводы получают искусст-
венно выращенные кристаллы корунда
(темно-красный синтетический рубин) в
виде так называемых булек, которые
имеют форму усеченного конуса со
скругленной вершиной высотой 60—
70 мм и диаметром основания 20—25 мм.
Технологический процесс изготовле-
ния часовых камней предусматривает
следующие основные операции. Сначала
булька разрезается вдоль па две части;
затем каждая половина на сургуче
наклеивается на приспособление и раз-
резается в поперечном направлении на
плитки, плоскость которых имеет форму
полукруга. Одна сторона плоскости пли-
Рис. 1. Часовые
камни: ток из пульверизатора покрывается
сц - сквозные пло- эмалью, предохраняющей плитки от рас-
ские с цилиндоиче- <» 1
ским отверстием; калываиия при дальнейшем разрезании.
скиГснецилин^р^ ПЛИТКИ СОбирЗЮТСЯ В блОКИ И НЗ ШеЛ-
ческим отверстием; лаке наклеиваются на поверхность при-
рические; н - на- способления, далее продольными И ПО-
летыНвхода-П Пв”- ПСреЧНЫМИ реЗЗМИ ИЗ НИХ ГЮЛуЧЗЮТ
палеты выхода; КВадрЗТНЫе ЗЗГОТОВКИ ДЛЯ ЧЗСОВЫХ КЗМ-
И — импульсные. ngfl
После предварительного шлифова-
ния плоскостей квадратики, смоченные водой, стопками
переносятся на бесцентровошлифовальный станок для
сбивания граней — предварительной операции прибли-
жения квадрата к круглому профилю. Затем в сквозных
камнях производится сверление отверстий, заготовки на-
низываются на коническую проволоку и поступают па
операции растачивания (калибрования) и полирования
200
отверстий. В следующих операциях камни шлифуются
и доводятся по наружному диаметру; окончательно об-
рабатывается первая плоскость; выбирается масленка
(внутренняя полусфера в сквозных камнях типов СН и
СС); окончательно обрабатывается вторая плоскость
с выдерживанием высоты камней; делается закатыва-
ние сферы (у сферических камней) и производится
олевирование отверстий камней типов СН и СС, т. е.
придание образующим отверстий криволинейной формы.
Кроме того, в технологическом процессе предусмо-
трены следующие вспомогательные операции: собира-
ние заготовок в блоки, промывки, контрольные опера-
ции с применением микроскопов, индикаторов и проек-
торов стократного увеличения.
Полный технологический процесс изготовления часо-
вых камней весьма сложен и длителен. Так, например,
технологический процесс изготовления сквозных сфери-
ческих камней типа СС состоит из 68 операций.
На Петродворцовом часовом заводе почти все меха-
нические операции обработки камней выполняются
либо алмазными кругами либо суспензией с алмазным
порошком.
Рассмотрим некоторые операции изготовления часо-
вых камней, выполняемые с применением алмазного
инструмента.
Раскрой булек на отдельные заготовки выполняется
па станке А-194, шпиндель которого делает 9300 об/мин.
Надрезание булек для продольного раскалывания на
две половинки и разрезание полубулек на плитки про-
изводится алмазными разрезными дисками диаметром
90 мм и толщиной 0,1 мм; зернистость алмаза А16 по
ГОСТ 9206-59, связка — металлическая, ширина алма-
зоносного слоя — 5 мм, скорость резания и = 43,8 м!сек.
Надрезание булек ведется без охлаждения, а разреза-
ние полубулек на плитки — с охлаждением водой. Для
разрезки плиток на отдельные заготовки применяются
мелкозернистые алмазные разрезные диски диаметром
75 мм с зернистостью алмаза А8 или А6 и шириной
алмазоносной кромки 5 мм на металлической связке
(рис. 2).
После грубого шлифования плоскостей заготовок
карбидом бора на станке К-24 производится предвари-
тельное шлифование алмазным кругом на металличе-
201
ской связке зернистостью АМ20. Тонкое шлифование и
полировании плоскостей выполняется на станке С-15
Рис. 2. Разрезные алмазные диски.
Рис. 3. Автомат К-105 для наклейки заготовок камней па держатели,
суспензией со свободным алмазным порошком зерни-
стостью АМ14 и АМ5. Планшайба с блоками и с на-
клеенными на них заготовками вращается со скоростью
202
(iO об/мин; шпиндели с притирами делают 200 об/мин.
Закатка и полирование сферической поверхности
камней выполняются на станке К-102 с использованием
алмазной суспензии. Полирование сферы производится
перлоновой и волосяной щетками с алмазным порош-
ком зернистостью ЛМ20 в виде суспензии.
1’ис. 4. Настольный двадцатишнпи,тельный горизонтально-сверлиль-
ный станок К-15.
Весьма интересной и характерной операцией изго-
товления часовых камней с применением алмазов яв-
ляется сверление отверстий в сквозных камнях. На эту
операцию заготовки поступают после предварительного
бесцентрового шлифования с применением карбида
бора.
Заготовки камней на автомате К-105 (рис. 3) накле-
иваются канифольной мастикой на торцы стальных дер-
жателей. Сверление отверстий диаметром 0,065—
0,073 мм производится на настольных двадцатишпин-
дельных горизонтально-сверлильных станках К-15
(рис. 4). В качестве сверла применяется тонкая сталь-
ная рояльная проволока. Держатели с наклеенными
камнями устанавливаются на призмы против каждого
шпинделя. После установки на станок следующей заго-
товки на сверло наносится суспензия, приготовленная
из алмазного порошка зернистостью АМ7 (на 14 мг
203
алмазного порошка 10 г растительного масла и 5 г ва--
зелина).
Шпиндели станка делают 30 000 об/мин; кроме того,
за счет кулачкового устройства они совершают воз-
вратно-поступательные движения в осевом направлении
с амплитудой, равной 1 мм, для того чтобы в работу
непрерывно включались свежие алмазные зерна. Время
просверливания отдельных камней колеблется от 7 до
Рис. 5. Станок К-162 для расточки и полировки отверстий большого
диаметра.
15 мин. Над шпинделем, закончившим сверление, заго-
рается лампочка от карманного фонаря.
Отверстия после сверления нс получаются правиль-
ной цилиндрической формы, так как со стороны входа
сверла они имеют больший диаметр. Поэтому в даль-
нейшем камни собираются в стопку, нанизываются на
коническую стальную проволоку (с перепадом диамет-
ров 0,04 мм на 1 пог. м) и поступают на станок К-301
для операции растачивания (калибровки) и полировки,
а камни с отверстиями большего диаметра (0,45—
0,76 мм) —на станок К-162 (рис. 5).
Коническая проволока изготовляется на Петродвор-
цовом часовом заводе методом анодного растворения.
Принцип обработки камней на станках К-301 и
К-162 заключается в быстрых возвратно-поступатель-
ных движениях стопки камней вдоль медленно перема-
204
тываемой с барабана на барабан конической проволоки.
Работа производится с применением суспензии, содер-
жащей алмазный порошок зернистостью АМ14 для
калибровки и АМ4—АМЗ — для полировки.
Контрольные операции частично автоматизированы.
Так, например, сортировка камней по высоте произво-
Рис. 6. Контрольное приспособление „колокол".
дится приспособлением, называемым колоколом (рис. 6).
Между двумя половинками вращающегося колокола
устанавливается щель требуемой ширины, сквозь кото-
рую проваливаются камни определенной высоты.
В силу специфики производство высококачественных
часовых камней особенно нуждается в применении со-
временного алмазного инструмента. На Петродворцо-
вом часовом заводе лишь на четырех операциях из 68
применяется карбид бора, однако в ближайшее время
и эти операции будут переведены на алмазный инстру-
мент, что еще больше повысит экономические показа-
тели, культуру производства и качество выпускаемой
продукции.
А. Г. Рябинок
КРУГИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОГО
ШЛИФОВАНИЯ
За последние годы в информациях ряда зарубежных
стран сообщается об успешном применении электро-
алмазного (электролитического) шлифования для обра-
ботки металлокерамических твердых сплавов, закален-
ных сталей и других труднообрабатываемых металлов.
Сущность электроалмазного шлифования не отли-
чается от электроабразивпого шлифования, впервые
разработанного и успешно применяющегося в Совет-
ском Союзе на основе изобретенной В. II. Гусевым
в 1943 г. анодно-механической обработки. Как при
электроабразивпом, так и при электроалмазном шлифо-
вании съем металла с обрабатываемой поверхности
происходит вследствие электрохимического (анодного)
растворения и удаления продуктов растворения меха-
ническим воздействием зерен вращающегося электро-
проводного шлифовального круга.
Указанные способы различаются только используе-
мыми для шлифования кругами, состав и конструкция
которых оказывают существенное влияние на интенсив-
ность происходящих при шлифовании процессов.
Для электроабразивного шлифования применяются
электропроводные абразивные круги. Изготовляются
они из шихты, в состав которой входят электрокорунд,
чешуйчатый графит и бакелит; в некоторых случаях
находят применение и металлизированные абразивные
круги.
206
Наиболее простой технологией изготовления алмаз-
ных кругов для электроалмазного шлифования являет-
ся шаржирование медных дисков алмазным порошком,
которое осуществляется с помощью цилиндрических
или фасонных (в зависимости от требуемого профиля
круга) накатных роликов из закаленной стали.
Шаржированные круги сравнительно дешевы и мо-
гут быть изготовлены с точностью фасонной поверхно-
сти до 0,0025 мм, но они пригодны только для непро-
должительной работы, так как алмазные зерна посте-
пенно выкрашиваются из металлического диска.
Прочность закрепления алмазных зерен может быть
повышена гальваническим покрытием шаржированной
поверхности медного диска, например тонким слоем
никеля, который прочно связывает алмазные зерна
с металлической основой круга. Такие шлифовальные
круги пригодны для продолжительного электроалмаз-
ного шлифования.
Однако шаржированием не удастся обеспечить опти-
мальную, достаточно высокую концентрацию алмазных
зерен на рабочей поверхности круга; кроме того, при
шаржировании происходит разрушение алмазных зе-
рен, снижающее качество круга.
Хорошие результаты получил в своих опытах
В. Ю. Вероман, применяя при электроалмазном
шлифовании круги завода «Ильич». Однако эти круги
сравнительно дороги, так как для их изготовления тре-
буется большое количество алмазного порошка. Кроме
того, хаотическое расположение алмазного порошка по
объему алмазоносного слоя не обеспечивает равномер-
ного распределения и равных условий работы зерен на
рабочей поверхности такого слоя. Это снижает в
условиях электроалмазного шлифования стойкость
кругов и, следовательно, экономическую эффективность
процесса.
Более высокие экономические показатели по стой-
кости круга и снижению расхода алмазного материала
получены применением при электроалмазном шлифова-
нии однослойных алмазных кругов. Принципиальная
схема электроалмазного шлифования однослойными
алмазными кругами показана на рис. 1.
Алмазный круг состоит из стального диска 1 и зерен
алмазного порошка 2, закрепленных в один ряд в слое
207
никеля 3. Алмазный круг соединен с отрицательным, а
обрабатываемая деталь 4 с положительным полюсом
источника тока. Выступающие из круга на равную ве-
личину А зерна алмазного порошка предотвращают
металлический контакт между обрабатываемой поверх-
ностью 5 и кругом. В зазор А подается рабочая
жидкость (обычно 5-процентный раствор азотнокислого
Рис. 1. Схема электроалмазного шлифования
однослойным алмазным кругом:
1 — стальной диск; 2—алмазные зерна; 3 — слой никеля;
4-— обрабатываемая деталь; 5 — обрабатываемая поверхность;
6 —продукты анодного растворения.
калия или натрия), и под действием электрического
тока происходит электрохимическое растворение обра-
батываемой поверхности.
При взаимном перемещении круга и детали по схеме
обычного шлифования или заточки зерна алмазного
порошка удаляют продукты анодного растворения 6,
обеспечивая непрерывный съем металла с обрабаты-
ваемой поверхности.
Предупреждение появления электрических разрядов
между электродами и, следовательно, предотвращение
разрушения зерен алмазного порошка достигается при-
менением автоматически регулируемых источников то-
208
ка. В качестве регулируемых источников тока при-
меняются выпрямители с электронным регулятором
напряжения, принцип работы которых заключается в
следующем. В случае повышения давления обрабаты-
ваемой детали 4 (см. рис. 1) на инструмент 3 умень-
шается межэлектродный промежуток А, и происходит
пробой промежутка.
Рис. 2. Схема технологического процесса изготовления
однослойного алмазного круга:
1 — вспомогательное стальное кольцо; 2 — слой никеля; Л — изоляционное
покрытие; 4 — клеющая пленка; 5 — зерна алмазного порошка; 6 — слой
меди; 7 — слой никеля; 8 — слой меди; 9 — припой; 10 — фланец круга;
// — кулачки патрона; 12 — болтовое соединение.
При искровом разряде возникают импульсы тока
обратной полярности, которые улавливаются электрон-
ным регулятором, усиливаются, выпрямляются и на-
правляются в обмотку дросселя насыщения, включен-
ного последовательно с питающим устройством. Вслед-
ствие этого выходное напряжение источника тока сни-
жается.
Регулятор настраивается так, что полностью исклю-
чается искрение или имеет место лишь «холодное ис-
крение», при этом напряжение снижается до такого
предела, когда съем металла происходит только за счет
электрохимического растворения. Практически регули-
рование осуществляется мгновенно.
14 Зак. № 455
209
Большая твердость алмазных зерен и связки, отсут-
ствие электрических разрядов в межэлектродном за-
зоре и контакт зерен не с самим металлом, а с продук-
тами его растворения, имеющими твердость значитель-
но меньшую, чем твердость исходного металла, обеспе-
чивают в этом процессе ничтожно малый износ круга.
Вместе с этим наличие зазора А создает условие
интенсивной подачи электролита между электродами,
что в сочетании с небольшой величиной этого зазора
(со0,03 мм) позволяет получать большие плотности
тока и, следовательно, высокую скорость съема метал-
ла наряду с высоким качеством обработки.
Информации зарубежных фирм по вопросу изгото-
вления однослойных алмазных кругов содержат отры-
вочные и недостаточные для практического использова-
ния сведения.
В связи с этим практический интерес может пред-
ставить технология изготовления таких кругов формы
ПВ (ГОСТ 2424-60), разработанная автором совместно
с инж. Е. А. Дрозд и техником Т. В. Кулешовой
(табл. 1).
При изготовлении кругов особое внимание следует
уделять тщательности нанесения клеющей пленки на
кольцевую поверхность Dj.D2 вспомогательного коль-
ца 1 (рис. 2).
Пленка должна обладать:
а) клеющей способностью для закрепления зерен
алмазного порошка (операция № 5);
б) незначительной, практически трудно измеряемой
толщиной для размещения зерен алмазного порошка
в одной плоскости;
в) электропроводностью для гальванического нане-
сения на ее поверхность меди (операция № 6);
г) сплошностью для исключения возможности сцеп-
ления медного слоя 6 с кольцом 1 при гальваническом
меднении (операция № 6), так как пленка является
разделительным слоем при отрыве кольца от алмазо-
носного слоя (операция № 11).
Всем этим требованиям, как показали опыты, удо-
влетворяет парафиновое покрытие в виде тончайшей
сплошной пленки.
Нанесение пленки производится на предварительно
обезжиренную поверхность £>iD2 кольца 1, нагретого до
210
Технологический процесс изготовления однослойных алмазных кругов
для электроалмазной обработки
Таблица 1
№ опе- рации Наименование операции Краткое содержание и назначение операции Состав ванны, режим обработки, материал
1 Изготовление вспомога- тельного кольца (рис. 2) После точения плоскости кольца шлифуются с обеспечением параллель- ности и плоскостности.На верхней пло- скости кольца прочерчиваются круго- вые риски диаметром D-v и Da Материал Ст. 3
2 Нанесение слоя никеля 2 на вспомогательное кольцо (рис. 2) Никелирование производится для предохранения поверхности кольца от травления при последующем медне- нии в кислой ванне. Толщина покры- тия 0,005—0,007 мм Состав ванны: 1) никель сернокислый Ni SO4-7H2O —200—240 г/л; 2) борная кислота Н3ВО3 — 28—32 г[л\ 3) хлористый натрий NaCl —15—20 г/л; 4) натрий сернокислый NaSO4 — 50—100 г/л; /=40—45° С; Пк=1,5—2,0 а\дм* pH =5—5,4
3 Нанесение изоляционного покрытия 3 на основание кольца (рис. 2) Изоляционное покрытие произво- дится для предохранения основания кольца от последующих покрытий металлом Цапонлак
№
№
Продолжение табл. 1
№ опе- рации Наименование операции Краткое содержание и назначение операции Состав ванны, режим обработки, материал
4 Нанесение клеющей плен- ки 4 (рис. 2) Клеющая пленка наносится между рисками на верхней плоскости кольца для последующего закрепле- ния в ней зерен алмазного порошка Парафин при t=35—40° С
5 Нанесение и закрепление алмазного порошка 5 (рис. 2) Зерна порошка равномерно рас- пределяются на парафиновой пленке между рисками /Д/Л. Для закрепле- ния зерен кольцо подогревается до расплавления парафина и затем охла- ждается Алмазный порошок с раз- мером зерен 400—500 мк
б Гальваническое меднение вспомогательного кольца Меднение производится с целью регламентации высоты выступающей части зерен на рабочей поверхности круга. Толщина слоя 6 равна 0,025— 0,03 мм (рис. 2) Состав ванны: 1) медпый купорос CuSO4 — 750 г/л; 2) серная кислота HaSO4—15 г/л; Z)K=0,2 а/дм'1 первые 30 мин.; Z)K=l,0 а,[дм? остальное время
7 Гальваническое закрепле- ние зерен алмазного порош- ка слоем никеля Z (рис. 2) Никелирование до толщины нике- левого слоя 1,0—1,2 мм Состав и режим ванны те же, что и при выполнении операции № 2
Продолжение табл. 1
№
со
№ опе- рации Наименование операции Краткое содержание и назначение операции Состав ванны, режим обработки, материал
8 Повторное гальваническое нанесение слоя меди 8 (рис. 2) Производится для улучшения усло- вий пайки. Толщина слоя меди 0,01— 0,02 мм Состав и режим ванны те же, что и при выполнении операции № 6
9 Пайка встык ступицы круга к обмедненному нике- левому слою кольца Перед пайкой производится очист- ка спаиваемых поверхностей, нанесе- ние на них припоя и флюса Пайка оловом производит- ся в муфельной печи при 240—245° С
10 Вырезка кольца по форме ступицы круга Направление вырезки кольца пока- зано на рис. 2 пунктирной линией. Осуществляется на токарном станке в трехкулачковом патроне —
И Отделение вспомогатель- ного кольца от круга Выполняется вручную по границе парафиновой пленки Подогрев до /=35—40° С
12 Растворение медного слоя 6 (рис. 2) Производится для обнажения зерен алмазного порошка Состав раствора: 1) хромовый ангидрид СгО3 — 300 г/л; 2) сульфат аммония (1\Н4) SO4 — ЮО- 120 г/л
t= 35—40°C, натиранием парафином и тщательной про-
тиркой места покрытия фетром.
После нанесения пленки кольцо охлаждается до за-
твердевания парафина и на поверхность пленки насы-
пается предварительно обезжиренный алмазный поро-
шок, который затем равномерно распределяется по
поверхности кольца между рисками DXD2.
Распределение зерен алмазного порошка на пленке
должно быть по возможности равномерным и нс слиш-
ком плотным, чтобы не препятствовать подаче электро-
лита в зазор А между кругом и деталью (см. рис. 1).
Концентрация алмазного порошка в однослойных
кругах выше, чем в алмазных кругах для обычного
алмазного шлифования.
Для обеспечения возможности контроля биения
алмазоносного слоя индикатором при закреплении
алмазного круга на шпинделе станка в плоскости рас-
положения зерен оставляется кольцевая поверхность
шириной 5—7 мм. С этой целью алмазные зерна нано-
сятся на поверхность пленки на расстоянии 5—7 мм от
риски £>i (рис. 2).
Закрепление зерен порошка на поверхности кольца
под гальваническое меднение осуществляется его нагре-
ванием до расплавления пленки с последующим охлаж-
дением кольца до затвердевания пленки.
Перед гальваническим меднением (операция № 6)
поверхность кольца на расстоянии 4—6 мм от рисок
D[ и D2 очищается от парафина, обезжиривается, а
оставшаяся парафиновая пленка подвергается обра-
ботке при /=-18—20° в растворе хлорного олова SnCl2
(5—10 г/л) до смачиваемости поверхности пленки
водой.
Перед повторным гальваническим меднением (опе-
рация № 8) производятся удаление с основания кольца
слоя изоляционного покрытия 3, слесарная опиловка по
окружности кольца фаски аа и шлифование слоя ни-
келя 7 параллельно основанию кольца до выравнивания
никелевого покрытия.
После повторного меднения кольцо припаивается
встык к фланцу круга (операция № 9), протачивается
по наружному диаметру D{ и прорезается резцом по
границе риски D2, как показано на рис. 2 пунктиром
(операция № 10).
214
Рис. 3. Общий вид одно-
слойного алмазного круга.
Крепление кольца с фланцем под пайку и токарную
обработку осуществляется болтовым соединением.
После токарной обработки оставшаяся часть кольца
отрывается от фланца (операция № 11) по границе
расположения парафиновой
пленки 4 и алмазоносного
слоя.
Завершающая операция тех-
нологического процесса связа-
на с растворением медного
слоя 6 до слоя никеля 7, в ре-
зультате чего зерна алмазного
порошка обнажаются но вы-
соте па величину зазора А, ко-
торый в процессе электроаб-
разивного шлифования по-
стоянно поддерживается меж-
ду обрабатываемой поверхно-
стью детали и алмазным кру-
гом. Перед растворением мед-
ного слоя 6 торцы слоя 8 должны быть изолированы.
По мере износа зерен алмазного порошка в процессе
работы круга восстановление величины зазора А осу-
ществляется электрохимическим растворением слоя ни-
келя посредством изменения полярности электродов.
Алмазный круг, изготовленный по изложенной тех-
нологии, показан на рис. 3. Приведенная технология
может быть использована для изготовления кругов
формы ПВ и тому подобных кругов других форм.
ЛИТЕРАТУРА
В е р о м а п В. 10. Электроалмазное шлифование. «Станки и ин-
струмент», 1963, № 8.
Гусев В. II. Анодно-механическая обработка металлов. Машгиз,
1952.
К а н Б. И., Космачев И. Г. Анодно-механическая чистовая об-
работка. Машгиз, 1952.
Р я б и п о к А. Г., Александров М. А. Высококачественная
анодно-механическая обработка вытяжных и волочильных
твердосплавных матриц. ЛДПТП, 1959.
„The Machinist". November, 1953, 14, р. 1910.
Metzger L., К e С 1 e г 1 с Е. Electrolytic grinding. „The Machinist",
1953, № 8.
„American Machinist", 1958, № 7, p. 132.
В. Ю. Вероман
ЭЛ ЕКТРОАЛ МАЗНОЕ ШЛИФОВАНИЕ
Введение
Одной из основных операций в технологии обработки
твердосплавных деталей является плоское шлифование
заготовок. Различные методы шлифования твердого
сплава имеют те или иные недостатки. Электроэрозион-
ные методы обычно не обеспечивают необходимого каче-
ства поверхности, хотя точность шлифования достаточно
высока. Методы, основанные на химическом воздейст-
вии на твердый сплав, могут обеспечивать весьма высо-
кую производительность, но точность обработки при
этом крайне низкая. Ультразвуковое шлифование дает
высокую точность и качество поверхности, но произво-
дительность его незначительна. При механическом шли-
фовании алмазными кругами получают наиболее вы-
сокую точность обработки и малую шероховатость
поверхности. В настоящее время этот метод является
наиболее распространенным. Средняя производитель-
ность всех перечисленных выше методов находится
в пределах 5—30 м3/мин.
Новый способ шлифования твердого сплава, полу-
чивший название электроалмазного, следует рассматри-
вать как разновидность размерного электрохимиче-
ского метода обработки, при котором обязательным
является сочетание двух процессов: электрохимиче-
ского, обусловливающего съем материала с обрабаты-
ваемой поверхности, и механического, способствующего
удалению продуктов электрохимического процесса из
216
зоны обработки. Механический процесс может осущест-
вляться потоком жидкости (абразивной суспензией) или
твердым шлифовальником.
Электрохимический метод имеет практически неогра-
ниченные возможности повышения производительности
обработки, но получение высокой точности в этом слу-
чае является наиболее сложным вопросом. Для повы-
шения точности обработки необходимо стремиться
Рис. 1. Схема электрохимического шлифования.
локализировать воздействие химического процесса на
поверхности обрабатываемой детали, уменьшая поля
рассеивания силовых линий тока в электролите и ведя
обработку так, чтобы механический процесс обеспечи-
вал непрерывное удаление продуктов химического воз-
действия. Эти условия наилучшим образом удовлетво-
ряются при использовании шлифовальников.
К разновидностям электрохимического шлифования,
являющимся предшественниками электроалмазного,
можно отнести шлифование: 1) абразивными кругами
с дополнительными катодами (рис. 1, а); 2) металличе-
скими кругами в среде химически активной абразивной
217
суспензии (рис. 1,6); 3) металлизированными абразив-
ными кругами (рис. 1,в) и 4) графитизированными
абразивными кругами (рис. 1,г).
Схема электроалмазного шлифования
Сущность процесса электроалмазного шлифования
состоит в сочетании электрохимического (анодного)
растворения обрабатываемого металла, обусловливаю-
щего высокую производительность, с алмазным шлифо-
Рис. 2. Принципиальная схема процесса электроалмазного
шлифования.
ванием, дающим высокое качество и точность шлифо-
вания.
Электроалмазное шлифование производится токове-
дущим алмазоносным кругом в среде электролита 3
(рис. 2). Источник постоянного тока 5 напряжением
4—6 в своим положительным полюсом присоединяется
к шлифуемой детали 4, а отрицательным — к шлифо-
вальному кругу 1. В процессе обработки происходит
анодное растворение шлифуемого твердого сплава и
удаление продуктов анодного растворения алмазными
зернами 2, выступающими из шлифовального круга.
При этом алмазные зерна снимают механическим реза-
нием тонкий слой твердого сплава.
Отличительными особенностями электроалмазного
шлифования по сравнению с другими электрохимиче-
скими методами шлифования являются: 1) высокая
плотность тока (70—100 а/см2), достигаемая благодаря
хорошей электропроводности шлифовального диска и
218
малому зазору между диском и деталью; 2) низкое на-
пряжение (4—6 в), предотвращающее возможность эро-
зии в процессе обработки; 3) непрерывное удаление про-
дуктов электрохимического процесса, что обеспечивает
высокую точность обработки и отсутствие завала острых
кромок.
Результаты эксплуатации электроалмазного плоско-
шлифовального станка модели 2ПЭШ показывают вы-
сокую эффективность электроалмазного метода шлифо-
вания и целесообразность его широкого применения для
обработки твердых сплавов.
На основании экспериментальных данных можно
предположить, что примерно 9/ю толщины слоя, снимае-
мого в процессе обработки, удаляется за счет электро-
химического процесса, а */ю за счет процесса резания.
Поэтому износ алмазного диска при электроалмазном
шлифовании уменьшается в 10 раз по сравнению с ме-
ханическим алмазным шлифованием.
Токоведущие алмазные круги
Наиболее целесообразной формой шлифовального
круга при электроалмазном плоском шлифовании яв-
ляется чашкообразная (типа АЧК). Шлифование тор-
цом круга позволяет увеличить площадь соприкоснове-
ния круга и детали и соответственно увеличить произ-
водительность обработки. Применение торцовых кругов
с более широким рабочим пояском нецелесообразно,
так как в этом случае трудно обеспечить интенсивную
смену электролита в рабочей зоне под кругом. Размеры
круга должны обеспечивать оптимальную скорость ре-
зания в пределах 20—25 м!сек.
На рис. 3 приведен алмазный токоведущий круг, при-
меняющийся при электроалмазном шлифовании. По
размерам своей режущей кромки этот круг аналогичен
стандартному (A4KJ50X8) и отличается только более
высокой чашкой, что вызвано необходимостью поместить
внутри чашки разбрызгиватель для подачи электролита
под режущую кромку круга. На торце стальной чаш-
ки 1 находится алмазоносный поясок 2 высотой 4 мм,
получаемый спеканием при температуре 600—700° С сме-
си алмазного и меднооловянистого порошков (80% меди
и 20% олова).
219
Как показали ранее проведенные исследования, ал-
мазоносные круги со 100-процептной концентрацией ал-
Рис. 3. Токоведущий алмазный круг:
1 — стальная чашка; 2—алмазоносный слой.
мазного порошка дают наибольшую производительность.
Увеличение пористости круга с 3 до 20% приводит к
увеличению его износа в 1,5
раза, но при этом производи-
тельность процесса не изме-
няется; изменение зернистости
алмазного порошка в преде-
лах А12—А5 существенно не
сказывается на производитель-
Рис. 4. Канавки в шлифо-
вальном круге для подачи
электролита.
ности.
Исходя из результатов
этих исследований, был изго-
товлен круг (рис. 3) с алма-
зоносным пояском 100-про-
центной концентрации и зер-
нистостью А12. Общее коли-
чество алмазного порошка в
круге составляло 24 карата.
Для обильной подачи элек-
тролита в зону обработки в
рабочем пояске круга сделаны
канавки (рис. 4), которые по-
зволяют существенно увели-
чить плотность тока во время
шлифования и интенсифицировать электрохимический
процесс.
220
В табл. 1 приведены данные о влиянии количества
канавок п круга на плотность тока в среде раствора ни-
трата натрия при площади детали S = 2025 мм2, давле-
нии круга Р = 4 кг/см2-, скорости прокачки электролита
v3 = 7,5 л/мин, скорости движения стола ас = 5 м!мин,
скорости вращения круга 2800 об/мин и напряжении
источника тока U = 6 в.
Таблица 1
Влияние количества канавок на плотность тока
Количество канавок, п Ток, а Плотность тока, ajcM2
0 450—500 75
9 700 ПО
18 800 125
36 1100 172
72 1400 220
Как видно из данных табл. 1, с увеличением коли-
чества канавок плотность тока значительно увеличивает-
ся. Однако увеличение количества канавок приводит к
Рис. 5. Зависимость тока I и производи-
тельности обработки £ от числа канавок п
в круге.
сокращению рабочей площади круга. Оптимальным ко-
личеством следует считать 30—70 канавок.
На рис. 5 приведен график зависимости тока (/)
и производительности (|) от числа канавок при
шлифовании алмазным кругом детали (S = 1845 мм2).
221
Как видно из рис. 4, для улучшения условий подачи
электролита под режущую кромку канавки делаются
несквозными и развернутыми относительно радиального
направления на угол 30—40°. Направление вращения
круга указано стрелкой.
Электролит
Исследованиями было установлено, что электролит
раствора нитрата натрия или калия дает наибольшую
производительность процесса, а изменение концентра-
ции электролита (нитрата натрия) в пределах 5—30%
не влияет на процесс обработки. Однако при больших
концентрациях ухудшается удаление прореагировавших
продуктов. При анодном растворении твердых сплавов
образуются нерастворимые соединения — гидрат окиси
кобальта и вольфрамовая кислота, которые, выпадая
в осадок, загрязняют зону обработки. Поскольку такое
явление снижает производительность процесса, в элек-
тролит добавляют комплексообразователь, предотвра-
щающий соединение ионов металла с гидроксильными
ионами и образующий с металлами растворимые соеди-
нения.
Введение в электролит в качестве комплексообразо-
вателя фтористого натрия увеличивает производитель-
ность в 2 раза, добавка же уксуснокислого натрия не
изменяет производительность. Введение ингибитора
(нитрита натрия) позволяет уменьшить коррозию дета-
лей оборудования, не снижая производительности про-
цесса обработки.
В табл. 2 приведены данные эксперимента, постав-
ленного с целью выбора минимально допустимой кон-
центрации электролита при S = 2025 дш2, U = 6 в,
v(. — 6 м/мин, — 6 л/мин, Р = 0,62 кг/см2.
На основании исследований был принят электролит
следующего состава (в % по весу):
Нитрат натрия или калия............5
Фтористый натрий...................5
Нитрит натрия ....................0,3
Вода ......................... . 89,7
Увеличение количества прокачиваемого электролита
несколько увеличивает производительность обработки.
222
Таблица 2
Выбор состава электролита в зависимости
от производительности
Состав электролита, % Ток, а Плотность тока, Скорость углубления, мм!мин. Производи- тельность, мм?]мин
ККОз NaF NaXOa
1,5 1,5 0,3 600 94,0 0,029 59
2,5 2,5 0,3 240 37,5 0,043 87
3,5 3,5 0,3 300 47,0 0,056 113
4,0 4,0 0,3 400 62,5 0,060 120
5,0 5,0 0,3 500 62,5 0,056 113
В табл. 3 приведены данные шлифования заготовки при
S = 2025 мм2, Р = 4 кг!смг, v с = 6 м/мин, U = беи
п = 36 в зависимости от количества электролита, прока-
чиваемого через зону обработки.
Таблица 3
Производительность шлифования в зависимости
от количества электролита
Количество электролита, л!мин Ток, а Производительность, мм? 1 мин
2,5 300 113
4,0 320 117
5,0 300 124
6,0 300 130
7,5 200 115
Из данных табл. 3 следует, что оптимальным коли-
чеством прокачиваемого электролита следует принять
6 л /мин.
Механические характеристики
Скорость перемещения стола. Увеличение скорости
перемещения стола приводит к повышению производи-
тельности, что объясняется, очевидно, улучшением сме-
223
ны электролита под алмазным кругом. В этом случае,
как показывают эксперименты (табл. 4), увеличивается
плотность тока при режиме Р — 4 кг/см2, U = 6 в,
S = 2025 мм2, п = 36.
Таблица 4
Производительность шлифования в зависимости
от скорости перемещения стола
Скорость стола, м/мин Ток, а Плотность тока, а}см* Скорость углубления, мм 1 мин. Производи- тельность, мм?{мин.
1 250 39 0,055 по
2 250 39 0,059 120
3 300 47 0,071- 142
4 350 55 0,084 170
5 400 62,5 0,092 186
. 7,8 450 70 10,082 166
Увеличение скорости ctoj
жает производительность и
Рис. 6. Зависимость производи-
тельности шлифования s от скоро-
сти резания vp.
резания свыше 20—25 м/сек
что при больших скоростях
i свыше 4—5 м/мин сни-
вызывает необходимость
предпринимать особые
меры борьбы с выплески-
ванием электролита из
рабочей ванны и поэтому
не может быть рекомен-
довано.
Скорость резания. За-
висимость производи-
тельности шлифования
от скорости резания по-
казана на рис. 6.
Из данных графика
можно сделать вывод,
что увеличение скорости
нецелесообразно, тем более,
резания повышается износ
круга.
Давление круга на обрабатываемую деталь имеет су-
щественное значение, так как влияет на электрохимиче-
ский процесс вследствие изменения зазора между де-
талью и кругом, а также на процесс резания твердого
сплава алмазными зернами.
224
Опытные данные по шлифованию деталей различной
площади при п =72, U — 6 в, vc = 6 м]мин, цэ = 6 л)мин
показывают, что оптимальное давление лежит в преде-
лах 4—6 кг/см2.
Площадь обработки. Для процесса электроалмазно-
го шлифования характерно, что скорость углубления ал-
мазного круга в деталь, т. е. скорость шлифования, срав-
Рис. 7. Зависимость производительности обра-
ботки £ и скорости шлифования t»in от площади
шлифуемой детали 6'.
нительно мало зависит от площади обработки. Поэтому
увеличение площади обработки приводит к пропорцио-
нальному увеличению производительности процесса.
На рис. 7 приведены зависимости производительно-
сти и скорости шлифования от площади шлифуемой де-
тали при vc = 6 м/мин, =6 л!мин, Р = 4 кг/см2 и
U = 6 в.
Ввиду явно выраженной зависимости производитель-
ности процесса от площади обработки целесообразно
для уменьшения времени шлифования прямоугольной
детали со сторонами различной длины обработку вести
подачей на круг широкой стороной детали. Так, напри-
мер, при шлифовании поверхности детали размером
81 X 25 мм при подаче ее широкой стороной произво-
дительность обработки составляет 112 мм3/мин, а при
подаче узкой стороной — 76 мм3!мин.
15 Зак. № 455 225
Электрические режимы
При электроалмазном шлифовании напряжение ис-
точника питания следует применять не более 6—8 н.
При большем напряжении может возникнуть электро-
эрозионный процесс, вызывающий прижоги на обраба-
тываемой поверхности.
На рис. 8 приведены результаты шлифования при
различных напряжениях источника тока и при постоян-
Рис. 8. Зависимость производительности обработки £ от
напряжения холостого хода источника тока U и количе-
ства включенных параллельно выпрямителей N.
ной расчетной допустимой мощности (п = 72,
= 6 mJmuh, = 6 л] мин, Р = 4 кг]см2 и S = 2025 мм2).
Как следует из рис. 8, а, скорость обработки с увели-
чением напряжения уменьшается. Напряжение источни-
ка тока в процессе обработки уменьшается из-за паде-
ния напряжения на его внутреннем сопротивлении. На
-рис. 8, б даны результаты шлифования при различном
количестве включенных параллельно автономных вы-
прямителей БСГ-ЗБ при тех же режимах.
Для выяснения влияния резания алмазными зерна-
ми на производительность обработки было проведено
шлифование стальными дисками, аналогичными элек-
троалмазным, при различных электрических режимах.
В табл. 5 приведены результаты опыта, из которых
следует, что, несмотря на значительное увеличение плот-
ности тока, производительность процесса при шлифова-
нии кругами без алмазных зерен резко уменьшается
благодаря уменьшению зазора между кругом и деталью.
226
Таблица 5
Зависимость производительности процесса от выбора круга
(Р=-5 кг/м2, 5=2025 мм2, ес=3 м/ман, v3~6 л/ман)
Круг Ток, а Напря- жение, в Скорость углубления. мм-ман Производи- тельность, Количество канавок на круге
Металлический с алмазом 500 6 0,087 175 36
Металлический без алмаза 1000 6 0,003 6 36
То же 600 6 0,005 10 18
Абразивно-графи- товый 20—30 6 0,004 8Д —
Из данных табл. 5 видно, что при шлифовании токо-
ведущим абразивом — графитовым кругом, применяе-
мым обычно при электроабразивном методе шлифова-
ния, производительность значительно меньше, чем при
шлифовании электроалмазным кругом. Это может быть,
объяснено меньшей допустимой плотностью тока, с од-
ной стороны, и худшими режущими свойствами абрази-
ва, с другой.
Наиболее распространенное плоское алмазное
шлифование периферией круга типа АПН при
установленных режимах резания (глубина шлифования
0,02—0,03 мм, продольная подача 2—3 м/мин, попереч-
ная подача 0,2—0,5 мм) обеспечивает съем материала
5—30 мм3/мин, при этом производительность мало зави-
сит от величины шлифуемой площади.
Сравнивая производительность шлифования алмаз-
ным и электроалмазным методами (см. табл. 5), можно
сделать вывод, что эффективность применения электро-
алмазного метода повышается с увеличением шлифуе-
мой площади.
Примерная зависимость отношения производительно-
сти электроалмазного шлифования и производителыю-
15* 227
сти алмазного шлифования (К) от площади обработки
(S) следующая:
5, мм1 К
10 1
50 1,2—1,3
100 1,4—1,6
500 -3—4
1000 5—6
5 000 10—11
10 000 15—20
20 000 20—30
Износ алмазного круга
Относительный износ алмазного круга при электро-
алмазном шлифовании, так же как и производитель-
ность, зависит от площади обработки. Зависимость из-
носа круга от давления на деталь точно не установлена.
Величина износа колеблется в пределах от 0,1 —
0,2 мг алмаза на 1 г снятого твердого сплава (или
0,7—1,9% по объему вместе со связкой) при малых пло-
щадях и 0,02—0,07 мг (0,1—0,2% по объему)—при
больших площадях.
Эти величины износа в несколько раз меньше износа
круга при обычном алмазном шлифовании.
Электроалмазный плоскошлифовальный станок
модели 2ПЭШ
Станок 2ПЭШ предназначается для плоского шли-
фования твердосплавных деталей электроалмазным ме-
тодом. Шлифование осуществляется торцом токоведу-
щего алмазного круга с помощью головки с вертикаль-
ным шпинделем (рис. 9).
Через центральное отверстие шпинделя внутрь шли-
фовального круга подается электролит. Внутри круга
установлен разбрызгиватель для подачи электролита па
вертикальные стенки круга, стекая с которых электро-
лит попадает под режущую кромку. Вал шпинделя вра-
щается на подшипниках с помощью тексропного при-
вода от электродвигателя. В верхней части шпинделя
установлено щеточное устройство для подвода тока
228
к шпинделю. Устройство состоит из четырех щеток, вза-
имно расположенных под прямыми углами. Головка со
шпинделем подается по вертикальным направляющим
с помощью ручного привода с нониусным отсчетом. Стол
имеет только продольную
подачу и приводится в дви-
жение гидравлической си-
стемой, аналогичной систе-
мам, применяемым в обыч-
ных шлифовальных станках.
Помпа для создания давле-
ния в гидросистеме установ-
лена в основании станка.
Рабочее напряжение для
ведения электроалмазного
процесса подается от специ-
ального селенового выпря-
мителя.
Станина станка (рис.
10) представляет собой
сварную конструкцию, ко-
торая состоит из трех ча-
стей: основания, тумбы и
блока направляющих. На
передней стенке станины
находятся маховик для руч-
ного продольного перемеще-
ния стола, лимб верти-
кального перемещения по-
движной бабки шпинделя и
ручки управления гидрав-
лической системой переме-
щения стола (включение
системы, регулировка ско-
рости и реверсирования). I
Рис. 9. Схема шпинделя
станка:
/ — полый вал; 2— разбрызгиватель;
3 — подача электролита; «/ — шлифо-
вальный круг; 5 — тетки подвода тока.
а станине крепятся пульт
управления с кнопками для включения вращения шпин-
деля, помпы гидросистемы и помпы системы подачи
электролита. Справа на станине имеется ручка для ре-
гулирования подачи электролита. В передней части ста-
нины вмонтирована гидросистема. В задней части на-
ходятся помпа подачи электролита и электрический щит
станка.
Колонка станка коробчатой конструкции несет на
229
себе шлифовальную бабку. Для перемещения бабки в.
вертикальном направлении колонка имеет прямоуголь-
ные направляющие. В колонке помещается механизм
вертикальной подачи.
Механизм подачи служит для вертикального пере-
мещения шлифовальной бабки. Механизм представляет
собой червячный редуктор с
передаточным отношением
1:10. Движение бабки
осуществляется посредст-
вом вращения лимба на
станине. Один оборот
лимба соответствует
0,5 лш, цена деления
0,005 мм. На корпусе ре-
дуктора смонтирован
храповой механизм с со-
леноидом, предусматри-
вающий возможность ав-
томатической подачи
бабки.
Шлифовальная бабка
является весьма ответст-
венным узлом станка,
оказывающим значитель-
ное влияние на качество
обрабатываемых дета-
лей. Корпус бабки сде-
лан достаточно массив-
ным и имеет конструктив-
ную особенность, позво-
„ ляющую электрически
Рис. 0. Общий вид станка. изолировать шпиндель от
основания станка. Ще-
точное устройство, установленное на бабке, обеспечи-
вает подвод тока через вал шпинделя к алмазному
кругу.
Стол станка представляет собой чугунную отливку,
связанную для жесткости поперечными ребрами. В верх-
ней части стол имеет прямоугольное зеркало с тремя
Т-образными пазами. В нижней части стола находятся
плоская и призматическая направляющие. На передней
части стола укреплена рейка перемещения упоров, по-
средством которых устанавливается необходимый ход
230
стола. Два козырька предохраняют направляющие от
налета пыли. На левом козырьке имеются два отвода,
служащие для крепления плюсовой шипы выпрямителя.
На зеркале стола установлена магнитная плита с ван-
ной, закрепленной на корпусе плиты. Дно ванны имеет
уклон 5° и сточный патрубок для отвода электролита
через желоб в бак.
Гидросистема станка состоит из: 1) шестеренной по-
лосы с приводом от асинхронного электродвигателя;
2) гидроианели типа Г-31-12; 3) предохранительного
клапана типа Г-52-12; 4) обратного клапана типа
Г-51-22; 5) плунжерного гидропривода.
Масло из резервуара через сеточный фильтр и предо-
хранительный клапан подается в гидропанель под дав-
лением 10—12 кг!см2, а оттуда через золотник в гидро-
привод, который в зависимости от реверса передает дви-
жение столу.
Станок имеет три электрических привода: 1) шлифо-
вального круга; 2) насоса гидравлики; 3) помпы для
прокачки электролита.
Краткая характеристика станка
Максимальные размеры обрабатываемых
деталей, мм:
при использовании кругов диамет-
ром 150 мм............................Г25Х120Х
Х150
то же, 200 мм...................170Х170Х
Х150
Максимальное продольное перемещение
стола, мм............................ 360
Скорость перемещения стола, м[мин . . . 1—10
Вертикальное перемещение шпинделя, мм 180
Скорость вращения шпинделя, об/мин . . 2800
Габариты станка, мм...........140х770х
Х1730
Вес станка, кг................... 1000
Выпрямитель к станку 2ПЭШ. Селеновый выпрями-
тель смонтирован из десяти автономных выпрямителей,
из которых каждый имеет следующие параметры:
U = 6 в, / 100 а.
Для уменьшения пульсации постоянного тока транс-
форматоры подключены по три в фазу. Выпрямленный
ток от каждого выпрямителя подводится к блоку ком-
231
мутации, который позволяет посредством ключей изме-
нять электрические режимы обработки по следующим
ступеням:
№ режима Напряже- ние, в Ток, а
1 6 2000
2 12 1000
3 18 600
4 24 400
5 30 200
6 36 200
7 42 200
Для облегчения коммутации имеется сигнальная
система, состоящая из переключателя режимов сигналь-
ных лампочек.
В соответствии с номером режима, установленного
на переключателе, загораются сигнальные лампочки на
щите над теми силовыми ключами, которые необходимо
включить, чтобы обеспечить правильное для данного
режима соединение автономных выпрямителей.
Ключи, над которыми лампочки не зажигались, дол-
жны быть при этом выключены.
Для проверки исправности лампочек имеется кноп-
ка, при нажатии которой должны загореться все лам-
почки.
На боковой стенке выпрямителя выведены кабели
для присоединения к станку, трехфазный кабель для
подключения к питающей сети и ручка пакетного вы-
ключателя общего включения установки.
При электроалмазном шлифовании используется
режим № 1. Другие режимы позволяют осуществлять
на станке 2ПЭШ шлифование другими электро-химико-
механическими методами, например электроабразив-
ным.
ВЫВОДЫ
1. Исследованный электроалмазный метод шлифо-
вания твердого сплава позволяет получить весьма вы-
сокую производительность, значительно превышающую
производительность алмазного шлифования. Особенно
232
большой эффект наблюдается при шлифовании деталей
с большими поверхностями.
2. Чистота и точность электроалмазного метода шли-
фования такие же, как и при алмазном шлифовании.
3. В результате проведенных исследований устано-
влены оптимальные режимы шлифования электро-
алмазным методом.
4. Электроалмазный плоскошлифовальный станок
обеспечивает установленные электрические, химические
и механические режимы обработки.
5. Дальнейшая обработка электроалмазного метода
шлифования и исследования работы станка 2ПЭШ
в производстве позволят еще более усовершенствовать
этот высокопроизводительный метод шлифования твер-
дого сплава.
ЛИТЕРАТУРА
Верой ан В. Ю. Размерная ультразвуковая обработка материа-
лов. Машгиз, 1961.
В е р о м а н В. 10. Электроабразивпые и электрические методы шли-
фования твердого сплава. Сб. ЦБТИ, Рига, 1961, № 5.
Кизелыптейн В. Я. Химико-механический метод обработки ме-
таллов. Сб. «Электрические и ультразвуковые методы обработ-
ки материалов». Лениздат, 1958.
Коршунов Б. С. Электро-химико-механический способ обработ-
ки твердых сплавов. Филиал В11ИТИ, М., 1957.
Левине о н Е. М., Владимиров Е. И. Электроискровая об-
работка твердосплавного инструмента. Лениздат, 1955.
Лившиц A. Л. Электроэрозиоппая обработка металлов. Машгиз,
1957.
Трушин И. К- Обработка твердых сплавов электропроводными
абразивами. Сб. «Электрические и ультразвуковые методы об-
работки материалов». Лениздат, 1959.
Зак. № 455
В. II. Барунов
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ АЛМАЗНАЯ ДОВОДКА
ИНСТРУМЕНТА
Наиболее прогрессивным и производительным мето-
дом доводки режущих твердосплавных инструментов
является электролитическое алмазное шлифование то-
копроводящими кругами.
Сущность процесса доводки инструмента с примене-
нием электрического тока заключается в следующем.
При протекании электрического тока на поверхности
твердого сплава, являющегося анодом, образуются ионы
кобальта и вольфрама, которые легко снимаются зер-
нами алмаза. Эти ионы, вступая в реакцию с электро-
литом, образуют гидрат окиси кобальта и вольфрамо-
вую кислоту, которые исключают накапливание метал-
ла на поверхности алмазного круга.
В данной статье описывается опыт внедрения элек-
тролитической алмазной доводки лунок на передней
поверхности резца расточной головки для глубокого
сверления.
Как известно, к станкам для алмазной заточки и
доводки инструмента предъявляются высокие требова-
ния по жесткости шпиндельного узла, а также по жест-
кости системы станок — приспособление — затачивае-
мый инструмент.
Доводка лунки резца (рис. 1) на заводе «Больше-
вик» производится на модернизированном универсаль-
ном заточном станке модели ЗА64М.
234
Модернизированный станок должен отвечать сле-
дующим требованиям:
1) радиальное биение посадочной поверхности шпин-
деля не более 0,008 мм;
2) осевое биение шпинделя не более 0,005 мм;
3) скорость резания должна быть увеличена до
20—30 м!сек.
в-в
Рис. 1. Твердосплавный резец расточной головки.
Кроме соответствующего подбора или модернизации
станка для электролитической алмазной доводки режу-
щих инструментов необходимо произвести монтаж элек-
трической схемы, правильно выбрать алмазный круг,
подобрать электролит и приспособление для крепления
инструмента.
Электрическая схема к станку модели ЗА64М для
электролитической доводки инструмента приведена на
рис. 2. Твердосплавный резец, подлежащий доводке,
служит анодом, а алмазный круг является катодом.
В данной схеме использован двухполупериодный вы-
прямитель, собранный по мостовой схеме.
Подвод напряжения к шпинделю станка следует
производить через щеточное устройство, состоящее из
медного цилиндра и графитовых щеток. Медный ци-
линдр устанавливается на противоположном от алмаз-
235
ного круга конце шпинделя и закрепляется так же, как
и круг (рис. 3).
Щетки с пружинами монтируются на текстолитовой
шайбе, прикрепленной к шпиндельной бабке. Напряже-
ние подводится к неподвижным щеткам и передается
на вращающийся вместе со шпинделем медный цилиндр.
Для подводки напряжения в корпусе приспособле-
ние. 2. Электрическая схема к станку модели ЗА64М:
7 — выпрямитель; 2 — щетоппое устройство; 3 — алмазный круг; 4 — доводимый
резец.
ния просверливается отверстие с резьбой для клеммной
шпильки. Между основанием и столом устанавливается
прокладка из винипласта. Для предотвращения элек-
трического контакта между приспособлением и столом
станка на крепежный болт надевается изоляционная
втулка, а под гайку ставится изоляционная шайба.
Кроме того, гайки, крепящие приспособление, должны
быть закрыты изоляционными колпачками, так как при
попадании на них электролита возникает ионный ток,
вызывающий эрозию металла.
Для обеспечения токопроводности алмазный круг
должен иметь металлическую связку.
Следует отметить, что при обычной доводке твердо-
сплавного инструмента круги со связкой М5 обеспечи-
236
вают больший съем металла за один проход, чем круги
со связкой марки МИ. При электролитической алмаз-
ной доводке производительность обоих кругов практи-
чески одинакова, так как засаливания круга не проис-
ходит.
Для доводки лунки передней поверхности резца рас-
точной головки применяется круг прямого профиля
формы АПП.
При выборе алмазного круга следует учитывать так-
же его зернистость, пористость и концентрацию алмаз-
ных зерен. Оптимальной зернистостью, обеспечивающей
необходимую чистоту обрабатываемой поверхности
при достаточной производительности, следует счи-
тать А8.
Более рационально применять круги обычной 3-про-
центной пористости, так как использование кругов с по-
ристостью 20 и 40% увеличивает производительность,
но в то же время значительно повышает износ круга.
Наиболее выгодной концентрацией алмазных зерен
следует считать 10-процентную, поскольку уменьшение
концентрации понижает производительность и стойкость
кругов.
Интенсивность процесса электролитической алмаз-
ной доводки зависит от применения электролита. Обыч-
но при электролитическом шлифовании применяется
электролит, состоящий из 5% нитрата натрия или ни-
трата калия, 0,03% нитрита натрия и воды. Этот элек-
тролит обладает хорошей ионной токопроводностью и
может обеспечить пропускание тока 600—2000 а при
напряжении 6—7,5 в. Это необходимо для создания
достаточной плотности тока при обработке поверхно-
стей с большой площадью контакта между алмазным
кругом и обрабатываемой деталью.
При доводке твердосплавного инструмента для уве-
личения производительности и предотвращения засали-
вания алмазного круга достаточен ток силой 20—45 а,
так как обрабатываемая поверхность невелика, а съем
металла и площадь контакта круга с резцом незначи-
тельны. Поэтому процентное содержание токопроводя-
щих солей в электролите может быть значительно
уменьшено. Кроме того, в электролит целесообразно
добавлять обезжиривающие вещества (триэтаноломин,
кальцинированную соду, буру) и ингибиторы, например,
237
тринатрийфосфат, являющийся токопроводящим компо-
нентом.
Применяемый в электролитах раствор нитрита на-
трия также является ингибитором и обладает токопро-
водимостыо.
При доводке алмазными кругами без электролити-
ческого эффекта применяется охлаждающая жидкость,
состоящая из следующих компонентов (в %): триэта-
ноломин —0,4; нитрит натрия — 0,4; тринатрийфосфат—•
0,3; сода кальцинированная — 0,3; бура — 0,5; смачива-
тель ОП-7 или ОП-Ю — 0,1, и остальное вода.
Эта жидкость хорошо обезжиривает обрабатывае-
мый инструмент, предохраняет его от коррозии и дает
весьма незначительное выпадение осадков солей на об-
рабатываемом инструменте и рабочих поверхностях
станка; к тому же она обладает и некоторой токопро-
водностыо.
В качестве эксперимента такая жидкость была при-
менена на заводе «Большевик» вместо обычного элек-
тролита, используемого при электролитической алмаз-
ной доводке. Применение указанного электролита обес-
печило пропускание тока до 40 а с напряжением 7,5 в.
Входящий в электролит смачиватель ОП-7, являясь изо-
лятором, обволакивает обрабатываемый инструмент
пленкой и значительно снижает токопроводимость элек-
тролита вне зоны соприкосновения круга с металлом,
что предотвращает завал острых кромок доводимого
резца гальваническими токами. В зоне работы алмаз-
ного круга пленка снимается давлением круга, что
обеспечивает плотность тока, достаточную для предот-
вращения засаливания круга и для интенсификации
процесса доводки. Практически при электролитической
доводке не наблюдается засаливания круга даже при
снятии кругом некоторого слоя металла со стальной
державки резца.
С целью интенсификации процесса доводки за счет
увеличения плотности тока можно рекомендовать вве-
дение в электролит нитрата натрия или калия. Но
значительное увеличение этих токопроводящих компо-
нентов может привести к заваливанию острых кромок
резца и к выпадению осадков солей на трущиеся поверх-
ности станка. Рациональные пределы увеличения токо-
238
следует установить опытным
что образование в процессе ра-
и вольфрамовой кислоты
процесса доводки. На-
ироводимости электролита
путем.
Выше указывалось,
боты гидрата окиси кобальта
обеспечивает интенсификацию
ряду с этим окись
кобальта и вольф-
рамовая кислота,
растворяясь в элек-
тролите, изменяют
его химический со-
став; образование
ионов кобальта и
вольфрама замед-
ляется, и эффект
от применения элек-
трического тока по-
степенно исчезает.
Поэтому электро-
лит необходимо пе-
риодически заме-
нять.
Для продления
срока службы элек-
тролита можно ре-
комендовать добав-
ление в пего 1—5%
фтористого натрия,
который, образуя с
металлом раство-
Рис. 3. Щеточное устройство:
1 — текстолитовая шайба; 2— тетка; 3 •— шпин-
дель станка; -1 — медный цилиндр.
римые соединения,
препятствует обра-
•юзанию гидрата
окиси кобальта. Добавление фтористого натрия может
увеличить срок службы электролита вдвое. Время ис-
пользования электролита зависит от определенного ко-
личества- его в баке, химического состава и режима ра-
боты станка. Сроки замены электролита определяются
опытным путем.
При переходе к электролитической доводке твердо-
сплавного инструмента необходимо провести мероприя-
тия по организации труда, подготовке рабочего места
239
и оборудованию станка с целью обеспечения макси-
мальных удобств при работе.
Выпрямитель целесообразно смонтировать в закры-
том кожухе и установить на тумбочке слева от рабочего
так, чтобы рабочему было удобно пользоваться ручкой
переключателя (рис. 4).
Рис. 4. Общий вид рабочего места заточника:
1 — выпрямитель; 2 — индикатор; 3 — пленка для установки резца;
4 — приспособление.
Для предотвращения разбрызгивания электролита
алмазный круг нужно закрыть металлическим кожу-
хом, оставив открытой минимально необходимую часть
его рабочей поверхности (рис. 5).
Чтобы реже менять электролит, бачок для него ре-
комендуется сделать большого объема, установить его
на некотором возвышении, а в дне бачка сделать слив-
ное отверстие с краном.
Для контроля подачи круга на заданную глубину
резания на шпиндельной бабке станка (слева от рабо-
чего) крепится индикатор с таким расчетом, чтобы его
мерительный наконечник касался планки, закрепленной
на станине станка (см. рис. 4).
240
Рис. 5. Защитное
устройство:
1 — кожух; 2— алмазный круг.
Для контроля поперечного перемещения стола с це-
лью правильной установки режущей кромки резца от-
носительно алмазного круга к станине станка крепится
металлическая планка (см. рис. 4). Стол перемещается
в поперечном направлении до касания режущей кромки
доводимого резца с планкой, которая должна быть изо-
лирована от станка.
Для предотвращения попадания электролита на вы-
ступающую рабочую поверхность колонны станка ее
надо прикрывать полиэтилено-
вой пленкой. Если этого не
сделать, то на рабочей поверх-
ности колонны могут отло-
житься соли и вертикальное
перемещение шпиндельной
бабки будет затруднено.
Вблизи станка, работающе-
го на алмазной доводке ин-
струмента, не должны нахо-
диться станки, создающие виб-
рацию пола, а также станки,
работающие на сухой абразив-
ной заточке, создающие шум
и загрязняющие воздух абра-
зивной пылью.
При электролитической ал-
мазной доводке рекомендуют-
ся следующие режимы рабо-
ты: глубина резания при пред-
варительных проходах — 0,02—0,03 мм, при чистовых —
0,005—0,010 мм; электрическое напряжение 6—7,5 в.
Чистота обработанной поверхности, как и при алмаз-
ной доводке, получается нс ниже 10-го класса. Однако
блеск поверхности после электролитической доводки
уменьшается из-за наличия тончайшей окисной пленки,
способствующей получению матовой поверхности.
На режущие свойства доводимого инструмента эта
пленка не влияет. Если чистовые проходы производить
при напряжении выпрямителя 2,5—3,5 в, то можно по-
лучить блестящую поверхность резца.
Скорость резания при электролитической алмазной
доводке должна быть в пределах 20—30 м!сек. Даль-
16 Зак. № 455
241
нейшсе повышение скорости резания приводит к значи-
тельному увеличению расхода алмаза.
Применение электролитической алмазной доводки
позволяет повысить производительность в 1,5 раза, а
удельный расход алмаза уменьшить в 1,5 раза. Стои-
мость доводки снижается почти вдвое.
Внедрение этого метода на участках централизован-
ной заточки машиностроительных заводов и на заточ-
ных участках инструментальных заводов и цехов даст
значительную экономию народному хозяйству страны.
10. Д. Сузанович
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАЛОГАБАРИТНЫХ
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
На Петродворновом часовом заводе Ленсовнархоза
широко внедрена алмазная обработка при изготовле-
нии твердосплавных инструментов.
По сравнению с инструментами, применяемыми
в общем машиностроении, инструменты для часового
производства отличаются весьма малыми размерами.
Так, например, фрезы червячные (рис. 1), двуугловые
(рис. 2) и дисковые модульные (рис. 3) имеют диаметр
от 9 до 24 мм и ширину от 0,21 до 8 мм. Перовые
сверла (рис. 4) заводской нормалью предусматривают-
ся диаметром от 0,47 до 2,15 мм и общей длиной (с хво-
стовиком) в пределах от 20 до 25 мм. При такой ми-
ниатюрности инструмента, естественно, невозможно
применение обычных конструкций с напаянными твердо-
сплавными пластинками, поэтому до недавнего времени
па ПЧЗ, как и на других часовых и приборостроитель-
ных заводах, почти весь специальный режущий инстру-
мент изготовляли из инструментальных сталей. Расши-
рение часового производства потребовало внедрения
значительно более производительных и экономичных
твердосплавных инструментов.
В 1956 г. в результате совместных работ инструмен-
тальщиков Первого Московского часового завода и
лаборатории фасонного инструмента ВПИИТСа был
разработан метод изготовления монолитных твердо-
сплавных инструментов сложной конфигурации из пла-
стифицированных заготовок. Этот метод позволил при-
li д
243
менять в часовой промышленности твердосплавный
инструмент, который кроме резкого повышения стойко-
сти стабилизировал размеры деталей и улучшил чистоту
обрабатываемых поверхностей.
В 1958 г. на Петродворцовом часовом заводе в ин-
струментальном цехе организован участок по изготовле-
нию монолитных твердосплавных инструментов малых
1 ff.0J ।
Ь----------“I
Рис. 1. Монолитная твердосплавная червячная фреза.
размеров из пластифицированных заготовок марок
ВК6М, ВК10М, ВК15М и ВК20М.
Применение твердосплавного инструмента с центра-
лизованной заточкой алмазными кругами дало весьма
существенный экономический эффект. Так, например,
если червячная фреза из инструментальной стали до
полного износа нарезала 5000 зубчатых колес, то фреза
из твердого сплава ВК6М--260 000 колес. Если раньше
стальную фрезу наладчику приходилось перетачивать
3—4 раза в смену, то твердосплавной фрезы, перетачи-
ваемой в централизованном порядке алмазными круга-
ми, хватает на 40—45 смен. Это дало возможность на
операции нарезания трибов одной работнице обслужи-
вать 20 станков вместо 10. Если стойкость стальных
вырубных матриц 250 тысяч ударов, то матрица из
244
Рис. 2. Монолитная твердосплавная двуугловая фреза.
Рис. 3. Твердосплавная дисковая модульная фреза.
245
твердого сплава ВК20М выдерживает 800—900 тысяч
ударов.
При переходе на твердосплавные перовые сверла
для станков-автоматов стойкость инструмента увеличи-
лась примерно в 10 раз по сравнению со стойкостью
стальных сверл.
Высокие требования, предъявляемые к инструмен-
там часового производства, естественно, могут быть до-
стигнуты лишь при алмазной их заточке и доводке, по-
этому все малогабаритные твердосплавные инструменты
на ПЧЗ затачиваются алмазными инструментами.
В качестве оборудования для алмазной заточки и
доводки твердосплавных инструментов на заводе при-
меняют как фирменные шлифовальные и заточные
станки, так и станки после специальной модернизации.
Так, например, дисковые и призматические фасонные
резцы и матрицы вырубных штампов обрабатываются
на швейцарском профилешлифовальном станке фирмы
«Штудср» с пантографом. Автоматные резцы затачи-
ваются на отечественном станке С-194. На станке Ш-227
за одну установку полностью затачиваются перовые
сверла. Дисковые и червячные фрезы по диаметру и по
передним граням затачиваются на модернизированном
фрезерном станке С-169.
Вся алмазная заточка и доводка на заводе прово-
дится без охлаждения, за исключением заточки авто-
246
матных резцов, где применяется капиллярная подача
вазелинового масла.
Представляет значительный интерес модернизация
некоторых станков, выполненная Петродворцовым часо-
вым заводом при внедрении алмазной заточки и до-
водки.
Рис. 5. Модернизированный станок С-43 для затыловки дисковых
модульных фрез.
На рис. 5 изображен модернизированный станок-
полуавтомат С-43 Пензенского часового завода для за-
тыловки с одновременным профилированием малогаба-
ритных твердосплавных дисковых модульных фрез.
В фирменном исполнении станок предназначается для
затыловки стальных фрез фасонным резцом. После мо-
дернизации станок приспособлен для затыловки твердо-
сплавных фрез алмазным инструментом. В качестве
инструмента здесь используется быстровращающаяся
шайба, шаржированная алмазным порошком, из стали
12ХНЗ диаметром 10—12 мм с канавкой по форме об-
ратного профиля фрезы. Затыловка производится за
два перехода: обдирка затыловочной шайбой, шаржи-
247
рованной алмазным порошком зернистостью А6, и до-
водка шайбой с зернистостью ЛМ40. Под доводку
оставляется припуск 0,03 мм по толщине профиля.
Чтобы при малом диаметре затыловочной шайбы
обеспечить скорость резания порядка 26 м!сек, на
станок пришлось поставить пневматическую турбинку,
вращающую затыловочную шайбу со скоростью
40 000 об/мин. Турбинка вращается в твердосплавных
центрах на масляной подушке (давление масла
20 кг!см?) от воздушной сети с давлением 3—4 кг!см2.
Для алмазной затыловки с одновременным профи-
лированием малогабаритных твердосплавных червяч-
ных фрез на заводе используется затыловочный станок
«Сафаг», модернизированный также путем установки
быстровращающейся пневматической турбинки. В отли-
чие от модернизированного станка С-43 здесь кроме
быстрого вращения алмазной шайбы и круговой подачи
затылуемой фрезы предусмотрена продольная подача
алмазной шайбы на шаг спирали фрезы за один ее
оборот.
Для изготовления алмазных затыловочных шайб
используется специальное приспособление, представлен-
ное на рис. 6. При вращении маховичка вручную на
стальной заготовке затыловочной шайбы (конечно, при
очень малой поперечной подаче) дисковым фасонным
резцом из стали У10 на шайбе прорезается кольцевая
канавка профиля, обратного профилю подлежащей за-
тыловке фрезы. На этом же приспособлении, но другим
резцом, по фасонному профилю (обратному профилю
канавки) обтачиваются два стальных ролика, которые
будут использованы при шаржировании затыловочных
шайб. Шаржирование производится на другом приспо-
соблении при проворачивании маховичком вручную
шайбы, находящейся между двумя профильными роли-
ками диаметром 25 мм из стали У10А (HRC — &2,—64),
которые винтом могут сближаться, создавая необходи-
мое усилие прижатия.
Алмазный порошок в виде суспензии на вазелино-
вом масле вручную подается в место контакта шайбы
с роликами. Чтобы биение алмазной шайбы на затыло-
вочном станке было минимальным, на операции про-
точки профильной канавки и шаржирования шайбы по-
ступают в сборке с ротором турбинки.
248
Впервые примененные на Первом Московском часо-
вом заводе станки общего назначения, модернизиро-
ванные путем установки быстровращающейся пневмо-
турбинки, сейчас используются на многих часовых и
приборостроительных заводах: на Втором Московском
часовом заводе, Пстродворцовом часовом заводе 1 и др.
Рис. 6. Приспособление для прорезки профильных канавок на
затыловочных шайбах.
Высокая хрупкость монолитных малогабаритных
твердосплавных инструментов предъявляет к ним повы-
шенные требования. Так, например, для жесткого
ограничения радиального и торцового биения дисковых
модульных фрез допуск па диаметр посадочного отвер-
стия (диаметром 3,5 и 5 мм) назначается ио 1-му клас-
су точности (допуск 0,008 мм), а отклонение от взаим-
ной параллельности двух торцовых плоскостей фрезы и
отклонение от перпендикулярности оси посадочного
1 Аналогичная модернизация ряда станков выполнена по ини-
циативе начальника участка твердых сплавов инструментального
цеха Н. А. Третьякова.
249
отверстия от торцовой плоскости не должно превышать
0,005 мм.
Для обеспечения таких высоких требований точно-
сти при изготовлении малогабаритных монолитных
твердосплавных фрез технологическим процессом пре-
дусматривается тонкая алмазная обработка посадоч-
ного отверстия и торцовой плоскости обязательно с од-
Рис. 7. Модернизированный станок С-28, налаженный для алмаз-
ного шлифования посадочных отверстий во фрезах.
ной установки. Для этой операции на ПЧЗ применяется
модернизированный настольный токарный станок С-28
Пензенского часового завода (рис. 7 и 8).
При модернизации на суппорт станка установлен
сменный шпиндель, несущий алмазный инструмент и
получающий быстрое вращение (9000 об/мин). Обра-
батываемая фреза устанавливается по наружному диа-
метру в цанговый патрон и получает вращение
п = 700 об/мин, продольная подача вручную рычагом
сообщается алмазному инструменту за счет его переме-
щения вместе с суппортом (на фотографиях рычаг не
виден).
250
При шлифовании отверстия фрезы в качестве ин-
струмента применяется специальная алмазная оправка
диаметром 3—4,5 мм. Изготовляется оправка следую-
щим образом. Стальной стерженек с зазором 1 —1,5 мм
вставляется в чугунную втулочку, а зазор заполняется
шихтой, в состав которой входят алмазный порошок
Рис. 8. Модернизированный станок С-28, налаженный для алмаз-
ного шлифования торцов фрез.
зернистостью Л6, медь, олово и свинец — тоже в виде
порошков. После спекания при температуре 750—800° С
чугунная втулочка стачивается, и инструмент готов. На
других заводах аналогичные инструменты изготовляют-
ся более примитивно: на медный или стальной стерже-
нек диаметром 3—4 льи напильником вручную наносит-
ся насечка, которая затем шаржируется алмазным по-
рошком.
После шлифовки посадочного отверстия фрезы на
суппорт устанавливается другой сменный шпиндель
с алмазным кругом формы АЧК диаметром 75 мм, зер-
нистостью Лб и производится шлифование торцовой
плоскости фрезы (см. рис. 8).
251
Технологический процесс изготовле
Операции Операционный эскиз Станок Приспо- собление
Шлифовать от- верстие и торец за одну установку 1 ч 600'0+^ V9 Круглошли- фовальный станок „Штудер” Чашеч- ная цанга
Шлифовать вто- рой торец в раз- мер В
I £00‘0
1* -6 и V9 Настольный токарный станок С-1 Цанго- вая оправка
/
S 0,003
Заточить зубья по передней по- верхности 1 i V?0 — Модерни- зированный универ- сально-фре- зерный станок С-169 Оправка
252
Таблица 1
ния твердосплавных червячных фрез
Инструмент Режимы резания
режущий измерительный
1. Алмазная оправка диаметром 6 мм, зер- нистостью А6. 2. Алмазный круг АЧК зернистостью Л6, диаметром 50 мм па бакелитовой связке 100-процентной кон- центрации 1. Пробка гладкая /^=8,0025-0,002; 8,01—0,002. 2. Индикатор со столиком лИ1!стр=Э000 об/мин; при шлифовании от- верстия w=3 м/сек, при шлифовании торца 25 м/сек; /гдет—700 об/мин, подача ручная
Алмазный круг АЧК зернистостью Л6 — А5, диаметром 75 мм па бакелитовой связке 100-ироцентной кон- центрация Микрометр, ин- дикатор со столи- ком /ги„стР=9000 об/мин; /!дет=700 об/мин; ц=38 м/сек, иодача ручная
Алмазный круг А1Т зернистостью А6 и АМ14, диаметром 75 мм на бакелитовой связке 50-нроцентной концентрации Проекторный чер- теж; микроскоп 1 1 пИ11СТр = 10 000 об/мин; ц=39 м/сек, подача ручная
253
Операции
. . ' „ Приспо-
Опсрациоппый эскиз । Станок собленис
1. Затыловать
профиль предва-
рительно.
I 2. Затыловать
I профиль оконча-
| тельпо
I
I
I
I__________________
Окончательный
контроль по чер-
тежу и ТУ
Модерни-
зирован-
ный заты-
ловочный
станок
„Сафаг“
I
I Проектор
Оправка
Центры
и
оправка
Рассмотрим технологические процессы алмазной
шлифовки, заточки и доводки наиболее характерных
малогабаритных монолитных твердосплавных инстру-
ментов (червячных фрез и перовых сверл), применяе-
мых на Петродворновом часовом заводе.
Заготовками для монолитных твердосплавных чер-
вячных фрез являются диски с отверстиями из пласти-
фицированного твердого сплава ВК6М. Обработка на-
чинается с расточки отверстия, которое затем прини-
мается за базу; заготовка на оправке проходит все
токарные операции на настольном токарном станке С-1,
а фрезерование впадин между зубьями — на универ-
сально-фрезерном станке С-169; инструменты для об-
работки червячных фрез изготовляются из твердого
сплава ВК8. После предварительного и окончательного
спекания при температуре соответственно 550—600 и
1390°10° С заготовки поступают на шлифовальные и
заточные операции, выполняемые с применением алмаз-
ного инструмента (табл. 1).
Аналогично затачиваются фрезы и других типов.
254
Продолжение табл. 1
Инструмент Режимы резания
режущий измерительный
1. Специальная про-
фильная затыловочная
алмазная шайба диа-
метром 12 мм, зерни-
стость А5.
2. Специальная про-
фильная затыловочная
алмазная шайба диа-
метром 12 мм, зерни-
стость АМ40
Проекторпый чер-
теж; микроскоп
«иистр=40 000 об/мин;
идет-2 об/мин;
ц-=25 м/сек
Проекторпые чер-
тежи; микроскоп
Технологический процесс изготовления монолитных
твердосплавных перовых сверл диаметром до 2 мм
следующий.
Стержневые заготовки длиной 50—60 мм из твер-
дого сплава ВК6М нарезаются на индивидуальные за-
готовки сверл. Разрезка производится на специальном
настольном станке К-4 алмазным кругом толщиной
0,2—0,3 мм, зернистостью А10—А16 и диаметром 75 мм
при скорости резания п = 39 м/сек.
После обкатки цилиндрической поверхности загото-
вок с карбидом бора и абразивной бесцентровой шли-
фовки кругом карбида кремния зеленого заготовки по-
ступают на шлифовальные и заточные операции, вы-
полняемые с применением алмазного инструмента.
Заточка перовых сверл производится за одну уста-
новку на универсальном заточном станке Ш-227 с руч-
ной подачей (поперечная подача- по лимбу, верти-
кальная— на звук).
Технологический процесс изготовления перовых
сверл приводится в табл. 2.
255
Технологический процесс изго
Переходы
Шлифовать фаску 0,3x45'
Операционный эскиз
256
Таблица 2
говления перовых твердосплавных сверл
Инструмент Режимы резания
режущий измерительный
Алмазный круг АЧК зер- нистостью А6, диаметром 75 мм. па бакелитовой связке 100-процептпой концентра- ци и _ /г —6000 об/мин; v=24 м[сек\ подача ручная
Алмазный круг АЧК зер- нистостью А6--А5, диамет- ром 75 мм на бакелитовой связке 100-процентной кон- центрации Микрометр 0- -25 п _-60<>0 об/.мин; V—24 м/сек; подача ручная
Алмазный круг АЧК зер- нистостью А6, диаметром 75 мм па бакелитовой связке 100-процептпой концентра- ции Микрометр 0 -25; микроскоп П-.-6000 об/мин; ц=24 м/сек; подача ручная
Алмазный круг АЧК зер- нистостью АМ40, диаметром 75 мм на бакелитовой связке 50-процентной концентрации 1 Микрометр 0—25; микроскоп и-6000 об/мин; Ц--24 м/сек; подача ручная
17 Зак. № 455
257
I
Переходы
Заточить с углом при вер-
шине е=116° и с задними
углами а по чертежу
Операционный эскиз
I
На режущей части не допускают-
ся сколы
г= 116
Контроль на соответствие
чертежу и ТУ
Как известно, эффективность применения алмазных
инструментов в значительной степени зависит от рацио-
нального их использования и применения соответствую-
щего оборудования. Поэтому опыт Петродворцового
Продолжение табл. 2
Инструмент I
. f Режимы резания
режущий измерительный ।
Алмазный круг АЧК зер-
нистостью АМ40, диаметром
75 мм на бакелитовой связке
50-процентной концентрации
Микроскоп
п=6000 об/мин;
г»=24 м/сек;
подача ручная
Микроскоп
часового завода по применению алмазных инструментов
представляет несомненный интерес для других пред-
приятий приборостроительной промышленности.
17*
А. И. Капустин
АЛМАЗНАЯ ЗАТОЧКА ДВУХПЕРЫХ ЗЕНКЕРОВ
Твердосплавные двухперые зенкеры предназначены
для одновременной обработки отверстий и дна под
любым углом. Если отношение диаметра отверстия
к длине обработки меньше 4,5, то таким зенкером мо-
жно обрабатывать отверстие в сплошном материале без
предварительного сверления. При отношении — °—- > 5
'обр
необходимо предварительно просверлить отверстие на
длину половины диаметра зенкера.
Конструкция такого зенкера (рис. 1) отличается от
обычных введением твердосплавной пластинки 1, кото-
рая служит для того, чтобы нейтрализовать действие
составляющей силы резания Рг. Ширина главной режу-
щей кромки пластинки 1 равна половине ширины глав-
ной режущей кромки пластинки 2. Такая конструкция
зенкера дает возможность отказаться от припайки опор-
ных твердосплавных пластинок.
В целях предотвращения выкрашивания пластинки 2
в центре зенкера, где скорость резания равна нулю,
производится подточка но задней поверхности под
углом 2° с заходом за центр на 0,5—0,8 мм.
Подгонка пластинки по центру производится за счет
заточки отрицательной фаски по передней поверхности
под углом у = — 5° и шириной 0,5—0,8 мм.
Хвостовик зенкера рекомендуется изготовлять ци-
линдрическим по посадке Сз, что значительно упрощает
измерение зенкера после заточки и дает возможность
легко проверить установку зенкера на станке.
260
При фрезеровании в державке зенкера пазов под
пластинки необходимо предусмотреть, чтобы передняя
поверхность пластинки была открыта.
После напайки пластинок и зачистки производятся
шлифование, алмазная заточка и доводка.
Наружная цилиндрическая поверхность по пластин-
кам шлифуется на станке модели 312М.
Рис. 1. Двухнерый зенкер.
Для круглого шлифования используется круг с ха-
рактеристиками: ЛПП200Х10ХЗХ75 и АС8Б1-50-41,00,
а для доводки АЧК125Х5ХЗХ32 и АС6Б1-50-12,00.
Алмазная обработка зенкеров осуществляется на
круглошлифовальном станке модели 312М, на котором
производилось окончательное шлифование наружной
цилиндрической поверхности по пластинкам, а доводка
передней и задней поверхностей—на модернизирован-
ном универсально-заточном станке.
261
При заточке ленточки на задней поверхности пла-
стинок зенкер устанавливается так, чтобы его ось была
перпендикулярна плоскости алмазного круга.
Стружколом на передней поверхности и радиус при
вершине также обрабатываются алмазными кругами.
Для заточки и доводки принимаются круги из синте-
тических алмазов.
Алмазная обработка производится с охлаждением
эмульсией при следующих режимах: v = 25—30 м/сек’,
s = 2 м/мин (ручная подача); / = 0,01—0,02 мм.
Внедрение алмазной обработки твердосплавных зен-
керов позволило значительно увеличить стойкость
инструмента.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие............................................. 3
А. М. Рус,скова. Алмазные инструменты................... 5
Э. И. Белицкая. Изготовление специальных алмазных инстру-
ментов ............................................ 53
А. И. Федотов. Технологические особенности изготовления
алмазных резцов для делительных работ.............. 69
А. Г. Пер. Тонкая обработка алмазными инструментами . . . 109
В. Д. Корсаков. Оборудование и алмазные инструменты, при-
меняемые при изготовлении твердосплавной оснастки . . 139
Р. А. Анашкин. Полуавтомат модели „Алмаз 70-1“.........192
И. И. Федотов и К). Д. Сузанович.. Применение алмазного
инструмента при изготовлении часовых камней........199
А. Г. Рябинок. Круги для электроалмазного шлифования . . 206
В. 10. Вероман. Электроалмазное шлифование.............216
В. Н. Барунов. Электролитическая алмазная доводка инстру-
мента .............................................234
Ю- Д. Сузанович. Изготовление малогабаритных твердосплав-
ных режущих инструментов...........................243
А. И. Капустин. Алмазная заточка двухперых зенкеров . . . 260