Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
«Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ »
Кафедра електронної техніки і технології
РЕФЕРАТ
На тему:
«Заготівлі й процес обробки оптичних деталей»
МІНСЬК, 2008
1. ЗАГОТОВКИ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ
Заготівлі оптичних деталей з оптичного скла отримують у вигляді прямокутних або круглих пластин, плиток, штабиков і прессовок (рис.1). На обробку заготовки надходять партіями, що складаються із заготовок одного найменування і розміру. До партії прикладають супровідний паспорт, в якому вказують фактичні значення оптичних характеристик скла, показники якості, номери варок та відпалу. При обробці не можна змішувати заготівлі різних партій, тому що в ряді випадків при складанні виробу оптичних деталі комплектують з урахуванням фактичних значень показника заломлення і дисперсії.
Найбільш раціональної заготівлею деталей типу лінз і призм є пресування (рис.1.1, д), що повторює конфігурацію готової деталі. Для виготовлення прессовок необхідна технологічне оснащення: прес-форма, шаблони та ін Вартість оснащення окупається тільки при пресуванні певного числа заготовок. Тому ГОСТ 13240 "Заготівля оптичного скла" встановлено мінімальний обсяг партії заготовок, що поставляються у вигляді прессовок.
При замовленні меншого числа заготовок їх виготовляють у вигляді плитки, штабиков з розмірами, кратними розмірами одиничної заготовки (див. рис.1.1, а-г).
Технічні умови (ТУ) на заготівлю складають на основі креслення оптичної деталі. У ТУ наводиться ескіз заготовки з необхідними для виготовлення і контролю розмірами і допусками, вказується марка скла, технічні вимоги до скла і заготівлі, маса і число замовляються заготовок у штуках (рис.1.2).
На ескізі поруч з розмірами заготовки в дужках проставляють як довідкові відповідні розміри готової деталі. Для деталей з розмірами більше 150 мм на заготівлі вказують також світловий діаметр або розташування робочої зони. Поза робочої зони дефекти типу одиночних міхурів і вузлових звили не нормуються.
Рис. 1.1 Заготівлі оптичних деталей:
а - прямокутна пластина; б - плитка для круглих деталей; в - плитка з розмірами, кратними розмірами одиничної заготовки; г - штабик з круглим перерізом; д - пресування лінзи і призми
Маршрутну технологію (МТ) виготовлення заготовки технолог розробляє з урахуванням вимог до скла, розмірами партії і габаритним розмірами деталі. Вибирається метод і послідовність операцій на основі типових технологічних процесів. Номер маршрутної технології вказують в ТУ на заготовку.
Коефіцієнт запуску (КЗ), рівний відношенню маси сировинного скла, необхідного для виготовлення заготовки, до теоретичної маси заготовки, встановлюють на основі наявних нормативів та обраної МТ. Коефіцієнт запуску залежить від вимог до показників якості скла.
Розміри заготовки розраховують з урахуванням необхідного припуску на обробку та граничних відхилень розмірів. Значення припуску залежить від обраної технології, методу базування деталі при обробці і товщини дефектного шару поверхні заготовки. Дефектний шар утворюється при термічних процесах формоутворення через включення в поверхню скла дрібнодисперсних частинок порошку підсипання ("шамоту"), появи вм'ятин, складок і поверхневий посічок. При механічних методах обробки скла: розпилюванні, свердління і ін - утворюється тріщинуватий поверхневий шар, відколи й подряпини.
Глибина залягання дефектів на поверхні пресованої заготівлі розміром до 50 мм з нижньої ("зашамоченной") сторони не повинна перевищувати 0,8 мм, а з верхньої ("світлої") сторони - 0,5 мм. У заготовок діаметром 50-150 мм відповідно 1,5 і 0,8 мм. Існують обумовлені стандартом обумовлені стандартом обмеження розмірів заготовок.
Рис.1.2 Зразок, оформлення технічних умов на заготівлю лінзи
Для заготовок - прессовок розміром до 150мм товщина заготовок не повинна бути менше 3 мм для лінз і 4 мм для плоских деталей, відношення діаметра або діагоналі заготівлі та її товщині повинна бути в межах від 15:1 до 1,25:1.
Значення і розташування полів допусків на розміри заготовок встановлені на основі аналізу точностних можливостей існуючих технологічних процесів.
Граничні відхилення розмірів заготовки регламентують ГОСТ 13240-78 в залежності від її діаметра або найбільшої сторони.
Таблиця 1.1
Мінусовий допуск повинен бути приплюсовані до номінального розміру відповідного параметра заготовки, який розраховується з номінального розміру ОД плюс припуску на операції, виконання яких необхідне для його отримання.
Послідовно порядок припусків наступний:
- На розпилювання кратних заготовок пилами (табл.1.2)
Таблиця 1.2
Товщина диска пилки прийнята рівної 1 мм. При застосуванні дисків іншої товщини ширина виїмки визначається за формулою 
- На обдирання заготовок (табл.1.3)
Установа освіти
«Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ »
Кафедра електронної техніки і технології
РЕФЕРАТ
На тему:
«Заготівлі й процес обробки оптичних деталей»
МІНСЬК, 2008
1. ЗАГОТОВКИ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ
Заготівлі оптичних деталей з оптичного скла отримують у вигляді прямокутних або круглих пластин, плиток, штабиков і прессовок (рис.1). На обробку заготовки надходять партіями, що складаються із заготовок одного найменування і розміру. До партії прикладають супровідний паспорт, в якому вказують фактичні значення оптичних характеристик скла, показники якості, номери варок та відпалу. При обробці не можна змішувати заготівлі різних партій, тому що в ряді випадків при складанні виробу оптичних деталі комплектують з урахуванням фактичних значень показника заломлення і дисперсії.
Найбільш раціональної заготівлею деталей типу лінз і призм є пресування (рис.1.1, д), що повторює конфігурацію готової деталі. Для виготовлення прессовок необхідна технологічне оснащення: прес-форма, шаблони та ін Вартість оснащення окупається тільки при пресуванні певного числа заготовок. Тому ГОСТ 13240 "Заготівля оптичного скла" встановлено мінімальний обсяг партії заготовок, що поставляються у вигляді прессовок.
| Маса заготівлі, м | Об'єм при замовленні, шт., Не менше |
| 1,5-10 | 2000 |
| 10-15 | 1000 |
| 50-100 | 250 |
| 100-250 | 150 |
| 250-500 | 100 |
Технічні умови (ТУ) на заготівлю складають на основі креслення оптичної деталі. У ТУ наводиться ескіз заготовки з необхідними для виготовлення і контролю розмірами і допусками, вказується марка скла, технічні вимоги до скла і заготівлі, маса і число замовляються заготовок у штуках (рис.1.2).
На ескізі поруч з розмірами заготовки в дужках проставляють як довідкові відповідні розміри готової деталі. Для деталей з розмірами більше 150 мм на заготівлі вказують також світловий діаметр або розташування робочої зони. Поза робочої зони дефекти типу одиночних міхурів і вузлових звили не нормуються.
Рис. 1.1 Заготівлі оптичних деталей:
а - прямокутна пластина; б - плитка для круглих деталей; в - плитка з розмірами, кратними розмірами одиничної заготовки; г - штабик з круглим перерізом; д - пресування лінзи і призми
Маршрутну технологію (МТ) виготовлення заготовки технолог розробляє з урахуванням вимог до скла, розмірами партії і габаритним розмірами деталі. Вибирається метод і послідовність операцій на основі типових технологічних процесів. Номер маршрутної технології вказують в ТУ на заготовку.
Коефіцієнт запуску (КЗ), рівний відношенню маси сировинного скла, необхідного для виготовлення заготовки, до теоретичної маси заготовки, встановлюють на основі наявних нормативів та обраної МТ. Коефіцієнт запуску залежить від вимог до показників якості скла.
Розміри заготовки розраховують з урахуванням необхідного припуску на обробку та граничних відхилень розмірів. Значення припуску залежить від обраної технології, методу базування деталі при обробці і товщини дефектного шару поверхні заготовки. Дефектний шар утворюється при термічних процесах формоутворення через включення в поверхню скла дрібнодисперсних частинок порошку підсипання ("шамоту"), появи вм'ятин, складок і поверхневий посічок. При механічних методах обробки скла: розпилюванні, свердління і ін - утворюється тріщинуватий поверхневий шар, відколи й подряпини.
Глибина залягання дефектів на поверхні пресованої заготівлі розміром до 50 мм з нижньої ("зашамоченной") сторони не повинна перевищувати 0,8 мм, а з верхньої ("світлої") сторони - 0,5 мм. У заготовок діаметром 50-150 мм відповідно 1,5 і 0,8 мм. Існують обумовлені стандартом обумовлені стандартом обмеження розмірів заготовок.
Рис.1.2 Зразок, оформлення технічних умов на заготівлю лінзи
Для заготовок - прессовок розміром до 150мм товщина заготовок не повинна бути менше 3 мм для лінз і 4 мм для плоских деталей, відношення діаметра або діагоналі заготівлі та її товщині повинна бути в межах від 15:1 до 1,25:1.
Значення і розташування полів допусків на розміри заготовок встановлені на основі аналізу точностних можливостей існуючих технологічних процесів.
Граничні відхилення розмірів заготовки регламентують ГОСТ 13240-78 в залежності від її діаметра або найбільшої сторони.
Таблиця 1.1
| Діаметр чи найбільша сторона заготовки, мм | Допуск заготовки, мм | Просвіт у середині сферичної поверхні при контролі радіусних шаблоном, мм, не більше | Відхилення від площинності плоских поверхонь, мм, не більше | ||
| діаметра | боку заготовки прямокутного перерізу | товщини по осі | |||
| До 20 | ± 0,3 | ± 0,5 | +1,5 -0,5 | 0,5 | 0,4 |
| 20-50 | ± 0,3 | ± 0,5 | +1,0 -0,5 | 0,8 | 0,5 |
| 50-80 | ± 0,5 | ± 0,5 | +1,0 -0,5 | 1,0 | 0,6 |
| 80-120 | ± 0,8 | ± 0,8 | +1,5 -0,5 | 1,2 | 0,8 |
| 120-150 | ± 1,0 | ± 1,0 | +1,5 -0,5 | 1,5 | 1,0 |
| 150-250 | ± 1,5 | ± 1,5 | +2,0 -1,0 | - | 1,2 |
| 250-360 | ± 2,0 | ± 2,0 | ± 2,0 | - | 1,5 |
| 360-500 | +5,0 -2,0 | +5,0 -2,0 | +5,0 -2,0 | - | 2,0 |
Послідовно порядок припусків наступний:
- На розпилювання кратних заготовок пилами (табл.1.2)
Таблиця 1.2
| Глибина розпилювання, мм | Розрахункова ширина виїмки при розпилюванні, мм |
| До 10 | 1,5 |
| Понад 10 до 65 | 2,0 |
| 65 | 2,5 |
- На обдирання заготовок (табл.1.3)
Таблиця 1.3
Припуски на обдирання (в міліметрах)
- На грубе шліфування (табл. 1.4)
Припуски на обдирання (в міліметрах)
| Форма деталі | Вид заготовки | Профіль оброблюваної поверхні | Розмір диска лінзи або найбільшої сторони прямокутної деталі | ||||||||
| до 10 | понад 10 до 25 | понад 25 до 40 | понад 40 до 65 | понад 65 | |||||||
| величини припуску на одну поверхню | |||||||||||
| на будь-яку сторону | 1-а поверх ність | 2-а поверх ність | 1-а поверх ність | 2-а поверх ність | 1-а поверх ність | 2-а поверх ність | 1-а поверх ність | 2-а поверх ність | |||
| Сферичні лінзи | Пресування зі сферичними поверхнями | Опуклий і увігнутий | - | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 0,9 |
| Пресовка з плоскою поверхнею | Опуклий | 0,4 | 0,5 | ||||||||
| Плоский | 0,2 + h | 0,3 + h | 0,2 + h | 0,3 + h | 0,3 + h | 0,4 + h | 0,4 + h | 0,6 + h | |||
| увігнутий | 0 | 0 | 0 | 0 | |||||||
| Попередньо пласкошлифувальні | Опуклий | h | h | h | h | ||||||
| Увігнутий | |||||||||||
| Призми та деталі, обмежені площинами | Будь-які, крім обколоти | Плоский | 0,4 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | 0,7 | 0,7 | 0,9 | 0,9 |
| Обколоти | 1,5 | 1 | 1 | 1,25 | 1,25 | 1,5 | 1,5 | 1,75 | 1,75 | ||
Таблиця 1.4
Припуски на грубе шліфування
- На дрібне (тонка) шліфування та полірування (табл. 1.5)
- На круглення (табл. 1.6)
Таблиця 1.5
Припуски на дрібне шліфування та полірування
Таблиця 1.6
Припуски на круглення
- На центріровку лінз (табл. 1.7)
Таблиця 1.7
Припуски на центріровку
2. СУТНІСТЬ ПРОЦЕСІВ ОБРОБКИ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ
Шліфування вільним абразивом
Скла та інші крихкі оптичні матеріали шліфують вільним абразивом, використовуючи жорсткий металевий інструмент 1 (рис. 2.1), який тисне на заготівлю 4 із силою Р і переміщається з відносною швидкістю v. Між заготівлею та інструментом розташовуються зерна 2 абразивного порошку, змішані з рідиною 3. При переміщенні інструменту по заготівлі вони взаємно зношуються під дією абразивних зерен і притираються один до одного.
Природа обробки скла водними суспензіями зерен абразивних порошків має двоякий характер. З фізичної сторони-це процес механічного руйнування скла абразивними зернами.
Рис. 2.1.Шліфованіе вільним абразивом
З хімічної боку - це взаємодія води з розчинними компонентами скла.
Основою механічного руйнування скла є виникнення всередині поверхневого шару крихкого тіла тріщин, що перетинаються між собою і створюють ослаблення зв'язків між сусідніми частинками матеріалу. Абразивні зерна разом з водою знаходяться між робочою поверхнею металевого інструменту й оброблюваної поверхнею скла. Ці поверхні мають нерівності, розміри яких співмірні з розмірами абразивних зерен. При відносному русі скла але інструменту абразивні зерна перекочуються або прослизають з деякою швидкістю.
Найбільш великі з зерен взаємодіють зі склом і інструментом. Більш дрібні зерна переносяться водою до тих пір, поки великі не роздрібнять, після чого і дрібні зерна залучаються у взаємодію зі склом і інструментом.
Під дією ударів зерна розколюються на більш дрібні зерна взаємодіють не тільки зі склом і інструментом, але і між собою, перетираючи і ще більш подрібнити. Подрібнені зерна, змішані з осколками скла, несуться з-під шліфовальніка разом з водою.
На оброблюваної поверхні створюється зруйнований шар, верхня частина якого (рельєфний шар) складається з западин і конічних виступів і тріщинуватого шару. Руйнування відбувається після багаторазового впливу абразивних зерен на одне і те ж місце скла. Утворюються тріщини перетинаються і між ними утворюється обсяг, який відійшов від решти сусідній маси скла. Цей обсяг під дією абразивних зерен і води видаляється з поверхні скла. Висота поверхневих нерівностей становить приблизно 1 / 4 - 1 / 3 розміру зерен. Під рельєфним шаром утворюється тріщинуватий шар глибиною в 2-4 рази більше першого. У міру зменшення абразивних зерен величина поверхневих нерівностей зменшується.
Рівномірність структури шліфованої поверхні порушується дефектами - подряпинами, крапками і виколкамі. Вони утворюються в тому випадку, коли зерно надовго закріплюється в шліфовальніке або є зерна розміром у кілька разів більше, ніж зерна основної фракції. В останньому випадку великі зерна не розколюються і залишають на склі великі подряпини і виколкі.
Хімічна взаємодія води з розчинними компонентами скла проявляється в тому, що вода активно вступає в реакцію з поверхневим шаром скла, утворюючи усередині тріщин колоїдну плівку кременевої кислоти, яка займає обсяг більший, ніж скло. Таким чином, вода розширює та поглиблює тріщини, прискорюючи та полегшуючи видалення осколків скла при абразивної обробки.
Шліфування закріпленим абразивом
На заготівельних операціях, а останнім часом і па операціях середнього і дрібного шліфування, використовують інструменти з закріпленим абразивом. Особливо широко цей спосіб обробки, став застосовуватися в оптичній промисловості після появи синтетичних алмазних порошків. Це дозволило налагодити випуск алмазних інструментів, в яких алмазні зерна 2 (рис. 2.2.) Певної крупності жорстко закріплені в тілі інструмента металевої зв'язкою зі сплавів міді та заліза.
Шліфування таким інструментом 1 (рис. 2.2) проводиться на верстаті при переміщенні його з заготівлі 5 зі швидкістю v і тиском Р. Між інструментом і заготівлею знаходяться вирвані зі зв'язки абразивні або алмазні зерна 3 і шар мастильно-охолоджувальної рідини 4. Крім силового впливу інструмента на заготівлю він подається на глибину знімається припуску за допомогою механізму поперечної подачі верстата.
Процес обробки закріпленим абразивом відрізняються від способу обробки вільним абразивом. Швидко рухомі і жорстко закріплені в інструменті абразивні зерна при врізанні в оброблювану поверхню утворюють тріщини, що випереджають переміщення зерен. У результаті на поверхні виникають виколкі, які обумовлюють знімання матеріалу заготовки.
Закріплені зерна з плином часу затупляются, зусилля різання збільшується, і вони фарбують зі зв'язки, але не розколюються. Замість них вступають в роботу нові зерна того ж розміру, і процес шліфування йде з рівномірною інтенсивністю.
Рис. 2.2. Шліфування закріпленим абразивом
Обробка таким способом супроводжується значним нагріванням контактуючих поверхонь і утворенням великої кількості відходів. Для зменшення температури і тертя між інструментом і заготівлею, а також для видалення відходів у процесі шліфування застосовують рясну подачу мастильно-охолоджувальної рідини.
Питома обсяг видаляється припуску пропорційний крупності, твердості, міцності абразивних зерен і зв'язки. Скло обробляється закріпленими абразивними зернами приблизно в 20 разів швидше, ніж вільними. Велика швидкість шліфування скла закріпленим абразивом в порівнянні з обробкою вільним абразивом пояснюється різними причинами.
Закріплений абразив викликає не розрізнені точкові виколкі, а суцільні подряпини. Закріплені абразивні зерна працюють як різці. Закріплені зерна руйнуються лише при дії на скло, а вільні подрібнюються і від взаємного перетирання. Неоднорідність розмірів зерен при даному способі не проявляється, оскільки вони працюють тільки виступаючими з зв'язки гострими гранями. Робочий тиск інструменту зосереджується на невеликій ділянці поверхні зерен, що виступають зі зв'язки, і досягає значних величин. Швидкість різання закріпленим абразивом становить від 10 до 50 м / с, а вільним абразивом 3-7 м / с.
Полірування
Процес полірування оптичних деталей пов'язаний з досягненням величини мікронерівностей значно меншої довжини хвилі світла, тобто менше 0,05 мкм. У цьому випадку поверхня стає прозорою для оптичного випромінювання. Крім того, похибки форми і розмірів цієї поверхні також складають частки мікрометра.
У процесі полірування (рис. 2.3) упругопластічний шар 2 (зазвичай смола, сукно або фетр) полірувальником 1, пластично деформуючись, вигладжується по шліфованої поверхні заготовки 5. Зерна 3 полірування порошку знаходяться між льника-вальник і заготівлею, поверхневі нерівності яких значно більше зерен полірування порошку. Розміри зерен порошку зазвичай лежать у межах від 0,5 до 2 мкм.
Вода 4, в якій зважені зерна, в перші моменти подання надає протитиск натиску, але потім розтікається і зерна закріплюються в зовнішньому шарі смоли. Частина зерен, ще не закріпилися в смолі, перекочується або, закріпившись на мить, продовжує рух.
Зерна зрізають вершини рельєфного шліфованого шару, які стають гладкими, полірованими. Надалі розміри полірованих майданчиків збільшуються, висота нерівностей зменшується до сотих часток мікрометра.
Рис. 2.3. Полірування
На початку процесу полірування робота закріплених зерен ефективніше, оскільки площа западин ще велика і перекочується зернам ніде закріплюватися. Товщина здираємо плівок зменшується при розширенні площі полірованих ділянок і до кінця процесу обробки приблизно дорівнює висоті залишаються поверхневих нерівностей. Під дією води колоїдна плівка утворюється і здирається знову все більш тонкими шарами.
Пластичні властивості смоли, що утримує зерна, до колоїдної плівки сприяють тому, що робота зерен полірування порошку не супроводжується появою подряпин. Завдяки пластичним властивостям колоїдної плівки борозни, які утворюються від зняття матеріалу, затягуються і заповнюються продуктами руйнування скла.
Припуски операційні
Поняття про припуску. Технологічний процес механічної обробки оптичних деталей складається з кількох операцій, які виконують на одному певному робочому місці. Таких операцій зазвичай не менше трьох: заготівельні, шліфування та полірування.
Готові деталі отримують із заготовок, послідовно видаляючи з їх поверхонь матеріал. Причому на кожному переході з заготівлі видаляють певний шар матеріалу, внаслідок чого її розміри і маса зменшуються, а оброблювані поверхні поступово набувають форму і розміри готової деталі. Для судження про різниці розмірів заготовки і деталі введено поняття про припуски.
Припуском називають надлишкову (понад розмір деталі за кресленням) шар матеріалу заготовки, що видаляється в пpoцессе обробки. Як правило, припуск призначають па сторону у вигляді шару матеріалу по товщині. Припуск може бути з двостороннім і одностороннім розташуванням.
Для економії матеріалу, здешевлення обробки деталі, забезпечення ефективності технологічного процесу припуск необхідно призначати, виходячи з умов отримання необхідної якості при забезпеченні найменшою трудомісткості обробки. Збільшені припуски на обробку призводять до непотрібних витрат часу, матеріалу, енергії і абразивного порошку, що збільшує собівартість виробу. Зменшення припуску здешевлює продукцію, однак при заниженні припуску ускладнюється технологія обробки деталі, не гарантується видалення дефектного і тріщинуватого шару матеріалу, пс забезпечується необхідна точність та задана шорсткість поверхонь.
Величину припуску визначають залежно від матеріалу заготовки, виду, розмірів, величини дефектного шару на оброблюваній поверхні, форми деталі, необхідної точності і заданої шорсткості, складності процесу обробки і інших факторів.
Puc. 2.4 Схема розташування Рис. 5 Розподіл припуску
міжопераційних припусків на одну сторону заготовки
Розподіл припуску. Розрізняють загальні, міжопераційні і межпереходние припуски. Загальний припуск дорівнює різниці розмірів заготовки і деталі. Міжопераційних або межпереходним припуском називають шар матеріалу, що знімається при виконанні певних операцій або переходів.
Чисельно міжопераційний припуск дорівнює різниці розмірів заготовки, отриманих при двох суміжних операціях. Наприклад, при обробці плоскої поверхні пластини (рис. 2.4)
z 1 = α 1 - α 2; z 2 = α 2 - α 3; z 3 = α 3 - α 4,
де z 1, z 2, z 3 - міжопераційні припуски; α 1, α 2, α 3, α 4 - міжопераційні розміри. Загальний припуск z о = а 1 - а 4 визначають як суму всіх міжопераційних припусків.
Величину припуску на бік заготовки визначають із залежності (рис. 2.5) z B = (H а + T a) + (ρ a + ξ), де z B-мінімальний припуск па обробку (на сторону); H а - висота мікронерівностей, яка залежить від величини зерен абразиву, матеріалу інструменту та інших факторів попередньої обробки; T a - глибина дефектного поверхневого шару; ρ a - сумарне значення просторових відхилень оброблюваної поверхні; ξ-похибка на установку заготовки. Останню суму двох доданків звичайно приймають рівною однієї п'ятої від суми перших двох доданків. Якщо заготовку обробляють з двох сторін, то припуск на дві сторони подвоюють. Значення (H а + T a) для прессовок приймають рівним 0,3-0,5 мм, після обдирання 0,1-0,3 мм, середнього шліфування 0,02-0,05 мм.
Якщо при обробці плоских поверхонь припуск знімають і основному рівномірними шарами, за винятком видалення похибок кутових розмірів, то при обробці сферичних поверхонь це виконують як рівномірними, так і нерівномірними шарами. Економічно доцільно знімати припуск, зі сферичних поверхонь рівномірними шарами, але в цьому випадку для кожного переходу (рис. 2.6) необхідно призначати різні радіуси (R 1 - R 3) шліфовальніков, які розраховують за певними формулами
Рис. 2.6. Розташування припуску на сферичній поверхні.
Якщо ж припуск знімають інструментами одного радіуса, то товщина видаляється шару буде нерівномірною, причому для випуклиx поверхонь вона в центрі буде максимальною, а для увігнутих - мінімальної.
В оптичному виробництві теорія переходів встановлює зв'язок між крупністю зерна абразиву, товщиною шару абразиву, висотою мікронерівностей та дефектного шару зі значеннями радіусів кривизни шліфовальніков і деталі для кожного переходу. Оброблювані поверхні заготовок або блоків, у яких відношення діаметра до радіусу кривизни менше 0,8 шліфують одним інструментом, використовуючи різні мікропорошки. Це пояснюється тим, що зміна радіусів шліфовальніков невелика і не позначається при зміні переходів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Малов О.М., Законников Обробка деталей оптичних приладів. Машинобудування, 2006. - 304 с.
2. Бардін О.М. Збірка і юстирування оптичних приладів. Вища школа, 2005. - 325с.
3. Кривов'яз Л.М., Пуряев Д.Т., Знам'янська М.А. Практика оптичної вимірювальної лабораторії. Машинобудування, 2004. - 333 с.
Припуски на грубе шліфування
| Розмір діаметру або найбільшої сторони | Величина припуску на 1-у поверхню |
| До 10 | До 0,1 |
| Понад 10 | Понад 0,16 |
- На круглення (табл. 1.6)
Таблиця 1.5
Припуски на дрібне шліфування та полірування
| Діаметр чи розмір найбільшої сторони, мм | Задана точність виготовлення | Величина припуску на одну сторону, мм | |
| Лінійних розмірів (товщина або висота), мм | Углов призм, хв | ||
| До 10 | До 0,1 | Будь-яка | 0,1 |
| Понад 0,1 | До 6 | ||
| Понад 6 | 0,06-0,07 | ||
| Понад 10 до 65 | До 0,3 | Будь-яка | 0,15 |
| Понад 0,3 | До 4 | ||
| Понад 4 | 0,07-0,08 | ||
| Понад 65 | До 0,3 | Будь-яка | 0,2 |
| Понад 0,3 | До 3 | ||
| Понад 3 | 0,07-0,08 | ||
Припуски на круглення
| Заготівлі | Товщина | Діаметр заготовки лінз | |||||
| Припуски на діаметр | |||||||
| До 10 | Понад 10 до 25 | Понад 25 до 40 | Понад 40 до 65 | Понад 65 до 100 | Понад 100 | ||
| Пресування, попередньо шліфовані | будь-яка | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | 3,5 |
| До 5 | 2 | 2,5 | 3 | 3,5 | 4 | 5 | |
| Понад 5 до 10 | 3 | 3,5 | 4 | 4,5 | 5 | 6 | |
| Обколоти | Понад 10 до 15 | - | - | 5 | 6 | 7 | 8 |
Таблиця 1.7
Припуски на центріровку
| Діаметр лінз | Понад 1,5 до 2,5 | Понад 2,5 до 4 | Понад 4 до 6 | Понад 6 до 10 | Понад 10 до 15 | Понад 15 до 25 | Понад 25 до 40 | Понад 40 до 65 | Понад 65 до 100 | Понад 100 |
| Величина припуску на діаметр | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | 1,2 | 1,5 | 2 | 2 | 2,5 | 3 |
2. СУТНІСТЬ ПРОЦЕСІВ ОБРОБКИ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ
Шліфування вільним абразивом
Скла та інші крихкі оптичні матеріали шліфують вільним абразивом, використовуючи жорсткий металевий інструмент 1 (рис. 2.1), який тисне на заготівлю 4 із силою Р і переміщається з відносною швидкістю v. Між заготівлею та інструментом розташовуються зерна 2 абразивного порошку, змішані з рідиною 3. При переміщенні інструменту по заготівлі вони взаємно зношуються під дією абразивних зерен і притираються один до одного.
Природа обробки скла водними суспензіями зерен абразивних порошків має двоякий характер. З фізичної сторони-це процес механічного руйнування скла абразивними зернами.
Рис. 2.1.Шліфованіе вільним абразивом
З хімічної боку - це взаємодія води з розчинними компонентами скла.
Основою механічного руйнування скла є виникнення всередині поверхневого шару крихкого тіла тріщин, що перетинаються між собою і створюють ослаблення зв'язків між сусідніми частинками матеріалу. Абразивні зерна разом з водою знаходяться між робочою поверхнею металевого інструменту й оброблюваної поверхнею скла. Ці поверхні мають нерівності, розміри яких співмірні з розмірами абразивних зерен. При відносному русі скла але інструменту абразивні зерна перекочуються або прослизають з деякою швидкістю.
Найбільш великі з зерен взаємодіють зі склом і інструментом. Більш дрібні зерна переносяться водою до тих пір, поки великі не роздрібнять, після чого і дрібні зерна залучаються у взаємодію зі склом і інструментом.
Під дією ударів зерна розколюються на більш дрібні зерна взаємодіють не тільки зі склом і інструментом, але і між собою, перетираючи і ще більш подрібнити. Подрібнені зерна, змішані з осколками скла, несуться з-під шліфовальніка разом з водою.
На оброблюваної поверхні створюється зруйнований шар, верхня частина якого (рельєфний шар) складається з западин і конічних виступів і тріщинуватого шару. Руйнування відбувається після багаторазового впливу абразивних зерен на одне і те ж місце скла. Утворюються тріщини перетинаються і між ними утворюється обсяг, який відійшов від решти сусідній маси скла. Цей обсяг під дією абразивних зерен і води видаляється з поверхні скла. Висота поверхневих нерівностей становить приблизно 1 / 4 - 1 / 3 розміру зерен. Під рельєфним шаром утворюється тріщинуватий шар глибиною в 2-4 рази більше першого. У міру зменшення абразивних зерен величина поверхневих нерівностей зменшується.
Рівномірність структури шліфованої поверхні порушується дефектами - подряпинами, крапками і виколкамі. Вони утворюються в тому випадку, коли зерно надовго закріплюється в шліфовальніке або є зерна розміром у кілька разів більше, ніж зерна основної фракції. В останньому випадку великі зерна не розколюються і залишають на склі великі подряпини і виколкі.
Хімічна взаємодія води з розчинними компонентами скла проявляється в тому, що вода активно вступає в реакцію з поверхневим шаром скла, утворюючи усередині тріщин колоїдну плівку кременевої кислоти, яка займає обсяг більший, ніж скло. Таким чином, вода розширює та поглиблює тріщини, прискорюючи та полегшуючи видалення осколків скла при абразивної обробки.
Шліфування закріпленим абразивом
На заготівельних операціях, а останнім часом і па операціях середнього і дрібного шліфування, використовують інструменти з закріпленим абразивом. Особливо широко цей спосіб обробки, став застосовуватися в оптичній промисловості після появи синтетичних алмазних порошків. Це дозволило налагодити випуск алмазних інструментів, в яких алмазні зерна 2 (рис. 2.2.) Певної крупності жорстко закріплені в тілі інструмента металевої зв'язкою зі сплавів міді та заліза.
Шліфування таким інструментом 1 (рис. 2.2) проводиться на верстаті при переміщенні його з заготівлі 5 зі швидкістю v і тиском Р. Між інструментом і заготівлею знаходяться вирвані зі зв'язки абразивні або алмазні зерна 3 і шар мастильно-охолоджувальної рідини 4. Крім силового впливу інструмента на заготівлю він подається на глибину знімається припуску за допомогою механізму поперечної подачі верстата.
Процес обробки закріпленим абразивом відрізняються від способу обробки вільним абразивом. Швидко рухомі і жорстко закріплені в інструменті абразивні зерна при врізанні в оброблювану поверхню утворюють тріщини, що випереджають переміщення зерен. У результаті на поверхні виникають виколкі, які обумовлюють знімання матеріалу заготовки.
Закріплені зерна з плином часу затупляются, зусилля різання збільшується, і вони фарбують зі зв'язки, але не розколюються. Замість них вступають в роботу нові зерна того ж розміру, і процес шліфування йде з рівномірною інтенсивністю.
Рис. 2.2. Шліфування закріпленим абразивом
Обробка таким способом супроводжується значним нагріванням контактуючих поверхонь і утворенням великої кількості відходів. Для зменшення температури і тертя між інструментом і заготівлею, а також для видалення відходів у процесі шліфування застосовують рясну подачу мастильно-охолоджувальної рідини.
Питома обсяг видаляється припуску пропорційний крупності, твердості, міцності абразивних зерен і зв'язки. Скло обробляється закріпленими абразивними зернами приблизно в 20 разів швидше, ніж вільними. Велика швидкість шліфування скла закріпленим абразивом в порівнянні з обробкою вільним абразивом пояснюється різними причинами.
Закріплений абразив викликає не розрізнені точкові виколкі, а суцільні подряпини. Закріплені абразивні зерна працюють як різці. Закріплені зерна руйнуються лише при дії на скло, а вільні подрібнюються і від взаємного перетирання. Неоднорідність розмірів зерен при даному способі не проявляється, оскільки вони працюють тільки виступаючими з зв'язки гострими гранями. Робочий тиск інструменту зосереджується на невеликій ділянці поверхні зерен, що виступають зі зв'язки, і досягає значних величин. Швидкість різання закріпленим абразивом становить від 10 до 50 м / с, а вільним абразивом 3-7 м / с.
Полірування
Процес полірування оптичних деталей пов'язаний з досягненням величини мікронерівностей значно меншої довжини хвилі світла, тобто менше 0,05 мкм. У цьому випадку поверхня стає прозорою для оптичного випромінювання. Крім того, похибки форми і розмірів цієї поверхні також складають частки мікрометра.
У процесі полірування (рис. 2.3) упругопластічний шар 2 (зазвичай смола, сукно або фетр) полірувальником 1, пластично деформуючись, вигладжується по шліфованої поверхні заготовки 5. Зерна 3 полірування порошку знаходяться між льника-вальник і заготівлею, поверхневі нерівності яких значно більше зерен полірування порошку. Розміри зерен порошку зазвичай лежать у межах від 0,5 до 2 мкм.
Вода 4, в якій зважені зерна, в перші моменти подання надає протитиск натиску, але потім розтікається і зерна закріплюються в зовнішньому шарі смоли. Частина зерен, ще не закріпилися в смолі, перекочується або, закріпившись на мить, продовжує рух.
Зерна зрізають вершини рельєфного шліфованого шару, які стають гладкими, полірованими. Надалі розміри полірованих майданчиків збільшуються, висота нерівностей зменшується до сотих часток мікрометра.
Рис. 2.3. Полірування
На початку процесу полірування робота закріплених зерен ефективніше, оскільки площа западин ще велика і перекочується зернам ніде закріплюватися. Товщина здираємо плівок зменшується при розширенні площі полірованих ділянок і до кінця процесу обробки приблизно дорівнює висоті залишаються поверхневих нерівностей. Під дією води колоїдна плівка утворюється і здирається знову все більш тонкими шарами.
Пластичні властивості смоли, що утримує зерна, до колоїдної плівки сприяють тому, що робота зерен полірування порошку не супроводжується появою подряпин. Завдяки пластичним властивостям колоїдної плівки борозни, які утворюються від зняття матеріалу, затягуються і заповнюються продуктами руйнування скла.
Припуски операційні
Поняття про припуску. Технологічний процес механічної обробки оптичних деталей складається з кількох операцій, які виконують на одному певному робочому місці. Таких операцій зазвичай не менше трьох: заготівельні, шліфування та полірування.
Готові деталі отримують із заготовок, послідовно видаляючи з їх поверхонь матеріал. Причому на кожному переході з заготівлі видаляють певний шар матеріалу, внаслідок чого її розміри і маса зменшуються, а оброблювані поверхні поступово набувають форму і розміри готової деталі. Для судження про різниці розмірів заготовки і деталі введено поняття про припуски.
Припуском називають надлишкову (понад розмір деталі за кресленням) шар матеріалу заготовки, що видаляється в пpoцессе обробки. Як правило, припуск призначають па сторону у вигляді шару матеріалу по товщині. Припуск може бути з двостороннім і одностороннім розташуванням.
Для економії матеріалу, здешевлення обробки деталі, забезпечення ефективності технологічного процесу припуск необхідно призначати, виходячи з умов отримання необхідної якості при забезпеченні найменшою трудомісткості обробки. Збільшені припуски на обробку призводять до непотрібних витрат часу, матеріалу, енергії і абразивного порошку, що збільшує собівартість виробу. Зменшення припуску здешевлює продукцію, однак при заниженні припуску ускладнюється технологія обробки деталі, не гарантується видалення дефектного і тріщинуватого шару матеріалу, пс забезпечується необхідна точність та задана шорсткість поверхонь.
Величину припуску визначають залежно від матеріалу заготовки, виду, розмірів, величини дефектного шару на оброблюваній поверхні, форми деталі, необхідної точності і заданої шорсткості, складності процесу обробки і інших факторів.
Puc. 2.4 Схема розташування Рис. 5 Розподіл припуску
міжопераційних припусків на одну сторону заготовки
Розподіл припуску. Розрізняють загальні, міжопераційні і межпереходние припуски. Загальний припуск дорівнює різниці розмірів заготовки і деталі. Міжопераційних або межпереходним припуском називають шар матеріалу, що знімається при виконанні певних операцій або переходів.
Чисельно міжопераційний припуск дорівнює різниці розмірів заготовки, отриманих при двох суміжних операціях. Наприклад, при обробці плоскої поверхні пластини (рис. 2.4)
z 1 = α 1 - α 2; z 2 = α 2 - α 3; z 3 = α 3 - α 4,
де z 1, z 2, z 3 - міжопераційні припуски; α 1, α 2, α 3, α 4 - міжопераційні розміри. Загальний припуск z о = а 1 - а 4 визначають як суму всіх міжопераційних припусків.
Величину припуску на бік заготовки визначають із залежності (рис. 2.5) z B = (H а + T a) + (ρ a + ξ), де z B-мінімальний припуск па обробку (на сторону); H а - висота мікронерівностей, яка залежить від величини зерен абразиву, матеріалу інструменту та інших факторів попередньої обробки; T a - глибина дефектного поверхневого шару; ρ a - сумарне значення просторових відхилень оброблюваної поверхні; ξ-похибка на установку заготовки. Останню суму двох доданків звичайно приймають рівною однієї п'ятої від суми перших двох доданків. Якщо заготовку обробляють з двох сторін, то припуск на дві сторони подвоюють. Значення (H а + T a) для прессовок приймають рівним 0,3-0,5 мм, після обдирання 0,1-0,3 мм, середнього шліфування 0,02-0,05 мм.
Якщо при обробці плоских поверхонь припуск знімають і основному рівномірними шарами, за винятком видалення похибок кутових розмірів, то при обробці сферичних поверхонь це виконують як рівномірними, так і нерівномірними шарами. Економічно доцільно знімати припуск, зі сферичних поверхонь рівномірними шарами, але в цьому випадку для кожного переходу (рис. 2.6) необхідно призначати різні радіуси (R 1 - R 3) шліфовальніков, які розраховують за певними формулами
Рис. 2.6. Розташування припуску на сферичній поверхні.
Якщо ж припуск знімають інструментами одного радіуса, то товщина видаляється шару буде нерівномірною, причому для випуклиx поверхонь вона в центрі буде максимальною, а для увігнутих - мінімальної.
В оптичному виробництві теорія переходів встановлює зв'язок між крупністю зерна абразиву, товщиною шару абразиву, висотою мікронерівностей та дефектного шару зі значеннями радіусів кривизни шліфовальніков і деталі для кожного переходу. Оброблювані поверхні заготовок або блоків, у яких відношення діаметра до радіусу кривизни менше 0,8 шліфують одним інструментом, використовуючи різні мікропорошки. Це пояснюється тим, що зміна радіусів шліфовальніков невелика і не позначається при зміні переходів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Малов О.М., Законников Обробка деталей оптичних приладів. Машинобудування, 2006. - 304 с.
2. Бардін О.М. Збірка і юстирування оптичних приладів. Вища школа, 2005. - 325с.
3. Кривов'яз Л.М., Пуряев Д.Т., Знам'янська М.А. Практика оптичної вимірювальної лабораторії. Машинобудування, 2004. - 333 с.