Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках (1025559), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

На Рис. 2.24 приведен график зависимости глубинытрещиноватого слоя от угла наклона оси круга, рассчитанной по выражению(2.50) при шлифовании ситалла СО115М кругом зернистостью 2 мкм. Условиярасчета для построения графика: K  150% , n1  1000 об/мин, t  5 мкм, S prod 0,06 м/мин, B  0,05 м, R  0,075 м.Взаимодействие зерна с материалом происходит по механизмупластичного деформирования.

Анализ Рис. 2.24 и выражения (2.49) показывает,что при увеличении угла наклона оси, глубина трещиноватого слояувеличивается за счет длины микротрещин. Для получения глубинытрещиноватого слоя менее 50 нм, угол наклона оси шлифовального круга долженбыть не более 3 градусов.88Таким образом, предельные значения угла наклона оси определяютсяследующими параметрами:- глубиной резания;- биением исполнительных поверхностей шлифовального шпинделя;- разновысотностью алмазных зерен на поверхности круга;- радиусом шлифовального круга;- глубиной трещиноватого слоя обработанной поверхности (Рис.

2.24).Htr, нм6055504540353012345β, градРис. 2.24. График зависимости глубины трещиноватого слоя от угла наклонаоси круга при шлифовании ситалла СО115М2.10. Влияние связки алмазных шлифовальных кругов при обработкеоптических поверхностейПод действием нормальной силы, действующей на единичное зерно, сучетом упругих свойств связки уменьшается размер алмазоносного слоя круга max . Тогда выражение (2.20) запишем в виде:  max  1,36  x  1    sv  ,Esv где Esv - модуль упругости связки шлифовального круга.(2.53)89Связка скрепляет абразивные зерна посредством небольших «мостиков».Изменение размера алмазоносного слоя зависит от относительного удлинения«мостика» связки, приходящегося на единичное зерно, которое задаетсяпрочностью связки и модулем ее упругости, и приводит к уменьшению числарабочих зерен в контакте между обрабатываемым материалом и шлифовальнымкругом.

Исходя из выражения (2.26), можно рассчитать число рабочих зерен сучетом прочности при изгибе и модуля упругости связки: w.n p  0,55 * n0  1    sv  E2Rnsv 1(2.54)При расчете суммарных сил резания при шлифовании также необходимоучитывать силу трения между связкой алмазоносного слоя и обрабатываемымматериалом. Для этого необходимо определить площадь контакта поверхностисвязки и материала.На каждое алмазное зерно приходится определенное число «мостиков»связки. Каждый мостик характеризуется размерами - шириной d sv и длиной lsv схема расположения мостиков связки приведена в Приложении П.2.Число мостиков связки, приходящееся на единичное зерно, а также длинаи ширина мостика могут быть определены по выражениям [53]:nm  19,5   3  c   2,5 ;(2.55)1lsv  2 x   з   1 ;  ' з 3 (2.56)d sv  2 x c1, з 3nm  ' з   з 1 1' з 3 (2.57)где 3 ,  c ,  з ,  ' з - коэффициенты, отвечающие за форму алмазногозерна и свойства связки алмазного круга.Для расчета силы трения связки круга об обрабатываемый материал взоне резания необходимо:901) По выражениям (2.55) - (2.57) определить число мостиков связки,удерживающих зерно, длину и ширину мостика связки, а затем площадьповерхности мостика связки;2) Определить площадь контакта круга и обрабатываемого материала;3) Определить число зерен в контакте круга и обрабатываемого материла.Выражение для расчета площади контакта между шлифовальныминструментом и обрабатываемым материалом для схемы плоского шлифованияпериферией круга может быть записано, с учетом выражения (2.32): S prod  R t Skont  R 1   arccos B.2nR1(2.58)Тогда суммарные силы резания при плоском шлифовании периферией сучетом силы трения о связку и силы реакции связки, принимая во вниманиевыражения (2.41), (2.42) и (2.55) -(2.58) можно рассчитать следующим образом:F(a,h)cos0F(a,h)cosztziznztzizn1 0 01 1N Ft  Fzt 2 (a z2 ,h izn )  cos 2  ... sv...

 F(azmax ,h izn )  cos n pzt npkontkont d svlsv nmnSkont sv  sv ;(2.59) Fzn 0 (az0 ,h izn )  cos0  Fzn1 (az1 ,h izn )  cos 1  N +Fn    Fzn 2 (az2 ,h izn )  cos 2  ... sv...  F(azmax ,h izn )  cos n pzn npkontkont d svlsv nmnSkont sv ,(2.60)где  sv - коэффициент трения связки об обрабатываемый материал.Таким образом, величина составляющих суммарной силы резания пришлифовании зависят от следующих параметров:1) Сил резания, действующих на работающие зерна, находящееся в зонеконтакта с обрабатываемым материалом – выражения (2.41), (2.42);2) Кинематики резания;913) Износа алмазных зерен;4) Свойств алмазоносного слоя шлифовального круга, в том числе и отмеханических свойств связки – прочности  sv , модуля упругости Esv икоэффициента трения  sv .2.11.

Выводы по Главе 21. Разработана модель процесса алмазного шлифования оптическихизотропных материалов, которая устанавливает взаимную связь междувходнымипеременными-геометрическимипараметрамирежущегоинструмента, кинематикой шлифования, механическими и геометрическимипараметрамизернавалмазоносномслое,физическимисвойствамиобрабатываемого материала, режимами резания, износом зерна – и выходнымипоказателями - шероховатостью и глубиной трещиноватого слоя обработаннойповерхности.2. Условие прочности связки по выражениям (2.15) и (2.16) для алмазныхзерен размерами не более 8 мкм нарушается раньше, чем происходит переход отпластичного деформирования материала к хрупкому разрушению под действиемнормальной силы резания, увеличение которой обусловлено износом зерна.3.

Для обеспечения шероховатости поверхности Ra менее 10 нм иглубины трещиноватого слоя менее 50 нм необходимо, чтобы соблюдалисьследующие условия шлифования: зернистость алмазоносного слоя 2/3 мкм (Рис. 2.24); скорость продольной подачи заготовки не более 0,06 м/мин (Рис 2.17); радиус шлифовального круга не менее 0,075 м (Рис. 2.17); частота вращения заготовки не менее 0,1 об/мин (Рис. 2.18, а); ширина алмазоносного слоя не менее 0,05 м (Рис.

2.18, б); концентрация зерен в алмазоносном слое не менее 150% (Рис. 2.18, в); поперечная подача заготовки не более 0,0002 м/мин при неизношенномзерне (Рис. 2.18, г);92 использование плоского шлифования периферией с наклоном осикруга в диапазоне от 1 до 3 градусов (Рис. 2.24); биение исполнительных поверхностей шлифовального шпинделя неболее 0,1 мкм - выражение (2.52).Дляповышенияпроизводительностишлифованиянеобходимаприработка алмазного круга, обеспечивающая износ зерна не менее 50 нм,которая позволит увеличить поперечную подачу.3. По результатам моделирования на основе полученных расчетныхзависимостей представляется возможным: разработатьповерхностейтехнологическиеизотропныхоптическихрекомендацииматериаловпосшлифованиюпреобладающиммеханизмом пластического деформирования и с учетом условий прочностисвязки и зерна; спроектировать режущий инструмент с рекомендуемыми параметрамиалмазоносногослоя,которыйпозволитобработатьповерхностьсшероховатостью Ra 10 нм и глубиной трещиноватого слоя 50 нм и менее; разработать экспериментальный стенд и сверхточный станок дляисследования и обработки оптических поверхностей деталей из оптическихматериалов в нанометровом диапазоне толщин среза на единичное зерно.93ГЛАВА 3.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХИССЛЕДОВАНИЙ ПО АЛМАЗНОМУ ШЛИФОВАНИЮ ОПТИЧЕСКИХИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ3.1. Создание экспериментального стенда и разработка методики дляизмерения сил резания при плоском алмазном шлифовании перифериейкругаПроверка расчетных зависимостей сил резания от режимов резания приплоском алмазном шлифовании периферией круга осуществлялась приобработке заготовок из двух материалов: ситалл марки СО115М и кварцевоестекло марки КУ1.На кафедре «Инструментальная техника и технологии» в МГТУ им.Баумананабазеплоскошлифовальногостанкамодели3Г-71созданэкспериментальный стенд.В качестве режущего инструмента использован алмазный круг: форма1А1, размеры 250х10х76х5 мм, алмазные зерна марки АСМ, зернистость 14/10,концентрация 100%, связка марки В2-01.

Для восстановления режущейспособности проводилась механическая правка круга алмазным карандашом.Дляизмерениятрехкомпонентныйсилрезаниянастолединамометр фирмы Kistlerстанказакреплялсямодели 9257B.Передпроведением опытов произведена балансировка шлифовального круга наоправке при помощи балансировочных ножей ГОСТ 8899-68 – Рис. 3.1. Биениешлифовального круга устранялось на биениемере ПБ-500 путем выставленияповерхности алмазоносного слоя круга относительно оправки, на которой онзакреплен – Рис.

3.2. Прибор позволяет измерять биение с точностью до 12 мкм.Затем биение устранялось на станке с использованием индикатора с ценойделения 1 мкм.Заготовка приклеивалась на стальную подложку смесью парафина иканифоли.94Рис. 3.1. Балансировка шлифовального кругаРис. 3.2. Устранение биения шлифовального круга на биениемереБП-50095На Рис.

3.3 приведена фотография динамометра с закрепленнойзаготовкой перед проведением опытов по плоскому алмазному шлифованиюпериферией круга образца из ситалла марки СО115М. Частота вращенияшлифовального круга составляла 1000 об/мин. Были проведены серииэкспериментов с различной глубиной резания - от 5 до 20 мкм. Глубина резанияконтролироваласьиндикатором.Крометого,былипроведенысерииэкспериментов с различной скоростью подачи заготовки - от 0,2 до 0,65 м/мин.Каждый опыт с установленным режимом шлифования повторялся три раза.Рис.

3.3. Фотография динамометра с закрепленной заготовкой из ситалла маркиСО115М на столе плоскошлифовального станкаНа Рис. 3.4 показан пример диаграммы составляющих силы резания приплоском алмазном шлифовании периферией круга заготовки из ситалла маркиСО115М.Для программной обработки полученных результатов был примененспециальный алгоритм:1)По диаграмме каждой составляющей силы резания определялисьлокальные экстремумы и выделялся массив амплитуд колебаний сил резания;962)Определялись параметры большой выборки – число амплитуд,среднее значение, среднеквадратическое отклонение;3)Производился отсев грубых погрешностей для больших выборок сиспользованием таблиц распределения Стьюдента [86];После отсева грубых погрешностей окончательно проводился расчет4)средней амплитуды, определяющей значение составляющей силы резания вданном эксперименте.Силы резания,Н150FyFz100500-50-10048,248,348,448,548,648,748,848,9Время, сРис. 3.4.

Диаграмма составляющих силы резания при плоском алмазномшлифовании периферией круга с режимами: n1  1000 об/мин,S prod  0,64 м/мин, t  10 мкм3.2. Разработка специального режущего инструмента для алмазногошлифования оптических поверхностейДляпроверкирекомендацийповыборупараметровалмазногоинструмента был проведен анализ современного отечественного рынка. Анализпоказал, что на рынке отсутствуют шлифовальные круги с зернистостьюалмазоносного слоя менее 10 мкм.97Порезультатампроведенногоанализасформулированысоответствующие технические требования и автором диссертации былразработан следующий режущий алмазный инструмент:1)Круги из алмазных таблеток на органической связке, наклеенные настальную основу - Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации