Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках (1025559), страница 14
Текст из файла (страница 14)
число рабочих зерен на связке n psv рассчитывалосьпо выражениям (2.26) - (2.30). Также рассчитана толщина срезаемого слояединичным зерном с учетом прочности и модуля упругости связки, т.е. n psvрассчитывалось по выражениям (2.54), (2.27) - (2.30).Режимы шлифования и результаты расчетов приведены в Таблице 10.Частота вращения шлифовального круга составляла n1 1000 об/мин, диаметрвращения заготовки - Dzag 120 мм.105Таблица 10.Режимы резания и толщина срезаемого слоя единичным зерном дляалмазного шлифования с наклоном оси круга образца из ситалла СО115М№Алмазный круг12341212345678912345612А2 45° 75х21х20х6х3АСМ3/2 ММ 75%12А2 45° 75х21х20х6х3АСМ3/2 МАГ 150%12А2 45°100х21х20х6х3 АСМ3/2Б1 100%Круги с технологиеймногослойногокомпозиционногоэлектролитическогопокрытия диаметром80 мм зернистостью3/2 мкм, концентрация400%n2 ,t,azmax , 10-9 мazmax , 10-9мпопо выражениямоб/мин мкм выражениям(2.54),(2.26) - (2.30) (2.27) - (2.30)8,8418,8629,64510100101052052520100101000,050,525451022221,51,5551549,75280,3035,2549,7423,2171,4132,668,9917,8750,54169,1026,95151,900,532,964,98258,388,395211,8211,8320233,4833,48229,7249,88280,4035,3549,7523,3671,9732,939,0618,0551,03170,9027,27153,500,532,964,98Таблица 10 составлена с учетом ограничения толщины срезаемого слояна единичное зерно, назначенным для соблюдения условия прочности связкикруга – выражения (2.15), (2.16).
Согласно расчетам, максимальная толщинасрезаемого слоя при заданных в Таблице 10 параметрах кругов для выполненияусловия прочности связки (прочность связок указана в Таблице 6) составляет:106для металлической связки - 95 нм; для бакелитовой связки – 60 нм; длямногослойного композиционного электролитического покрытия – 98 нм.Анализ Таблицы 10 показывает, что свойства связки оказываютнезначительное влияние на толщину срезаемого слоя на единичное зерно, однаков расчетах для повышения точности необходимо учитывать влияние прочностии модуля упругости связки - выражение (2.54).
Механические свойстваразличных связок приведены в Таблице 6.На Рис. 3.11 приведены графики, которые показывают влияние диаметракруга и концентрации зерен в алмазоносном слое на толщину срезаемого слояединичным зерном, рассчитанные по формулам (2.54), (2.27)-(2.30) и (2.37), приглубине резания t 2 мкм:- 1 - толщина срезаемого слоя на единичное зерно для круга 12А2 45°75х21х20х6х3 АСМ3/2 ММ 75%;- 2 - толщина срезаемого слоя на единичное зерно для круга 12А2 45°100х21х20х6х3 АСМ3/2 Б1 100%;- 3 - толщина срезаемого слоя на единичное зерно для круга с технологиеймногослойного композиционного электролитического покрытия.azmax, нм200123150100500020406080100n2, об/минРис.3.11.
Зависимость толщины срезаемого слоя на единичное зерно от частотывращения заготовки для кругов с различными параметрами107Установлено, что наибольшее влияние на параметр azmax оказываетконцентрация зерен в алмазоносном слое. Толщина срезаемого слоя наединичное зерно для кругов с технологией многослойного композиционногоэлектролитического покрытия при концентрации 400% меньше примерно на60%. Для кругов на бакелитовой связке с концентрацией 100% толщинасрезаемого слоя на единичное зерно меньше на 39% в сравнении с кругами наметаллической связке с концентрацией 75%.Обработанныеповерхностиназаготовкешириной2-3ммконтролировали визуально на микроскопе Zeiss AxioImager Z2. Состояниеобработанной поверхности оценивали, исходя из соотношения площадивидимых хрупких сколов к площади без сколов (Рис. 3.12).
Если площадьвидимых хрупких сколов составляет:а) от 70% до 90% - поверхность обработана с преобладающиммеханизмом хрупкого разрушения материала;б) от 60% до 30% - поверхность обработана в «переходном режиме»;в) менее 30% - поверхность обработана с преобладающим механизмомпластического деформирования материала.По результатам метрологического контроля можно сделать вывод орациональном выборе параметров шлифовального круга и режимов резания дляобработки оптических поверхностей, соответствующих Рис.
3.12, в.Экспериментальные исследования по выбору параметров алмазныхшлифовальных кругов для плоского алмазного шлифования проведены насверхточном экспериментальном стенде, который обеспечивает радиальноебиениеисполнительнойповерхностишпиндельногоузлазаготовкиишлифовального шпинделя не более 0,5 мкм. После закрепления режущегоинструмента и заготовки с помощью оправок радиальное биение режущейповерхности круга и обрабатываемой поверхности заготовок должно составлятьне более 0,5 мкм.
Для шлифовального круга уменьшение биения достигаетсямеханической правкой непосредственно на станке.108а)б)в)Рис. 3.12. Показатели оценки состояния обработанной поверхности(масштаб 1:1 000) при различной площади видимых сколов: а) от 70% до 90%;б) от 60% до 30%; в) менее 30%1093.5. Разработка методики проверки расчетных зависимостейшероховатости поверхности и глубины трещиноватого слоя, иметрологического контроля обработанных поверхностейПроверкарасчетныхзависимостейшероховатостиобработаннойповерхности и глубины трещиноватого слоя проведена в два этапа:1) Выбор оптимальных режимов резания путем пробной обработкиучастков поверхности шириной 2-6 мм;2) Чистовая обработка поверхности на выбранных режимах, контрольшероховатости поверхности и глубины трещиноватого слоя.Предварительнаяобработкаобразцовпроведенапоследовательнокругами из алмазных таблеток на органической связке с зернистостью 100 мкм,50 мкм и 20 мкм.
Поскольку режимы резания для обработки ситалла маркиСО115М выбраны на основе экспериментальных исследований, методикакоторых приведена в параграфе 3.4, чистовая обработка выполнена на режимах,приведенных в Таблице 11. Толщина срезаемого слоя рассчитана по формуле(2.37). Для шлифования использован алмазный круг: форма 12А2 45°, размерыкруга: диаметр 100 мм, высота 21 мм, посадочный диаметр 20 мм, ширинаалмазоносного слоя 6 мм, высота алмазоносного слоя - 3 мм, алмазный порошокмарки АСМ зернистостью 3/2 мкм, концентрация 100% , марка связки - Б1.Заготовка обрабатывалась с использованием схемы плоского шлифованияпериферией с наклоном оси круга равным 1,5.Таблица 11.Режимы шлифования ситалла СО115МЧастота вращения шлифовального круга n1 , об/минЧастота вращения шпинделя заготовки n2 , об/минГлубина резания t , мкмДиаметр вращения заготовки Dzag , мм10000,22120Продольная подача заготовки S prod , м/мин0,0075Толщина срезаемого слоя на единичное зерно az , нмmax1,586110Исходя из предварительных экспериментальных исследований поалмазному шлифованию кварцевого стекла марки КУ1, выбраны режимырезания, которые приведены в Таблице 12.
Для шлифования использовался такойже алмазный круг.Измерение шероховатости поверхности выполнено с использованиемпортативного профилометра MitutoyoSurftest SJ-210. Диапазон измеренияприбора – 0…25 мкм, погрешность измерения не более 2 нм.Такжеизмеренияшероховатостиповерхностипроводилисьнаоптическом профилометре модели Talysurf CCL 660. Диапазон измеренияприбора - от 0,0001 до 400 мкм, случайная составляющая погрешности прибора- 0,3%+0,1 нм, систематическая составляющая погрешности - 3%.Таблица 12.Режимы шлифования кварцевого стекла КУ-11000Частота вращения шлифовального круга n1 , об/минЧастота вращения шпинделя заготовки n2 , об/минГлубина резания t , мкмДиаметр вращения заготовки Dzag , мм0,21120Продольная подача заготовки S prod , м/мин0,0075Толщина срезаемого слоя на единичное зерно az , нмmax1,231Для измерения глубины трещиноватого слоя применялся метод ионнолучевого травления, который позволяет путем создания нескольких разрезовмикронного размера провести детальное изучение образца [63,64,86,87].
Дляизмерений использован нанотехнологический комплекс HeliosNanolab иэлектронный микроскоп TescanMira 3 LM. Оборудование имеет международныесертификаты и прошло метрологическую аттестацию. Измерения проводилисьспециалистамиМосковскогогосударственногоинститутарадиотехники,111электроникииавтоматикисучетомрекомендацийитребованийдиссертационной работы.Базовой технологической операцией является ионно-лучевое травление,основанное на сверхпрецизионном ионном распылении под действиемостросфокусированного ионного пучка при высоком ускоряющем напряжении.Разрешающая способность технологических операций препарирования спомощью ионного пучка находится на уровне 10 нм и менее, а разрешение вмикроскопическом режиме наблюдения 1 нм и менее.
Переход междутехнологическимимикроскопическимрежимамиосуществляетсяварьированием колонн, а также изменением в широком диапазоне значенийионного тока от 1 до 20000 пА; плотность тока изменяется в пределах5 – 100 А/см2. Максимальное ускоряющее напряжение ионного и электронногопучков составляет 30 кВ. Глубина проникновения ионного пучка в зависимостиот природы обрабатываемого вещества составляет 15–40 нм, электронного - донескольких микрометров. Источником ионов является жидкометаллическийгаллиевый источник высокой яркости с низкой расходимостью пучка.Автоматически-управляемыймеханическийстолобеспечиваетточностьпозиционирования объекта 0,1 мкм.Блок-схемапроцессаионно-лучевоготравленияприведенавПриложении П.8 на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
