Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках (1025559), страница 15
Текст из файла (страница 15)
П.13. Процесс измерения глубины трещиноватого слояобразца, обработанного алмазным шлифованием, включает несколько этапов:1) Очищение образца в ультразвуковой ванне;2) Ионно-лучевое травление на различных площадках образца сопределенной, постепенной увеличивающейся глубиной. Например, на трехплощадках с глубиной 20 нм, 50 нм и 100 нм, соответственно.3) Выполнение исследования поверхностной структуры образца насканирующем электронном микроскопе TescanMira 3 LM. При необходимостидля повышения четкости изображения на поверхность образца наносят покрытиеиз золота толщиной до 10 нм.1123.6. Выводы по Главе 31.
Создана экспериментальная и метрологическая база, в том числе всоставе сверхточного стенда, реализующая возможность алмазного шлифованияобразцовизизотропныхоптическихматериаловсиспользованиемрассмотренных кинематических схем и обеспечивающая исследуемый диапазонпараметров: толщина срезаемого слоя на единичное зерно от 1 нм, частотавращения шпинделя заготовки от 0,01 до 100 об/мин, продольная подачазаготовок от 0,02 до 0,2 м/мин, глубина шлифования от 0,5 мкм.2.
Методика измерения составляющих сил резания при плоском алмазномшлифовании периферией круга обеспечила возможность обобщенной проверкирасчетных зависимостей, разработанных в Главе 2, путем сравнения расчетныхи экспериментальных значений.3. Для проведения экспериментальных исследований по алмазномушлифованию оптических поверхностей разработан и изготовлен специальныйрежущий инструмент – алмазные круги с зернистостью 2/3 мкм наметаллической, органической связке и круги с технологией многослойногокомпозиционного электролитического покрытия.4.
Контроль шероховатости обработанных оптических поверхностейпроведен на портативном профилометре Mitutoyo Surftest SJ-210, прошедшемметрологическую аттестацию. Также контроль шероховатости поверхностипроводился на оптическом профилометре Talysurf CCL 660.5. Контроль глубины трещиноватого слоя обработанной поверхностипроведен на нанотехнологическом комплексе HeliosNanolab и электронноммикроскопе TescanMira 3 LM. Приборы прошли метрологическую аттестацию.Погрешность нанотехнологического комплекса HeliosNanolab составляет 0,8 нм.Максимальное увеличение электронного микроскопа TescanMira 3 LMсоставляет 106 крат.113ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОАЛМАЗНОМУ ШЛИФОВАНИЮ СИТАЛЛА И КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА4.1.
Экспериментальная проверка силовых зависимостей и влияниярежимов резания при плоском алмазном шлифовании материаловпериферией кругаДля проверки разработанной модели алмазного шлифования изотропныхоптических материалов были проведены экспериментальные исследования поизмерению сил резания.Эксперименты по измерению сил резания проведены по методике,изложеннойвпараграфе3.1на экспериментальном стенденабазеплоскошлифовального станка. Была использована схема плоского шлифованияпериферией круга.На Рис. 4.1, 4.2 и 4.3, 4.4 приведены графики расчетных зависимостей повыражениям (2.64), (2.65), Fz , Fy и экспериментальных зависимостей Fzexp ,Fyexp составляющих силы резания от глубины и скорости подачи заготовки приплоском алмазном шлифовании периферией круга заготовок из ситалла маркиСО115М и кварцевого стекла марки КУ1.Частота вращения шлифовального круга при проведении экспериментовсоставляла 1000 об/мин, что соответствовало скорости резания 13,1 м/с.
Глубинарезания находилась в диапазоне от 5 до 20 мкм. Скорость подачи заготовкиварьировалась в диапазоне от 0,2 до 0,65 м/мин. В зону резания непрерывноподавалась СОЖ марки «Модус-М».114Сила резания,Н3025201510505101520t, мкмРис. 4.1. Графики зависимости сил резания от глубины резания пришлифовании ситалла СО115М со скоростью подачи заготовки 0,5 м/минСила резания,Н201510500,20,30,40,50,60,7Sprod, м/минРис. 4.2. Графики зависимости сил резания от скорости подачи заготовки пришлифовании ситалла СО115М при глубине резания 10 мкм115Сила резания,Н3025201510505101520t, мкмРис.
4.3. Графики зависимости сил резания от глубины резания пришлифовании кварцевого стекла КУ1 со скоростью подачи заготовки 0,5 м/минСила резания,Н3025201510500,20,40,60,811,21,4Sprod, м/минРис. 4.4. Графики зависимости сил резания от скорости подачи заготовки пришлифовании кварцевого стекла КУ1 при глубине резания 10 мкм116Расхождение полученных экспериментальных и расчетных зависимостейсоставляет от 5 до 25%, что можно считать допустимым и объяснитьпогрешностью измерений сил резания, вызванной остаточным биениеминструмента и неточностью установки заготовки, а также принятымидопущениями при моделировании.4.2. Экспериментальные исследования по выбору параметров алмазныхшлифовальных кругов для обработки оптических поверхностейЭкспериментальные исследования по выбору параметров алмазныхшлифовальных кругов для обработки оптических поверхностей проведены пометодике, приведенной в параграфе 3.4.На алмазном круге с характеристиками: форма 12А2 45°, размеры100х21х20х6х3ммсоответственно,алмазныйпорошокмаркиАСМзернистостью 3/2 мкм, концентрация алмазоносного слоя 75%, марка связки ММ – не удалось вскрыть алмазоносный слой ввиду того, что фактическаяпрочность связки оказалась выше, приведенной в Таблице 6.
Связка не былаудалена с рабочей поверхности инструмента и этот круг в экспериментах неиспользован.На Рис. 4.5 показаны результаты исследований:1) ПришлифованииситаллаСО115Малмазнымкругомсхарактеристиками: форма 12А2 45°, размеры: диаметр 100 мм, высота круга 21мм, посадочный диаметр 20 мм, ширина алмазоносного слоя 6 мм, высотаалмазоносного слоя 3 мм, алмазный порошок марки АСМ зернистостью 3/2 мкмс концентрацией 100%, связка Б1 - толщина срезаемого слоя на единичное зерно,приведенная в Таблице 10, составила от 9,06 до 170,9 нм.Этим алмазным кругом на поверхности заготовки было обработано 9участков, каждый из них прошел визуальный метрологический контроль. Порезультатам контроля установлено, что при толщине срезаемого слоя наединичное зерно 51,03 нм (Таблица 10) и менее, хрупкие сколы не выходят наобработанную поверхность. При толщине срезаемого слоя на единичное зерноболее 71,95 нм (Таблица 10) хрупкие сколы также не выходят на обработанную117поверхность, но шероховатость поверхности обработанного участка Raувеличивается.Увеличениешероховатостиповерхностиобъясняетсявыпадением зерен из связки в связи с нарушением условия прочности связки –выражения (2.15), (2.16).azmax,нмВыполнение условияпрочности связки180160140120100806040200azmax,нмВыполнение условияпрочности связкиБез выполнения условияпрочности связки3530252015105011а)б)Рис.
4.5. Результаты экспериментальных исследований по выборупараметров алмазных шлифовальных кругов для обработки оптическихповерхностей: а) Круг на бакелитовой связке; б) Круг с многослойнымкомпозиционным электролитическим покрытием2)Кругом, выполненным с использованием технологии многослойногокомпозиционного электролитического покрытия диаметром 80 мм зернистостью3/2 мкм, концентрация 400% было обработано 6 участков.
толщина срезаемогослоя на единичное зерно (Таблица 10), составила от 0,53 до 33,48 нм.Визуальным метрологическим контролем установлено, что поверхностиобработаны с преобладающим механизмом пластического деформированияматериала. При увеличении толщины срезаемого слоя на единичное зерно до33,48 нм наступило условие потери прочности связки – формулы (2.15), (2.16),118т.е. зерна стали выпадать из связки из-за ее пониженной прочности. Приизготовлении алмазных кругов такого типа от размера алмазного зерна зависиттолщина электролитического покрытия. Так при закреплении зерен размерами2 мкм, толщина покрытия, в зависимости от коэффициента заделки зернасоставляет 1 - 1,6 мкм. При этом твердость покрытия может снизиться до 1832 МПа [89].
Расчеты по выражениям (2.15) и (2.16) показывают, что прочностьпокрытия составила не более 20 МПа.Технология изготовления кругов с многослойным композиционнымэлектролитическим покрытием является перспективной для изготовленияфасонногоинструмента.многослойнымПредложенокомпозиционнымприменитьфасонныеэлектролитическимкругипокрытиемсдляизготовления полусферического резонатора для твердотельного волновогогироскопа (Рис. 1.2).На основе полученных данных в Главе 4 и рекомендаций, приведенных вГлаве 2, предложено изготовить специальный шлифовальный круг спараметрами (Чертеж круга приведен в Приложении П.9, Рис. П.14):1) Для реализации плоского шлифования периферией с наклоном осикруга на поверхности алмазного круга должна быть коническая фаска под углом,равным углу наклона оси круга 1,5 градуса;2) Диаметр круга 150 мм;3) Ширина алмазоносного слоя 50 мм;4) Марка порошка АСМ, зернистость 3/2, концентрация 150%.5) Связка круга – бакелитовая марки Б1.4.3. Результаты исследований по проверке расчетных зависимостейшероховатости поверхности и глубины трещиноватого слояНа Рис.
4.6 показана заготовка из ситалла СО115М диэлектрическогозеркала лазерного гироскопа, обработанная по методу алмазного шлифованияпериферией с наклоном оси круга на экспериментальном стенде на базесверхточногостанка.Характеристикиалмазногопараграфе 3.5. Режимы резания указаны в Таблице 11.кругаприведеныв119На Рис. 4.7 приведена профилограмма шероховатости обработаннойоптической поверхности, полученная на профилометре Mitutoyo Surftest SJ-210.Шероховатость поверхности составила Ra 9 нм (Rz 72 нм).Рис. 4.6. Образец из ситалла СО115М с оптической поверхностью,обработанной алмазным шлифованием на сверхточном экспериментальномстенде на базе сверхточного станка[µm]0,040,020,00-0,02-0,04-0,060,000,020,040,060,08[mm]Рис. 4.7. Профилограмма шероховатости оптической поверхности образцаситалла СО115М: по оси абсцисс – базовая длина, мм; по оси ординат –шероховатость поверхности Ra, мкмНаРис.поверхности,4.8приведенаполученнаянатопограммаоптическомобработаннойоптическойпрофилометремоделиTalyserf CCL 600.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
