Способ полирования свободным абразивом

(9) ОЦ союз еоввтекихеоциалиетичвскихщспувлик ИСАН ОБРЕТЕНИ ПАТЕНТУ(71) Экструд Хоун Корпорейшн (ОЯ) (72) Лоренс Дж. Роудз (ОЯ)(54) СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ(57) Использование: полирование свободным абразивом с наложением ультразвуковых колебаний, Сущность изобретения: обработку производят при помощи инструмента, выполненного иэ материала с более Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механообработке твердых материалов, и может быть использовано при полировании свободным абразивом с наложением ультразвуковых колебаний, преимущественно для обработки составных поверхностей и сложных форм с мелкими элементами беэ ухудшения разрешения либо потери четкости поверхностного изображения.В соответствии с данным изобретением предусматривается создание способа ультразвуковой полировки детали с помощью инструмента, истираемого значительно сильней, чем деталь, и потому не требующего предварительной подготовки для получения дополнения к поверхности детали, Вместо этого можно применять инструмент с простой поверхностью. Как толька инструГоеудаРстввннов ватинтновввдометво сесР(Госпатвнт сссР) 2низкой иэносастойкостью, чвм материал дв. тели например иэ гфвфитеу псристОЙ кврв мики, стекла или кварца, В зазор между деталью и инструментом непрерывно под. ают вбразивпую сусленэию с концентрв. цией абразива 26-80. В качестве вбрвзивв применяют карбид вольфрама, оксид алюминия, карбид кремния, карбид бора, нитрид бора, окись алюминия, корунд или алмаз в любом соотношении с размерами частиц менее 200 мешпреимущественно 320-1009 меш, Ультразвуковые колебания накладывают в диапазоне 10-40 кГц, Допускается предварительное формирование . рабочего профиля инструмента 1 соответственно негативному профилю обрабатываемой поверхности. 8 з.п. ф-лы, 1 прЗ ил. мент начнет вибрировать, а его вибрация станет передаваться абразивной суспенэии, находящейся в зазоре между инструментом и деталью, произойдет быстрая эрозия инструмента, в результате чего он быстро приобретет комплементарную форму с высокой степенью разрешения и повторения деталей, И далее истирание инструмента будет происходить при сравнительно высокой скорости наряду с еохра. нением высокой степени разрешения, тогда как истирание поверхности обрабатываемой детали будет происходить в значительно меньшей степени, благодаря чему она будет просто полироваться, тогда как инструмент будет постепенно изнашиваться, однако при этом все время будет поддерживаться высокая степень разрешения на его рабочей поверхности, 1836206Данное изобретение можно использовать для полировки любых материалов, более устойчивых к ультразвуковой эрозии в сравнении с материалом, из котороо изготовлен инструмент. Таким образом, происходит непрерывная заправка инструмента с получением формы, комплементарной к форме поверхности обрабатываемой детали, благодаря тому, что инструмент истираетя в значительно большей степени, чем деталь, Работа подобного инструмента обеспечивает получение равномерной или даже увеличивающейся конформности к мелким особенностям и разрешению детали, в результате чего при полировании детали не происходит ухудшения разрешения,Благодаря применению подобной технологии, ультразвуковая .обработка может производиться даже на сравнительно мягких и податливых материалах типа бронзы, латуни, золота, полимерных материалов и т.дпрежде считавшихся неподходящими для ультразвукового полирования, не говоря уж о значительно более твердых материалах, для которых и прежде применялись методы ультразвуковой обработки,С использованием ультразвуковой обработки по данному изобретению можно проводить финишную обработку поверхности в зависимости от степени полировки до любого заданного уровня вне зависимости от материала и степени сложности или мелкости особенностей на поверхности детали без существенных изменений этих особенностей или разрешения, Шерохоеатость поверхности можно доводить примерно до 0,1 мкм, хотя столь высокаа.степень полировки может оказаться ненужной, и часто требуется полировка в значительно меньшей степени,Так как согласно способу по данному изобретению с поверхности обрабатываемой детали удаляется очень равномерный слой, то предлагаемый способ идеально подходит для удаления тонких слоев ненужных материалов с обрабатываемой поверхности, например, слоя наклепа, образующегося при электроискровой обработке, толщина которого составляет 0,003- 0,006. Кроме того, способ по данному изобретению может использоваться для .удаления заусениц с поверхности детали для образования радиусов на ее кромках.На рис, 1 схематично показано устройство для ультразвуковой обработки по данному изобретению; на рис, 2 и 3 представлены микрофотографии, сделанйые до и после обработки матрицы, спрессованной из кэрбида, иллюстрирующие эФФективность данного изобретения.Абразивная суспензия состоит из частиц твердого абразива. заключенных в жидкий носитель. Обычно в качестве абразива применяют карбид кремния, оксид алюми ния, карбид бора, нитрид бора, алмаз и т,дхотя при полировании согласно данному изобретению более мягких материалов можно применять более мягкие абразивы, например глинозем, корунд, гранат и т.д.45 Жидкость-носитель абразива должна обеспечивать передачу ультразвуковых колебаний, будучи кроме того совместимой с обрабатываемой деталью и с материалом электрода. Одним из лучших материалов яв ляется вода, хотя могут применяться и-другие жидкости, например, охлаждающая эмульсия и т.д, Если используется вода, то в ряде случаев к ней добавляют ингибиторы ржавения. В ходе полировальных операций 55 согласно данному изобретению в отличие отизвестных методов полирования необходимы сравнительно умеренные перемещения абразивных частиц, Поэтому вместо воды можно применять жидкости, например, охлаждающую эмульсию, которые обеспечи 5 10 15 20 25 30 35 Предпочтительные варианты реализации изобретенияИзвестны различные конструкции станков для ультразвуковой обработки, и данное изобретение рассчитано в основном на использование в таких станках при типовых параметрах вибрационной частоты, амплитуды и размеров абразивных частиц. Обычно в состав таких станков входит станина или рама, приспособленная к закреплению обрабатываемой детали, и держатель инструмента, содержащий ультразвуковой возбудитель, благодаря которому инструмент вибрирует с частотой приблизительно 20 кГц, в ряде случаев от 10 до 40 кГц, а наиболее часто от 19 до 22 кГц, Держатель можс, перемещать инструмент из отведенного в рабочее положение к обрабатываемой детали. Как правило, в устройстве предусматривается средство подачи абразивной суспензии с тем, чтобы суспензия могла подаваться между инструментом и деталью, Наиболее часто суспензия зэкачивается через зазор между инструментом и деталью для поступления совершенно свежего, неизрасходованного абразива к обрабатываемой поверхности и удаления от нее отходов и отработанного абразива. Суспензию можно подвергать обработке для удаления отходов и рециркулировать, В качестве ультразвукового преобразователя чаще всего применяют пьезоэлектрические элементы или магнитострикционные преобразователи.вают малую амплитуду перемещения частиц, либо применять воду и незначительную мощность ультразвукового возбуждения.Размер частиц абразива не критичен, необходимо лишь, чтобы они могли находиться в виде суспензии, Наиболее предпочтительно применять частицы малых размеров менее 0,075 мм (200 меш), а предпочтительней 0;025-0,015 мм (от 600 до 1000 меш) при их концентрации 10 - 20 об. Оь жидкости, что обеспечивает наиболее высокое качество полирования,Полируемая деталь может быть изготовлена из совершенно любого материала, который в отличие от известных способов должен быть для ультразвука твеоже, чем материал инструмента. Требуемая степень полировки определяется первоначальной шероховатостью поверхности детали и требуемой после полировки финишной обработкой. Как преимущественно, так и ограничение данного изобретения связаны с тем фактом, что во время полировальной операции не происходит изменения конфигурации детали. Поэтому важно иметь в виду, что данное изобретение не дает улучшения в мелких подробностях обрабатываемой детали, в качество готового иэделия будет определяться исходной деталью, за исключением обработки поверхности.При использовании типового оборудования в инструменте могут быть предусмотрены каналы, сообщающиеся с зазором, через них может накачиваться абразивная суспензия для удаления из зазора отходов от полировки, В соответствии с данным изобретением отходы будут в основном представлять частицы материала инструмента в сочетании с. незначительным количеством материала, сполированного с поверхности детали. Кроме того, накачивание суспензии позволяет подавать в зазор свежий абразив, благодаря чему не происходит значительного износа режущих кромок.В отличие от известных методов здесь нет необходимости в том, чтобы начинать полировальный процесс с изготовления инструмента заданной формы, и потому нетребуется точной ориентации и установки инструмента и детали. В соответствии со способом по данномуизобретению вначале контур поверхности обрабатываемой детали служит для придания поверхности инструмента такой формы, которая строго согласована с формой детали. Во время последующего полирования инСтрумент непрерывно истирается при поддержании строгого согласования по месту работы. Именно избирательная эрозия инструмента является отличительной особенностью данного изобретения, обеспечивающей высокое качество полировки поверхностидетали при очень незначительном удалении юаокоравномерного поверхностного слоя, В ря де случаев, когда на полируемойповерхности имеются сильно углубленные участки, может оказаться предпочтительным применение полностью или частично отформованного инструмента для ускоре ния операции за счет уменьшения времени,требуемого на согласование инструмента с деталью, э также во избежание излишнего полировального действия на приподнятых участках поверхности детали, прежде чем 15 инструмент износится в достаточной степени для начала полирования наиболее углубленных участков.При обработке по данному изобретению применяются такие количества графита 20 или стекла, которые малы а сравнении сматериалами, обычно применяемыми для ультразвуковой обработки, благодаря чему можно применять графитовый инструмент, больших размеров, эффективно возбуждае мый ультразвуковыми преобразователями,Как было сказано выше, способ по данному изобретению идеально подходит для удаления любого нежелательного слоя материала с поверхности обрабатываемой де- ЗО тали. Например, возникающий приэлектроискровой обработке слой толщиной 0,003-0,006 мм (0,0001 - 0,0002 дюйма) можно легко удалить, применив данный способ, при этом не произойдет ухудшения рэзрв шения в деталях рельефа. Схожим образомможно обрабатывать детали, покрытые материалом типа керамики для полного либо избирательного удаления керамического слоя с них беэ ухудшения разрешения рель ефа на поверхности детали. Кроме того, способ по данному изобретению можно применять для удаления заусенцев, выступающих с поверхности детали, либо для скругления острых кромок детали. Любую 45 из перечисленных целей легкодостичь, применив инструмент с высокой ультразвуковой истираемостью, .П ри ме р На рис.2 и 3 представленымикрофотографии матрицы, спрессованной 50 из карбида вольфрама, выполненные приувеличении в ЗООО раэ, На рис, 2 показана исходная поверхность матрицы, полученная сразу после операции гравирования по методике СИС. Хорошо видны отметки, пол ученные во время гравирования. На рис, 3показана та же матрица из карбида вольфрама после полировки согласно способу по данному изобретению с применением графитового инструмента, абразивного материала из частиц карбида бора размером 15мкм и полировании на протяжении 15 мин для удалейия лишь 0,005 мм (0,0002 дюйма) материала; Кроме хорошо видного из фотографии улучшения качества поверхности произошло некоторое скругление кромок по углам; полученным в ходе гравировки.Формула Изобретения1, Сйособ полирования свободным абраэивом, при котором на инструмент накла-. дывают ультразвуковые. колебания, а в аазор между деталью и инструментом подают несущую абразйв суспензию, о т л ич е е щи й с я тем, что, с целью повышения производительности и снижения еебестоимюфти путем аффективного полирования при уменьшений изменения формы и разме:иув обрабатываемой детали, обработку ведут. при помощи инструмента, выполненного из материала с более низкой изФосоотойкостью, чем материал детали для .де 1 х условий обработки, в процессе обрейки контролируют состояние поверхноС.,детали и по достижении требуемой :.фенй обработки уменьшают, а затем от:кчавт ультразвуковые колебания..:2. Сйособ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тамчто накладывают ультразвуковые колебаиия в диапазоне 10-40 кГц. 3. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что инструменту предварительяо придают профиль. прибйизительно соответствующий негативному профиле 5 обрабатываемой поверхности.4. Способ пои,1, отличаю щийсетем, что обработку ведут при помощи абра.зива с размерами частиц не более 200 мещ.5, Способ поп.4, отличающийся 10 тем, что обработку ведут при помощи абр.зива с размерами частиц от 320 до 1006 МВШ.6. Способ поп,4, отличающийсвтем, что объемная концентрация абразива в 15 суспензии равна 25-50%.7. Способ пои. 1, отл ича ю щийсвтем, что в качестве материала инструмента применяют графит, пористую керамику, стекло или кварц.20 8. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем. что сусдензию подавт непрерьвно.9. Способ по п.1, отлича ющийс ятем, что в качестве абразивного материале применяют карбйд вольфрама, оксид алю миния, карбид кремния, карбид бора, нитрид бора, окись алюминия, корунд или алмаз в любом соотношении.Приоритет по пунктам: 10.03,88 по пп. 1 - 9., г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 2997 Тираж Поддисное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 47