Способ полирования свободным абразивом

 

Использование: полирование свободным абразивом с наложением ультразвуковых колебаний. Сущность изобретения: обработку производят при помощи инструмента , выполненного из материала с более низкой износостойкостью, чем материал да тали, например из графита, пористой керамики , стекла или кварца. В зазор между деталью и инструментом непрерывно подают абразивную суспензию с концентрацией абразива 25-50%. В качестве абразива применяют карбид вольфрама, оксид алюминия , карбид кремния, карбид бора, нитрид бора, окись алюминия, корунд или алмаз в любом соотношении с размерами частиц менее 200 меш„ преимущественно 320-1000 меш. Ультразвуковые колебания накладывают в диапазоне 10-40 кГц. Допускается предварительное формирование рабочего профиляинструмента соответственно негативному профилю обрабатываемой поверхности. 8 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 ил.

(19) (11) Союз еовитеких еоциАлиетичиеких щспувлик

Гоеудюетвиннои аиинтнои ввдометво еее (ГоспАти нт сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

I (21) 4831512/08 (86) PCT/US 89/00962 (10,03.89) (22) 07,09,90

° 46) 23.08.93, Sen, Q 31

1} 166502 305768 ., (32} 10.03.88; 03,02,89 (33) US (71) Экструд Хоун Корпорейшн (US) (72) Лоренс Дж. Роудз (US) (56) t. Патент США М 2850854, кл. В 24 В 1/00. 1958. (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, s 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 инстру2

1 низкой износастойкостью, чем материал датели, например из грефитзi пористОЙ K®po мики, стекла или кварца, В зазор между деталью и инструментом непрерывно подают вбразивпую суслензию с концентрацией абразива 25-80 . 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 меш„преимущественно

320-1000 меш. Ультразвуковые колебания накладывают в диапазоне 10-40 кГц, Допускается предварительное формирование рабочего профиля инструмента соответственно негативному профилю о5рабатываемой поверхности. 8 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 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 сохранением 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. 3836206

Данное изобретение можно использовать для полировки любых материалов, более устойчивых к ультразвуковой эрозии в сравнении с материалом, из которо о 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.д„прежде 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, Шероховатость 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 0,0030,006. 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 карбида, иллюстрирующие эффективность данного изобретения.

Абразивная суспензия состоит из частиц твердого абразива. заключенных в жидкий носитель. Обычно в качестве абразива применяют карбид кремния, оксид алюми40 ния, карбид бора, нитрид бора, алмаз и т,д,, хотя 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 яв50 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 от известных методов полирования необходимы сравнительно умеренные перемещения абразивных частиц, Поэтому вместо воды можно применять жидкости, например, охлаждающую эмульсию, которые обеспечи5

Предпочтительные варианты реализации изобретения.

Известны 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.

1836206 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. ь 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 тверже, 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 а сочетании с. незначительным количеством материала, сполироаанного 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 не требуется точной ориентации и установки инструмента и детали. В соответствии со способом по данному изобретению 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 эатсокоравномерного поверхностного слоя. В ря5 де случаев, когда на полируемой поверхности имеются сильно углубленные участки, может оказаться предпочтительным применение полностью или частично отформованного инструмента для ускоре10 ния операции за счет уменьшения времени, требуемого на согласование инструмента с деталью, э также ао 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 с материалами, обычно применяемыми для ультразвуковой обработки, благодаря чему можно применять графитовый инструмент, больших размеров, эффективно возбуждае- .

25 мый ультразвуковыми преобразователями, Как было сказано выше, способ по данному изобретению идеально подходит для удаления любого нежелательного слоя материала с поверхности обрабатываемой де30 тали. Например, возникающий при злектроискровой обработке слой толщиной

0,003=0,006 мм (0.0001 — 0,0002 дюйма) можно легко удалить, применив данный способ, при этом не произойдет ухудшения рэзре35 шения в деталях рельефа. Схожим образом можно обрабатывать детали, покрытые материалом типа керамики для полного либо избирательного удаления керамического слоя с них беэ ухудшения разрешения рель49 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 легко достичь, применив инструмент с высокой ультразвуковой истираемостью, .

П ри ме р.. На рис.2 и 3 представлены микрофотографии матрицы, спрессованной

50 из карбида вольфрама, выполненные при увеличении в 3000 раэ. На рис. 2 показана исходная поверхность матрицы, полученная сразу после операции гравирования по методике CNC. Хорошо видны отметки, пол55 ученные во время гравирования. На рис. 3 показана та же матрица из карбида вольфрама после полировки согласно способу по данному изобретению с применением графитового инструмента, абразивного материала из частиц карбида бора размером 15

1836206 мкм и полировании на протяжении 15 мин для удаления 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 изобретения

t, Способ полирования свободным абраэивом, при котором на инструмент накла-. дывают ультразвуковые. колебания, а в зазор между деталью и инструментом подают йесущую абразив суспензию, о т л ич е ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения еебестоимести путем аффективного полирования при-уменЬшении изменения формы и разме:je обрабатываемой детали, обработку ве дут.. при помощи инструмента, выполненного из материала с более низкой из! осоотойкостью, чем материал детали для . jji нйх условий обработки, в процессе об -ре и ки контролируют состояние поверхнос4 :.детали и по достижении требуемой

: фф йени обработки уменьшают, а затем отк чают ультразвуковые колебания.

-2. Способ по и. 1, отличающийся там, .,что накладывают ультразвуковые колеб ви ия в диапазоне 10-40 кГц.

3. Способ по и. 1, отличающийся тем, что инструменту предварительяо придают профиль. приблизительно соответствующий негативному профилю

5 обрабатываемой поверхности.

4. Способ пои. 1, отличаю щийсв тем, что обработку ведут при помощи абразива с размерами частиц не более 200 мещ.

5, Способ поп.4, отличающийся

10 тем, что обработку ведут при помощи абразива с размерами частиц от 320 до f006 меш.

6. Способ по п. 4. о т л и ч à ю шийся тем, что объемная концентрация абразива в

15 суспензии равна 25-50%.

7. Способ по и. 1, отл и ч а ю щийсе тем, что в качестве материала инструмента применяют графит, .пористую керамику, стекло или кварц.

20 8. Способ по и. 1, отличающийся тем, что суспензию подают непрерывно.

9. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что в качестве абразивного материале применяют карбид вольфрама, оксид алю25 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.

1836206

Составитель В. Стефанов

Редактор Е. Бугренкова Техред M. Моргентал Корректор M. Максимишинец

Заказ 2997 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/%

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101