Способ формообразования нежестких оптических деталей с фасонной поверхностью

 

Изобретение относится к металлообработке, в частности к способам токарной обработки нежестких деталей, и может быть использовано при чистовой обработке резанием с последующим формообразованием точных поверхностей оптических концентраторов, автомобильных фар и т. д. Сущность: способ формообразования нежестких оптических деталей с фасонной поверхностью включает снятие поверхностного слоя резанием инструментом посредством продольного перемещения относительно детали и поперечную деформацию детали, осуществляют пластическую деформацию после процесса резания приложением осесимметричной нагрузки с помощью формообразующего устройства, выполненного в виде пуансона и матрицы с оптической чистотой и шероховатостью рабочих поверхностей не ниже оптической чистоты и шероховатости соответствующей поверхности детали, и с формой соответствующей криволинейной форме оптической поверхности, производят вытяжку детали пуансоном в матрицу и снимают нагрузку после формообразования криволинейной формы оптической поверхности. 1 табл.

Изобретение относится к металлообработке, в частности к способам токарной обработки нежестких деталей, и может быть использовано при чистовой обработке резанием с последующим формообразованием точных поверхностей оптических деталей, например автомобильных фар, концентратов солнечной энергии и т.п.

Применяемые в настоящее время способы формообразования оптической поверхности криволинейной формы являются достаточно сложными и трудоемкими и заключаются в придании требуемой формы оптической поверхности либо самим резцом перемещающимся по заданном траектории с использованием специального оборудования к станку системы СПИД (многофазного генератора электрических колебаний с ультразвуковыми и электроакустическими колебаниями), либо при одновременно резании с формообразованием криволинейной формы оптической поверхности путем ее деформации, что не позволяет производить точное и быстрое формообразование.

Известен способ обработки нежестких деталей, например тонкостенных, посредством продольной подачи формообразующего инструмента относительно обрабатываемой детали с сообщением детали поперечной подачи путем деформирования ее по программе [1] Однако известный способ требует для формообразования криволинейной формы поверхности детали специального программирующего устройства, также придания формообразующему режущему инструменту строго определенного ответного деформирующему усилия. Все это, в совокупности, усложняет формообразование криволинейной поверхности детали, и не позволяет обеспечивать получение оптической поверхности хорошей точности и чистоты.

Наиболее близким техническим решением является способ формообразования оптических деталей с фасонной поверхностью, при котором деталь упруго деформируют изменением величины избыточного давления, создаваемого в пространстве между базовыми поверхностями детали и планшайбы, в процессе обработки резанием инструментом, перемещающимся по прямолинейной или криволинейной траектории относительно детали, выбираемого из условия P(r) ρgh + · где r расстояние от оси вращения обрабатываемой детали; a радиус детали; f(r) требуемая форма обрабатываемой поверхности; δ(r) траектория движения резца; ρ- плотность материала детали; g ускорение свободного падения; h толщина заготовки; D
E модуль Юнга;
ν- коэффициент Пуассона [2]
Однако известный способ требует для формообразования криволинейной формы оптической поверхности поддержания специальной, заданной из определенного условия, все время изменяющейся величины давления в течение всего процесса обработки. В процессе получения оптической поверхности инструмент перемещается по криволинейной поверхности в результате воздействия деформирующего давления. Все это, в совокупности, усложняет процесс формообразования оптической поверхности и не позволяет обеспечивать достижение высокой точности криволинейной формы оптической поверхности, а также не обеспечивается формообразование детали при наличии в детали с двух сторон оптически обработанных поверхностей.

Достигаемым новым техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей путем одновременного формообразования криволинейной формы двух оптических поверхностей детали при повышении точности формообразования.

Для достижения технического результата в известном способе формообразования нежестких оптических деталей с фасонной поверхностью, включающем снятие поверхностного слоя резанием инструментом посредством продольного перемещения относительно детали и поперечную деформацию детали, в отличие от прототипа, деформацию осуществляют пластическую после процесса резания приложением осесимметричной нагрузки с помощью формообразующего устройства, выполненного в виде пуансона и матрицы с оптической чистотой и шероховатостью рабочих поверхностей на хуже оптической чистоты и шероховатости соответствующей поверхности детали и с формой, соответствующей криволинейной форме оптической поверхности, производят вытяжку детали пуансоном в матрицу и снимают нагрузку после формообразования криволинейной формы оптических поверхностей.

Способ формообразования нежестких оптических деталей с фасонной поверхностью осуществляют следующим образом.

Деталь, выполненную в виде плоского тонкого диска диаметром 250 мм и толщиной 5 мм, например из алюминиевого сплава АМГ-6, закрепляют на шипе вертикального шпинделя станка МК 6513 и подвергают, например, лезвийной обработке резанием алмазным инструментом, рабочая часть которого образована алмазосодержащим на металлической связке материалов. Шпинделю сообщают вращение со скоростью n= 700-3000 об/мин. Инструмент перемещают продольно относительно детали по прямолинейной или криволинейной траектории. Одноточечный инструмент в процессе точения детали срезает с ее поверхности слой, соответствующий траектории движения резца. Проточки выполняют несколько раз и на финишной стадии точения задают глубину резания не более 3 мкм до получения оптической поверхности, например, со следующими оптическими параметрами; оптическая чистота P₁=IV-V, шероховатость R=0,025-0,050 мкм. После чего, при необходимости, получают аналогичным образом оптическую поверхность, например, с такой же формой, оптической чистотой P₂=III-IV и шероховатостью R=0,050-0,100 мкм с противоположной стороны диска.

Затем помещают, например, двусторонне оптически обработанную деталь в формообразующее устройство между пуансоном и матрицей с оптической чистотой и шероховатостью их рабочих поверхностей не хуже оптической чистоты и шероховатости соответствующей оптической поверхности детали, и с формой, соответствующей криволинейной форме соответствующих оптических поверхностей. Например, по форме соответствующей параболической поверхности
W W1- где W прогиб, например, рабочей поверхности матрицы, в точке с радиусом;
r текущее значение радиуса;
W_max прогиб в центре;
а внешней радиус рабочей поверхности,
для формообразования оптической поверхности детали параболоидальной формы Z . При этом оптические параметры для пуансона и матрицы соответственно следующие: оптическая чистота P'₁≥IV и P₂''≥III и шероховатость R0,050 мкм и R0,100 мкм. Осуществляют деформацию детали путем ее осесимметричного нагружения с помощью пуансона формообразующего устройства до пластического деформирования детали, и производят формообразование криволинейной параболоидной формы оптической поверхности Z посредством вытяжки детали пуансоном в матрицу. Перед деформированием формообразуемой оптической поверхности диска ее можно обработать раствором поливинилового спирта для придания оптической поверхности противозадирных и антифрикционных свойств, что повысит качество формообразованной оптической поверхности по оптической чистоте и шероховатости.

После формообразования криволинейной (параболоидной) формы оптической поверхности детали снимают нагрузку с детали посредством отвода вверх пуансона от матрицы. Затем извлекают из формообразующего устройства готовую деталь с параболоидальной формой ее оптических поверхностей. При изготовлении, например фары автомобиля, изготавливают только одну внутреннюю оптическую поверхность.

В качестве формообразующего устройства используют, например, широко используемые в металлообработке штампы для гибки со сжатием, типа штампа, описанного в авт.св. N 721173, кл. B 21 D 22/02, 1980, со специально обработанными до заданных значений оптической чистоты P₁' и P₂'' и шероховатости R иR рабочими поверхностями пуансона и матрицы, а также заданной формы рабочих поверхностей.

Результаты испытаний оптических параметров (оптической чистоты (Р), шероховатости (R_Z) и коэффициента отражения на рабочей длине волны 0,63 мкм (R_0,63)) при формообразовании оптических деталей приведены в таблице.

Результаты испытаний показывают, что предложенный способ позволяет формообразовывать сразу две оптические поверхности с более чем в 6 раз высокой точностью формы поверхности (примеры 1-3, 6, 7) при сохранении оптической чистоты, шероховатости и коэффициента отражения на длине волны 0,63 мкм оптической поверхности в отличие от прототипа (примеры 10, 11) формообразование только одной оптической поверхности и невысокие точность и качество формообразованной оптической поверхности.

В случае, если оптическая чистота Р (примеры 4, 5) или шероховатость R_Z (примеры 8, 9) рабочих поверхностей матрицы и пуансона хуже аналогичных параметров соответствующих параметров оптических поверхностей детали, происходит ухудшение оптических параметров поверхностей детали в результате формообразования в формообразующем устройстве и, как следствие, ухудшение качества оптической поверхности. При этом понижается класс оптической чистоты и класс шероховатости оптической поверхности до аналогичных классов чистоты и шероховатости соответствующих матрицы и пуансона, также снижается коэффициент отражения оптической поверхности на 3-6% Оптимальным является соответствие в классах оптической чистоты и шероховатости между рабочими поверхностями матрицы и пуансона и соответствующими оптическими поверхностями детали. В случае, если классы чистоты и шероховатости рабочих поверхностей матрицы и пуансона выше чем аналогичные классы у соответствующих рабочих поверхностей, то в случае недостаточно высокой твердости материала матрицы и пуансона (по сравнению с материалом формообразуемой детали) их рабочая поверхность может быстро изнашиваться, вызывая ухудшение качества оптических поверхностей детали при ее формообразовании. Причем матрицу и пуансон с высокими оптическим параметрами рабочей поверхности труднее изготовить.

Для обеспечения постоянного соответствия классов оптической чистоты и шероховатости между рабочими поверхностями матрицы и пуансона и соответствующими требуемыми оптическими параметрами поверхностей детали центральная часть матрицы и пуансона выполняется легко заменяемой на части матрицы и пуансона с соответствующими оптическими параметрами. Необходимость прикладывания пуансоном осесимметричной нагрузки к детали обусловлена необходимостью обеспечения сохранности оптических параметров детали, что невозможно обеспечить при воздействии на нее неосесимметричной нагрузки, вследствие чего происходит нарушение целостности оптической поверхности.

Основным преимуществом предлагаемого технического решения является возможность при формообразования криволинейной формы оптической поверхности формировать резанием лезвийным инструментом плоскую оптическую поверхность, а не криволинейную. Это значительно облегчает и упрощает как сам процесс формообразования, так и используемые для этой цели инструменты.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ НЕЖЕСТКИХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С ФАСОННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, включающий снятие поверхностного слоя резанием инструментом посредством его перемещения относительно детали и поперечную деформацию детали, отличающийся тем, что после процесса резания осуществляют пластическую деформацию приложением осесимметричной нагрузки, при этом используют устройство, выполненное в виде пуансона и матрицы с чистотой и шероховатостью рабочих поверхностей не ниже чистоты и шероховатости соответствующих поверхностей детали, производят вытяжку детали пуансоном в матрицу и снимают нагрузку после формообразования криволинейной формы оптических поверхностей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2