3.1, Принудительное формообразование

В основе способа лежит геометрия пространственного пересече­ния двух тел - кольцевого алмазного инструмента 1 и изделия 2 (рис. 6).

Оба тела жестко связаны с осями их вращения, которые лежат в одной плоскости и пересекаются в точке О под некоторым углом а. При

вращении этих тел и переме­щении одного из них вдоль оси OZ, кромка инструмента вырезает в теле изделия по­верхность, все точки которой лежат на окружности образо­ванной вращением инструмен­та относительно оси ОК, и равноудалены от точки О. В то же время все точки поверхно­сти, вырезанной алмазным ин­струментом, представляют те­ло вращения относительно оси OZ и также равноудалены от точки О. Данному геометриче­скому свойству удовлетворяет сфера: Х*+У²+2² = Я². Радиус сферического сегмента R

где: Д - диаметр инструмента. Сохраняя положение кромки инструмента на оси OZ, и изменяя угол а, радиус R поверхности увеличивают или уменьшают. При а=0 радиус Л=оо.

Жесткая связь системы станок-приспособление - инструмент - де­таль (СПИД), в которой замыкающим звеном является деталь, определяет зависимость точности формообразования от точности оборудования, что ограничивает область применения данного способа формообразования операцией предварительного шлифования сферических и плоских по­верхностей. Выполняют эту операцию на предварительно настраиваемых станках, работающих в автоматическом или полуавтоматическом цикле. Статистические методы анализа процесса позволяют объективно оценить некоторые технико-экономические показатели оборудования, в частности:

абсолютную точность станка, под которой имеют в виду сте-_еНь рассеяния производственных погрешностей, связанную с настрой­кой станка и его качеством;

нестабильность изготовления партии изделий, характеризуе-.jyjo переменным рассеянием производственных погрешностей или изме­нением доминирующего фактора;

соответствие между заданным допуском и точностью станка, критерием которого является величина, характеризующая отношение полного поля рассеяния оборудования и ошибок настроек к полю допуска на изготовление изделия.

38

3.2. Поверхностный притир

Этот способ формообразования основан на взаимном износе по­верхностей двух тел - изделия и инструмента, которые контактируют друг с другом по площади сопоставимой с их размером.

При практической реализации схемы свободного поверхностного притира (рис. 7) нижнее звено 3, функцию которого может исполнять из­делие или инструмент, жестко связано с осью 4 и вращается вместе с ней.

Верхнее звено 2 прижимается к нижнему собственной массой и силой нажатия поводка 1. Шаровой шарнир, посредством которого соединены между собой поводок и верхнее звено, позволяет последнему самоуста­навливаться на поверхности нижнего звена. Под действием шатунно-кривошипного механизма 5 поводок, а вместе с ним и верхнее звено, со­вершает возвратно-колебательное движение по закону близкому к гармо­ническому. Вращающееся нижнее звено под действием сил сцепления ув­лекает в самопроизвольное вращение верхнее звено. Большое число од­новременно работающих зерен абразива (шлифующего, полирующего) обеспечивает высокую равномерность микроструктуры обработаверхности. Способ поверхностного притира позволяет на несложном обо­рудовании получать предельно точные (ограничиваемые возможностями средств технологического контроля) тонкопшифованные и полированные поверхности сферической и плоской формы.

Так как продолжительность контакта, а, следовательно, и износ краевых и центральных зон притираемых поверхностей разные, их форма непрерывно изменяется. Заданный радиус сферы или величину отступле­ния от плоскостности поверхность изделия имеет только в некоторый момент времени ее обработки. Отсутствие функциональной и количест­венной связи, устанавливающей закономерность изменения, определяет необходимость квалифицированного управления процессом формообра­зования. Для использования поверхностного притира в процессах, выпол­няемых в полуавтоматическом цикле, условия его реализации должны обеспечивать постоянство формы поверхности инструмента в течение длительного времени. Эту задачу решают разными путями. Так в процес­се, предлагаемом фирмой LOH, поверхностный притир реализован по схеме принудительного формообразования и распространяется на опера­ции тонкого шлифования и полирования.

Используются предварительно настраиваемые станки, работаю­щие в полуавтоматическом цикле. В данном случае сохраняется зависи­мость точности формообразования от качества станка, его настройки и инструмента, но погрешность формы поверхности единичной детали и детали, обрабатываемой в блоке, уменьшается пропорционально отноше­нию квадратов диаметров деталь-инструмент или деталь-блок. нной по

Кристаллы

6.2.4. Полирование кристаллов

Полирование кристаллов по аналогии со стеклом рассматривают как процесс, в основе которого лежит режущее воздействие закрепленных зерен полирующего абразива. Качество полированной поверхности зави­сит от вида и зернистости абразива, жидкой фазы суспензии, свойств ма­териала, образующего рабочую поверхность полировальника.

При работе деталей в УФ области спектра рассеяние света неров­ностями полированной поверхности может быть снижено, если их размер будет меньше длины волны заданной области спектра. Для этого необхо­димо, чтобы роль жидкой фазы суспензии выполняла среда, которая по­зволяет уменьшить глубину врезания зерен в обрабатываемый материал за счет увеличения толщины несжимаемого слоя в зазоре между прити­раемыми поверхностями. Наличие в полирующем абразиве зерен, откло­няющихся от их среднего размера, приводит к образованию на обрабаты­ваемой поверхности мягких кристаллов дефектов в виде царапин. Для их исключения, упругие свойства материала, образующего рабочую поверх­ность полировальника, должны обеспечивать возможность нивелирова­ния уровня выступающей части работающих зерен под действием усилий меньших, по сравнению с теми, которые вызывают возникновение дефектов.

Полирование кристаллов отличается разнообразием применяемых абразивов, материалов, образующих рабочую поверхность полировальни­ка, и жидкой фазы суспензии.

При полировании рубина материалом рабочей поверхности поли­ровальника могут быть - олово, медь, кварцевое стекло. Абразивом слу­жат алмазные пасты зернистостью от 5/3 до 1/0.

Полирование кварца выполняют с использованием тех же мате­риалов, что и стекла. Ряд кристаллов - Сар2, ЗгТЮз, LiNbOs и др. поли­руют водными суспензиями микропорошков алмаза АСМ зернистостью

3/2 - 1/0.

Полирование мягких кристаллов (NaCl, KC1, KJ, CsJ и др.) разде­ляют на две стадии. Задача первой стадии - быстрое удаление нарушенно­го слоя и придание поверхности изделия формы, близкой к требуемой. В качестве абразива используют окись хрома, получаемую восстановлением бихромата калия серой (размер зерна 0,6 - 1,2 мкм). Цель второй стадии -уменьшение неровностей полированной поверхности, придание ей необ­ходимой точности и чистоты. Здесь в качестве полирующего абразива применяют тонкодисперсную окись хрома, получаемую термическим разложением бихромата аммония (размер зерна 0,3 - 0,4 мкм). Материа­лом рабочей поверхности полировальника служит полировочная смола. В качестве жидкой фазы суспензии используют воду, глицерин и их смеси. Глицерин, обладая большей вязкостью по сравнению с водой, увеличива-

толщину несжимаемого слоя жидкости, что способствует повышению

лстоты полируемой поверхности. С этой же целью нивелируют уровень

работающих зерен, растирая суспензию, нанесенную на поверхность

„оляровальника.

При полировании мягких кристаллов поверхность полировальника де подрезают и не исправляют путем взаимного притира с изделием. Ее периодически корректируют стеклянным инструментом, точность формы поверхности которого соответствует точности готовой детали. При высо­ких требованиях к точности формообразования детали доводят в сепара­торах. Форму и взаимное расположение поверхностей, во избежание их повреждения, контролируют интерференционным бесконтактным

способом.

Полирование водорастворимых кристаллов ведут досуха, после

чего водой не промывают, так как вследствие растворения поверхностно­го слоя могут быть вскрыты дефекты образовавшиеся в процессе шлифо­вания. Обработку выполняют в резиновых перчатках или напальчниках, так как при касании пальцами полированных поверхностей они могут помутнеть. Заготовки хранят в эксикаторах с прокаленным и обезвожен­ным хлористым кальцием. По мере готовности отдельных поверхностей на них наносят слой защитного лака. Полированные поверхности готовых деталей подвергают полному комплексу защиты, который включает ряд последовательно выполняемых операций: вакуумную осушку для удале­ния адсорбированной влаги, прогрев в термостате с целью повышения предела прочности кристалла, защиту полированных поверхностей.

6.3, РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ КРИСТАЛЛОВ

Обработка таких кристаллов как NaCl, KC1, КВг трудоемка из-за их растворимости в воде, низкой поверхностной твердости и высокой хрупкости. Нестабильны и оптические параметры деталей во времени, так как в процессе эксплуатации, под воздействием окружающей среды, полированные поверхности разрушаются, снижается их светопропуска-

ние и световая прочность.

Внешняя поверхность детали соприкасается с газообразной или жидкой средой. Между ними существует переходная зона, которая состо­ит из молекул атмосферы воздуха и воды. Поверхность, пробывшая неко­торое время в воздушной атмосфере, никогда не бывает свободной от ад­сорбированных молекул.

Адсорбция не ограничивается внешней поверхностью детали, а вследствие поверхностной подвижности молекул при наличии пористо­сти или дефектов (микротрещин) распространяется внутрь. Равновесие адсорбционного слоя достигается в результате молекулярного обмена с

внешней средой и определяется условиями равенства скоростей адсорб­ции и десорбции. У одного и того же кристалла, но разной ориентации сорбционная способность неодинакова. Способности растворимого мате­риала сколь угодно долго существовать во влажной атмосфере, не обра­зуя других фаз - в виде раствора или кристаллогидрата присвоен термин "гигростойкость".

Гигростойкость щелочно-галлоидных кристаллов может быть по­вышена в результате дополнительной обработки, способствующей удале­нию нарушенного поверхностного слоя. Таковой может быть ионная об­работка, химическое травление, высокотемпературный отжиг. Гигростой­кость не зависит от R_z поверхности. На ее величину оказывает влияние лишь наличие микротрещин в поверхностном слое, которые являются ка­налами для адсорбции и диффузии воды, способствуя тем самым ее нако­плению в количестве, достаточном для разрушения этого слоя.

Ориентация не влияет на характер процессов, протекающих на по­лированной поверхности щелочно-галлоидных кристаллов, но отражается на их интенсивности. По гигростойкости кристаллы, ориентированные в разных кристаллографических направлениях ранжированы следующим образом:

'(ПО) ^ '(111) ^< '(IOO)'

Т.е. максимальной гигростойкостью обладает плоскость (100), а минимальной — (110).

В этой же последовательности щелочно-галлоидные кристаллы ранжированы и по скорости растворения, а именно:

'(no) ^<'(»и) ^< чих» •

Т.е. наименьшая скорость растворения наблюдается по грани (100), которой соответствует наибольшая плотность разноименных ионов и наибольшая величина связи между ними. В плоскости (ПО) плотность размещения ионов меньше, чем по грани (100) поэтому скорость ее рас­творения наибольшая.

Значения гигростойкости разных кристаллов не связаны прямой зависимостью с их растворимостью, но зависят от условий хранения. Так, кристаллы NaCl, которые при влажности атмосферы 31% обладают более высокой гигростойкостью по сравнению с КВг и КС1, не выдерживают конкуренции с ними, если хранение осуществляется при относительной влажности 84%.

На динамику поверхностных преобразований влияет исходное со­стояние поверхности. При этом, чем в большей степени показатель пре­ломления поверхностного слоя приближается к объемному, тем стабиль­нее ведет себя поверхность кристалла во влажной атмосфере. Механизм взаимодействия полированной поверхности с атмосферной влагой заклю­чается в адсорбции водяных паров и их диффузии внутрь кристалла, при-

водящей к растворению и рекристаллизации поверхностного слоя. Такой характер взаимодействия можно объяснить наличием поверхностного слоя, нарушенного механической обработкой. При удалении этого слоя гигростойкость поверхности повышается. Повысить ее можно и за счет высокотемпературного отжига кристаллов. Термообработка помимо уда­ления адсорбированной воды, вызывает еще и перестройку поверхност­ного слоя, которая оказывает влияние на адсорбционную способность, а, следовательно, и на гигростойкость. При наличии на поверхности кри­сталла раствора соли термообработка, удаляя адсорбированную воду, должна приводить к повышению концентрации соли в слое раствора и кристаллизации ее излишков. Очевидно, так происходит "залечивание" микротрещин, образовавшихся в процессе полирования, что снижает сво­бодную поверхностную энергию кристалла, уменьшает его адсорбцион­ную способность и повышает гигростойкость.