Шлифование закреплёнными абразивными зёрнами

Обработку стекла инструментами с закреплёнными абразивными зёрнами применяют для удаления наибольшей части объёма припуска и подготавливают поверхности для последующего тонкого шлифования суспензиями абразивных порошков и окончательного полирования оптических поверхностей.

Шлифование стекла закреплёнными абразивными зёрнами очень похоже на шлифование металлов на металлорежущих станках. Действие единичного закреплённого зерна приводит к скалывания частиц хрупкого стекла под действием тангенциальных сил, направленных под малым углом к поверхности. Стекло разрушается как хрупкий материал растрескиваясь и откалываясь мелкими частицами неправильной формы.

При шлифовании главное движение инструмента – вращательное, а обрабатываемой заготовки – возвратно-поступательное. Схема работы единичного закреплённого абразивного зерна показана на рис.13.1. При взаимодействии зерна со стеклом образуется нарушенный слой толщиной n, состоящий из поверхностных неровностей толщиной k и, лежащего под ними трещиноватого слоя m. Структура рельефного слоя состоит из впадин и выступов, имеющих при вершине угол »150°.

Из рельефного слоя удалена приблизительно половина объёма стекла, а оставшаяся часть представлена в виде выступов. Толщина слоя стекла, снимаемого за один проход инструмента определяется геометрически замкнутой размерной цепью, имеющей звено а между установочными базами инструмента и стекла, диаметром D инструмента, высотой l заготовки, размером h частицы, выступающей из связки абразивных зёрен обрабатывающего инструмента.

Между поверхностями стекла и материалом связки шлифовального круга, из которого выступают абразивные зёрна, обязательно должен быть зазор, который обеспечивает подачу смазывающе-охлаждающей жидкости и отсутствие вредного трения связки по стеклу, приводящего к выделению большого количества тепла. Таким образом, часть зерна, взаимодействующая со стеклом, составляет менее 1/3 его наибольшего размера.

Объём удаляемого припуска зависит от хрупкости, твёрдости, прочности абразивных зёрен и материала связки и пропорционален интенсивности режима обработки. На зерно действует сила резания R, создаваемая в относительном движении инструмента и стекла и разрушает последнее. Составляющая силы R направлена под углом 180° к вектору относительной скорости , лежащему в плоскости, касательной к обрабатываемой поверхности. Силе пропорциональна работа, идущая на удаление стекла и выделение тепла.

Под воздействием силы абразивное зерно проникает в толщу и разрушает стекло, вызывая появление конических трещин. Закреплённые зёрна со временем затупляются, усилие резания увеличивается. Тогда в работу вступают новые зёрна и процесс шлифования идёт с равномерной интенсивностью. Обработка закреплёнными абразивными зёрнами есть наиболее эффективный процесс обработки стекла в оптических технологиях.

Эффективность шлифования стекла закреплёнными абразивными зёрнами обусловлена следующими обстоятельствами:

1) Закреплённые абразивные зёрна работают как резцы, оставляя на обрабатываемой поверхности стекла сплошные пересекающиеся царапины;

2) Закреплённые зёрна разрушаются только при воздействии на стекло, но не от перетирания одно о другое;

3) Рабочее давление инструмента сосредотачивается на небольшом числе зёрен, выступающих из связки;

4) Скорость резания составляет 15 – 25 м/с, а рабочее давление Па;

5) Неоднородность размеров зёрен не проявляется, поскольку они работают только частью, выступающей из связки;

6) Обильная подача эффективно удаляет разрушенное стекло и тепло;

7) При работе с малыми подачами образуются малые микронеровности поверхности даже при использовании инструмента с зёрнами крупной зернистости.

Производительность обработки закреплёнными зёрнами определяется объёмом припуска удалённого за единицу времени.