KONSTRUKCJA SEPARATORÓW JEDNOLITYCH I SKŁADANYCH DO DOCIERANIA POWIERZCHNI PŁASKICH I WALCOWYCH

Transkrypt

1 KONSTRUKCJA SEPARATORÓW JEDNOLITYCH I SKŁADANYCH DO DOCIERANIA POWIERZCHNI PŁASKICH I WALCOWYCH Adam BARYLSKI Streszczenie Podano wytyczne do konstruowania i opracowania technologii separatorów przedmiotowych dla docierarek jedno- i dwutarczowych do obróbki powierzchni płaskich i wałków. Zamieszczono przykłady własnych konstrukcji separatorów jednolitych i modułowych. Słowa kluczowe docierarki tarczowe, separatory, konstrukcja Wprowadzenie Podstawowym sposobem docierania maszynowego powierzchni płaskich, płasko-równoległych i walcowych zewnętrznych jest obróbka na docierarkach jednoi dwutarczowych [1 3]. Dotyczy to dużego zbioru różnych elementów, zarówno metalowych, jak i ceramicznych (rys. 1). W przypadku docierania jednostronnego elementy mogą być umieszczone w pierścieniach prowadzących bez separatorów i wtedy ich wypełnienie jest największe (rys. 2a). Takie ułożenie przedmiotów podczas obróbki dotyczy głównie elementów o zarysie kołowym i zależy od ich wielkości i innych cech konstrukcyjnych. W innym przypadku należy stosować odpowiednio zaprojektowane separatory przedmiotowe (rys. 2b). W produkowanych obecnie docierarkach jednotarczowych liczba pierścieni prowadzących wynosi od jednego do czterech [3]. W typowej docierarce jednotarczowej (rys. 2b), obok dozownika 1 zawiesiny ściernej podawanej na docierak 5 po odpowiednio ukształtowanym drucie 2, znajdują się separatory 10 dla przedmiotów 9, umieszczone w pierścieniach prowadzących 4 i utrzymywane w określonym położeniu przez rolki 3 ułożyskowane w dźwigni 12. Docierak ma nacięte rowki promieniowe 8, zaś płyta robocza 11 dociążana jest siłownikiem pneumatycznym 7. Stół 6 ułatwia m.in. wymianę elementów docieranych umieszczanych przez operatora obrabiarki w separatorach. W przypadku braku separatorów do wyznaczenia liczby przedmiotów A, docieranych w jednym pierścieniu prowadzącym, w zależności od ich średnicy zewnętrznej B, można posłużyć się odpowiednim nomogramem (rys. 3). Podczas docierania dwutarczowego powierzchni płasko-równoległych lub walcowych stosowanie separatorów jest konieczne (rys. 4). Separatory przedmiotowe spełniają tu ważne zadanie w zapewnieniu właściwej kinematyki układu wykonawczego docierarki. W docieraniu elementów płaskich jest to ruch obiegowy (rys. 4a), zaś w przypadku przedmiotów walcowych mimośrodowy a) b) Rys. 1. Przykładowy asortyment elementów docieranych maszynowo: a) na docierarce jednotarczowej, b) na docierarce dwutarczowej [4 9] Fig. 1. Sample portfolio of machined parts: a) on single-disc lapping machine, b) on dual-disc lapping machine [4 9] 25

2 4/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu (rys. 4b). W tym układzie kinematycznym separatory umieszczone mimośrodowo (w odległości e od środka docieraka) obracają się w wyniku bezpośredniego oddziaływania na elementy obrabiane 2 (położone pod kątem δ w separatorze) obracających się tarcz docierających 3 z prędkością n t i mimośrodu z prędkością n e. W wyniku tego złożonego docierania przedmioty nie tylko obracają się z poślizgiem w gnieździe separatora z prędkością n p, ale i mają odpowiednią prędkość poślizgu wzdłuż tworzącej docieranego wałka. Do ważnych zadań technologa przygotowującego proces technologiczny docierania należy m.in. zaprojektowanie właściwych separatorów przedmiotowych. a) Rys. 3. Przykładowy nomogram dla docierarek jednotarczowych firmy SpeedFam [8] Fig. 3. Sample nomograph for single-disc lapping machines of the company SpeedFam [8] Wytyczne do konstrukcji separatorów b) Rys. 2. Docieranie powierzchni płaskich na docierarce jednotarczowej: a) bez separatorów z dociążeniem obciążnikowym elementów, b) z separatorami i dociążeniem pneumatycznym [10] Fig. 2. Flat surfaces lapping on single-disc lapping machine: a) without separators with dead weight ballasting of the parts, b) with separators and pneumatic ballasting [10] W separatorach dla docierarek jednotarczowych luz między przedmiotem obrabianym a otworem separatora powinien wynosić od 0,5 do 1,5 mm, w zależności od wielkości przedmiotu. Odległość pomiędzy przedmiotami lub między przedmiotami a zarysem wewnętrznym pierścienia prowadzącego nie powinien być mniejszy od 6 mm. Oczywisty jest fakt, iż grubość separatora nie powinna przekraczać wysokości obrabianych elementów. Jeśli to jest możliwe, otwory przedmiotowe należy wykonać na jak największym promieniu, zaś przedmioty o przekroju prostokątnym powinny być rozmieszczone stycznie do okręgu współśrodkowego ze środkiem separatora. W przypadku separatorów do docierania płasko- -równoległego powinny one posiadać uzębienie typu łańcuchowego lub kołkowego, zależnie od przyjętego rozwiązania napędu obiegowego docierarki. Uzębienie łańcuchowe można wykonać metodą kształtową lub obiegową. Uzębienie to może powodować drgania separatora, szczególnie przy większych podziałkach i małych średnicach. Dlatego nie należy stosować podziałki większej niż 1 cal. Uzębienie ewolwentowe zwiększa cichobieżność napędu. Zaletą jest także łatwiejszy dobór średnicy separatora z uwagi na uniwersalne narzędzia skrawające. Pomimo tego w większości docierarek dwutarczowych stosowany jest napęd kołkowy, gdyż przeważają tarcze docierające o względnie dużych średnicach zewnętrznych [5]. Liczba separatorów w docierarkach dwutarczowych do płaszczyzn nie powinna być mniejsza od czterech. Otwory przedmiotowe w separatorach 26

3 a) b) Rys. 4. Docierarka dwutarczowa: a) do obróbki powierzchni płasko-równoległych DLM 705 firmy Stähli [4], b) do obróbki zewnętrznych powierzchni walcowych schemat układu wykonawczego [10] Fig. 4. Double-disc lapping machine: a) for flat-parallel surfaces machining DLM 705 of the company Stähli [4], b) for machining of external cylindrical surfaces diagram of execution system [10] powinny być tak rozmieszczone, aby 0,25 0,33 średnicy przedmiotu (w przypadku zarysów kołowych) wybiegało poza pierścień roboczy tarczy docierającej. Dla przedmiotów np. prostokątnych wycięcia należy wykonać stycznie do współśrodkowego okręgu, zaś rozmieszczenie na wielu okręgach jest możliwe tylko przy elementach o małych rozmiarach. Grubość separatora jest zależna od wymiaru przedmiotu. Najlepiej gdy różnica ta wynosi około 1 2 mm. Wyjątkiem będą tu bardzo cienkie elementy i wtedy separatory są zbliżone do grubości elementu obrabianego, jednakże zwykle nie cieńsze niż 0,5 mm. Przy grubości separatora do 4 mm należy wykonać go ze stali o wytrzymałości Rm nie mniejszej niż 600 MPa, zaś przy grubości poniżej 1 mm należy przeprowadzać hartowanie i następnie szlifowanie. Przy docierarkach metalowych separator może leżeć na tarczy dolnej, zaś jego zużycie zależy od masy i rodzaju materiału, z którego jest wykonany. Najczęściej, oprócz konstrukcji stalowych, wykonuje się je z tworzyw warstwowych rezotekstu lub tekstolitu. Zaletami tych materiałów jest względnie dobra obrabialność i odporność na zużycie ścierne oraz duża odporność na pełzanie, wysoka wytrzymałość statyczna i dynamiczna, niski współczynnik tarcia, samosmarowność, zdolność do tłumienia drgań, cichobieżność, odporność chemiczna i mała masa właściwa. W przypadku docierania maszynowego wałków stosowany jest układ mimośrodowy napędu separatora (rys. 4b). Stosunek długości elementów docieranych do ich średnicy nie powinien być mniejszy od jedności. Wałki umieszcza się w otworach pod katem δ = 10 25, przy czym elementom na większym promieniu mogą odpowiadać mniejsze kąty pochylenia. Przy większych wartościach kąta δ powstają drgania w układzie, przy mniejszych zaś zwiększa się odchyłka walcowości obrabianego wałka. Najlepsze wyniki obróbki uzyskuje się przy mimośrodowości od 0,028 do 0,043 średniej średnicy pierścienia roboczego tarczy docierającej, przy czym przy większych średnicach tarcz zaleca się dolną wartość mimośrodowości. Krótkie elementy można umieszczać po kilka w jednym gnieździe. Należy mieć na uwadze, aby wymiar (długość) części docieranej przedmiotu nie przekraczał szerokości pierścienia tarczy. Najlepsze wyniki uzyskuje się przy zachowaniu równości tych wielkości. Korzystne wyniki docierania uzyskać można również, gdy kąt pochylenia tarcz docierających będzie skierowany przeciwnie do kierunku obrotów tarczy obracającej się z większą prędkością. Przykłady konstrukcji separatorów Przykład budowy separatora 2 do obróbki powierzchni walcowych elementu (rys. 5) przedstawiono na rys. 6. Przedmiot obrabiany 1 należy umieścić w separatorze tak, aby jego kołnierz znajdował poza zarysem tarczy górnej 3 i dolnej 4. Półfabrykatem separatora jest płyta z tekstolitu TcF-4 o wymiarach 900 x 1250 i grubości 7 mm. Do jego wykonania zaleca się stosować wycinanie laserowe, zapewniające wymaganą dokładność i wydajność obróbki oraz jakość powierzchni i krawędzi. W przypadku docierania elementów z rys. 7, na docierarce jednotarczowej, konstrukcja separatorów pokazana jest na rys. 8. Element obrabiany kowadełko (rys. 7a) i zworka (rys. 7b), wykonane są ze stopu magnetycznie miękkiego NiFe50, charakteryzującego się 10-krotnie większą przenikalnością magnetyczną od żelaza technicznego. Przy docieraniu elementu wyższego (rys. 7a) separator (rys. 8a) nie leży bezpośrednio na docieraku, lecz na pięciu stopkach 2, zamocowanych równomiernie wkrętami 3, z podkładką 4, w odpowiednim miejscu separatora 1. W przypadku docierania struktury T92N (rys. 9), składającej się z obrabianej podkładki molibdenowej 1 i lutowanego kryształu 3 lub 4 (HD lub HE) na krążku aluminiowym 3, należy stosować separatory składane, podwieszane na pierścieniach prowadzących (rys. 10). 27

4 4/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu Rys. 5. Docierany wał stopniowany i jego model Fig. 5. Machined graded shaft and its model Rys. 6. Konstrukcja separatora dla elementów z rys. 5 Fig. 6. Construction of separator for parts from fig. 5 Rys. 7. Przedmioty ze stopu NiFe50 obrabiane na docierarce jednotarczowej Fig. 7. Objects from alloy NiFe50 machined on single-disk lapping machine Rys. 8. Konstrukcja separatorów dla elementów z rys. 7 Fig. 8. Construction of separators for parts in fig. 7 28

5 Rys. 10. Budowa separatora składanego Fig. 10. Construction of folding separator Rys. 9. Docierana struktura T92N Fig. 9. Machined structure T92N W tym rozwiązaniu obciążnik prowadzony w tarczy górnej separatora dociąża indywidualnie na obwodzie powierzchnią stożkową każdy krążek docierany. Podsumowanie Projektując operację docierania, należy opracowując konstrukcję separatora, uwzględnić kilka czynników, dotyczących m.in. kinematyki i dynamiki obróbki, a więc zapewnienia właściwego stosunku prędkości ekstremalnych w układzie wykonawczym docierarki, wartości występujących przyspieszeń, sił i momentów oraz sposobu wywieranego nacisku jednostkowego na obrabiane elementy [3]. Konstruując separatory, należy wybrać nie tylko materiał i wersję rozwiązania, ale przede wszystkim położenie separatorów na docieraku, liczbę docieranych elementów jednocześnie i ich ułożenie w separatorze. Te i inne warunki mają decydujący wpływ na równomierność zużycia tarcz docierających, a więc w konsekwencji na odchyłki kształtu obrabianych powierzchni [3]. LITERATURA [1] Barylski A Docieranie powierzchni płaskich w operacjach montażowych. Technologia i Automatyzacja Montażu (3) : [2] Barylski A Konstrukcja i montaż narzędzi segmentowych do mikroszlifowania na docierarkach jednotarczowych. Technologia i Automatyzacja Montażu (3 4) : [3] Barylski A Obróbka powierzchni płaskich na docierarkach. Gdańsk: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej. [4] Materiały informacyjne firmy A.W. Stähli. [5] Materiały informacyjne firmy Peter Wolters AG. [6] Materiały informacyjne firmy LamPlan. [7] Materiały informacyjne firmy Lapmaster. [8] Materiały informacyjne firmy SpeedFam. [9] Materiały informacyjne firmy Joisten u. Kettenbaum. [10] Materiały informacyjne firmy Precisionlap. [11] Pszczołowski W Zależności kinematyczne w mimośrodowym układzie docierania walcowego. Technologia obróbki ściernej. Prace Naukowe Instytutu Technologii Budowy Maszyn Politechniki Wrocławskiej. Wrocław. Dr hab. inż. Adam Barylski, prof. nadzw. PG kierownik Katedry Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. G. Narutowicza 11/12, Gdańsk, abarylsk@pg.gda.pl CONSTRUCTION OF UNIFORM AND MODULAR SEPARATORS FOR FLAT AND CYLINDRICAL SURFACES MACHINING Abstract Work gives guidelines to construction and technology drawing up of object separators for single- and double-disc lapping machines, which are used for machining of flat surfaces and rollers. In the paper sample own constructions of uniform and modular separators are presented. Keywords disc lapping machines, separators, construction 29