Способ обработки кристаллов алмаза и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B28D5/00 

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технологии и оборудованию для обточки кристаллов алмаза при изготовлении бриллиантов.

Известен способ обработки поверхности рундиста алмаза (обточки), заключающийся в креплении обрабатываемого алмаза, его центрировании, креплении алмаза-резца, обработке поверхности рундиста (сбивание вершин заготовки, обточка и доводка) и контроля параметров обточенного алмаза. При обточке обрабатываемый кристалл закрепляется во вращающемся шпинделе и к нему с определенным усилием прижимают инструмент. Причем частота

вращения шпинделя, усилие прижима и положение инструмента определяются стадией операции обработки поверхности рундистй.

Известен инструмент для обточка сри- сталлов, включающий металлический стержень, помещенный в деревянную обойму, и резцедержатель, предназначенный для закрепления алмаза-резца и состоящий из двух губок, поджимаемых одна к другой винтом. Недостаток указанного способа и инструмента заключается в низкой производительности обработки. Качество обработки и ее производительность в значи

01 XS

тА

тельной степени зависят от квалификации рабочего.

Наиболее близким к описываемому способу и инструменту по технической сущности является способ ультразвуковой обработки, реализуемый шабером ручным или механизированным, который снабжен устройством, сообщающим его режущей части ультразвуковые колебания в направлении движения резаная и который состоит из корпуса, ультразвукового преобразователя, концентратора и режущеЧ части. Недостатком этой схемы резания и описываемого инструмента применительно к обработке кристаллов является то, что сообщаемые продольные ультразвуковые колебания совпадают с труднообрабатываемым направлением обтачиваемого кристалла алмаза.

Целью изобретения является повышение производительности обработки и улуч- шение качества обточенного рундиста за счет реализации способа резания (разрушения) кристалла алмаза в направлении, имеющем наиболее слабое сопротивление растяжению(нормальном к октаэдрическим плоскостям (Ш)), путем сообщения алмазу- резцу ультразвуковых колебаний в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси обрабатываемого кристалла.

Ожидаемый экономический эффект от использования способа и инструмента для обточки кристаллов составит 2260 рублей.

Процесс обточки алмаза алмазом-резцом представляет собой механическое разрушение, т.е. скалывание микро- и макрочастиц алмаза, Выкрашивание и разрыв поверхности алмаза происходит в направлении, имеющем наиболее слабое сопротивление растяжению. Такими направлениями являются прежде всего: на- правление, совпадающее с направлением плоскости спайности, проходящей по плоским сеткам октаэдра (Ш), и направление, нормальное к октаэдрическим плоскостям (Ш). Эти направления образуют с осью сим- метрии четвертого порядка L4 кристалла алмаза, совпадающей с осью его вращения при обточке, угол порядка 35...45°.

На фиг. 1-3 изображено предлагаемое устройство.

Наиболее эффективное резание (скалывание) кристаллов алмаза обеспечивает способ обработки, при котором разнодейст- вующая составляющих сил динамического взаимодействия алмаза-резца 1 и обраба- тываемого алмаза 2 в плоскости ХОY (фиг. 1) направлена под углом а 35...45° к оси обрабатываемого кристалла. Разнодейству- ющая R является суммарным вектором сил динамического взаимодействия, величина

направление которых определяется интенсивностью колебаний ультразвуковых преобразователей,

Применение традиционных методов обработки и инструмента не позволяет реализовать предложенный способ обработки.

Введение в зону обработки ультразвуковых колебаний позволяет реализовать высокочастотный виброударный режим резания (скалывания) алмаза. А применение двух преобразователей, работающих син- фазнои синхронно,позволяетупрэвлять на- правлением вектора силы ударного взаимодействия алмаза-резца и обрабатываемого кристалла, а следовательно, при равной амплитуде колебаний обрабатывать кристалл по наиболее мягкому направлению с максимальной производительностью.

Амплитуда колебан /. / в процессе обточки определяет величину ударного импульса, а следовательно, размер скалываемых микрочастиц, т.е. изменение амплитуды колеба- ний (или выключение одного из двух преобразователей) позволяет управлять качеством (высотой микронеровностей) поверхности рундиста.

Способ по изобретению заключается в том, что перед началом обработки выбирается типоразмер оправки 4 (фиг,2-3) в зависимости от размера обрабатываемого сырья. Оправка 4 устанавливается в посадочное отверстие ультразвукового преобра- зователя 1. Далее в оправку 4 устанавливается алмаз-резец 11, который крепится прижимом 3 при помощи винта 9, Обрабатываемый кристалл алмаза устанавливаете в шпинделе станка между двумя оправками и центрируется. Инструмент устанавливается на опору обточного станка и подводится к обрабатываемому алмазу. Включается привод шпинделя станка и питание ультразвукового инструмента. В начальной стадии обработки, т.е. при сбивании углов у обрабатываемого кристалла алмаза, алмазу-резцу сообщаются УЗ колебания под углом 90° к оси обрабатываемого алмаза. Это обеспечивается возбуждением ультразвуковых колебаний в преобразователе 1. Амплитуда колебаний алмаза-резца составляет 2,5-3 мкм. Все указанное позволяет реализовать высокочастотный виброударный режим ре- занмя алмаза. В поверхностном слое кристалла интенсивно развиваются микротрещины и происходит скалывание микро- и макрочастиц алмаза. Также уменьшается усилие, которое должен приложить рабочий, и снижается низкочастотная вибрация. По мере износа вершины алмаза- резца он поворачивается вместе с оправкой

и дальше обработка производится новой вершиной.

После того, как сбивание углов будет заключено, включается второй преобразователь и теперь равнодействующая состав- лягощихсилдинамического

взаимодействия направлена под углом GK35-45 к оси обрабатываемого кристалла. Амплитуда колебаний обоих преобразователей примерно одинакова и составляет 2- 2,5 мкм. На окончательной стадии обработки, когда необходимо получить заданную шероховатость обрабатываемой поверхности, преобразователь 1 отключается и алмазу-резцу сообщаются колебания параллельно оси обрабатываемого кристалла. Амплитуда колебаний составляет порядка 1,5-2 мкм. Происходит заглаживание микротрещин и улучшается качество обработанной поверхности рундиста. После окончания обработки ультразвук отключается.

На фиг.2 показан общий вид ультразвукового инструмента для обточки кристалла алмаза.

Инструмент для обточки кристаллов содержит ультразвуковой преобразователь 1 с фланцем, ультразвуковой преобразователь 2, прижим 3, поворотную оправку А, опору б, корпус 7, обойму 8, винт 9, ось прижима 10.

Прижим 3 устанавливается в пазе цилиндрической опоры б и служит для закрепления алмаза-резца 11, установленного в поворотной оправке 4, Опора 6 крепится к фланцупреобразовзтеля 1 при помощи винтов через вибропоглощающие прокладки 13. К опоре 6 крепится также корпус 7, к которому с другой стороны прикреплена обойма 8.

Скорость распространения продольных волн в волноводе преобразователя 1 определяется по формуле

г VHET С р

Скорость распространения поперечных

волн Споп

v

, создаваемых в волноводе

преобразователя 1 преобразователем 2, примерно в 2 раза меньше, чем продольных. В волноводе преобразователя 1 имеется продольный паз и отверстие, которые служат для установки преобразователя 2. Ультразвуковой преобразователь 2 крепится к боковой стенке паза при помощи винта 12 на расстоянии, равном четверти длины продольной волны от поворотной оправки 4,

Прижим 3 выполнен из материала, демпфирующего ультразвуковые колебания.

Преимущество предлагаемого способа, по сравнению со способом обработки пт

5 верхности рундиста алмаза, заключается к том, что реализуется способ резания кристалла алмаза в направлении, нормальном к октзэдричеким плоскостям (Ш), имеющем наиболее слабое сопротивление растяже0 нию, путем сообщения алмазу-резцу ультразвуковых колебаний в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси обрабатываемого кристалла.

Предлагаемый ультразвуковой py.tc1

5 инструмент позволяет реализовать способ обработки кристаллов алмаза, при котором равнодействующая сил динамического взаимодействия направлена под углом к оси обрабатываемого кристалла, совпадающим

0 с наиболее мягким направлением обработки, что, в свою очередь, позволяет снизить силы резания и повысить интенсивность съема припуска.

5 Формула изобретения

1.Способ обработки кристаллов алмаза, включающий крепление и центрирование кристалла алмаза, крепление алмаза-резца, обработку алмазом-резцом

0 поверхности рундиста путем возбуждения в нем ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества поверхности обточенного руидиста, обработку повер5 хности рундиста производят в направлении, нормальном к октаэдрическим плоскостям (ill), при этом ультразвуковые колебания возбуждают в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси обрабатывае0 мого кристалла,- со сменой амплитуды колебаний в процессе обработки.

2,Устройство для обработки кристаллов алмаза, включающее корпус, ультразвуковой преобразователь с концентратором, ал5 маз-резец, прижим и ультразвуковой генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и качества поверхности обточенного рундиста, устройство снабжено дополнительным

0 ультразвуковым преобразователем, прикрепленным к фланцу ультразвукового ре- образователя через вибропоглощающую прокладку цилиндрической опорой, при этом в концентраторе выполнен паз, в кото5 рый установлен дополнительный ультразвуковой преобразователь, а прижим установлен в опоре и выполнен из материала, демпфирующего ультразвуковые колебания.

|У

Использование: в области приборостроения, а именно в технологии и оборудовании для обточки кристаллов алмаза при изготовлении бриллиантов. Сущность изобретения: в способе обработки кристаллов алмаза обработку поверхности рундиста производят в направлении, нормально м к октаэдрическим плоскостям (Ш), при этом ультразвуковые колебания возбуждают в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси обрабатываемого кристалла, со сменой амплитуды колебаний в процесса обработки. В устройстве для обработки кристаллов алмаза используют дополнительный ультразвуковой преобразователь, а также цилиндрическую опору, в концентраторе выполнен паз для установки дополнительного преобразователя, а прижим выполнен из материала, демпфирующего ультразвуковые колебания. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

ФИГ. 4

X

35,.45е

6 13 1

Фаг г