DD147840A5

DD147840A5 - Verfahren und vorrichtung zur spangebenden bearbeitung von glasartigen werkstoffen

Info

Publication number: DD147840A5
Application number: DD79217703A
Authority: DD
Inventors: Johannes C G Teunissen; Rudolf Brehm; Jan Haisma; Jan D B Veldkamp
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-12-18
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1981-04-22
Also published as: CH645603A5; JPS6335361B2; NL7812246A; CA1155757A; SE7910325L; GB2037213A; IT1126565B; DE2950559A1; FR2444648B1; GB2037213B; DE2950559C2; JPS5583501A; FR2444648A1; IT7927994A0; US4300417A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur spangebenden Bearbeitung von glasartigen Werkstoffen, insbesondere Glas, und die zur Durchfuehrung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung. Ausgehend von dem Ziel, die Qualitaet der zu bearbeitenden Flaechen zu verbessern, besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die bearbeitete Oberflaeche eine hohe Maszgenauigkeit sowie eine optische Oberflaechenqualitaet aufweist, mit einer Werkstoffabnahme je Schnitt in d.Groeszenordnung von 20 *m dick,100 *m breit und vielen Zentimetern lang. Als Loesung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Werkstueck auf dem zu zerspanenden Teil durch eine erste gestreute Waermezufuhr integral und homogen auf die Erweichungstemperatur gebracht wird und zugleich die zu bearbeitende Oberflaeche in Hoehe der Schnittstelle im Augenblick der Materialabnahme und bis zu einer Tiefe entsprechend der Schnittiefe durch eine zweite konzentrierte, der ersten Waermezufuhr ueberlagerte Waermezufuhr erhitzt wird, und zwar derart, dasz eine Spanabhebung sowie gleichzeitig und unmittelbar danach eine relaxierende Zerflieszung der bearbeiteten Oberflaeche erfolgt.

Description

Berlin, den 24. 06. 1980

AP C 03 B/ 217 703

-A- 217703 ^56δ58/24

Verfahren und Vorrichtung zur spangebenden Bearbeitung von glasartigen Werkstoffen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur spangebenden Bearbeitung von glasartigen V/erkstoffen, insbesondere Glas, und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere für Glasarten geeignet, deren Viskositätsverlauf über einen relativ langen Temperaturbereich ziemlich gering ist."

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein ein Verfahren zur spangebenden Bearbeitung von Glas oder glasartigen Werkstoffen bekannt, bei dem ein zu bearbeitendes Werkstück aus Glas bzw. glasartigen Werkstoff und ein Schneidwerkzeug gegenüber einander in Bewegung gebracht werden. Dabei wird das Werkzeug mit der Oberfläche des Werkstückes in Berührung gebracht, und das Werkstück wird an der Oberfläche einer zerspanenden Bearbeitung ausgesetzt. Bei diesem Verfahren wird ein gläsernes Werkstück einer Schleifbearbeitung ausgesetzt, wobei der zu entfernende Werkstoff durch ggf. gebundene Schleifkörner abrasiv entfernt wird.

Mit diesem bekannten Verfahren läßt sich eine ziemlich hohe Maßgenauigkeit erzielen, aber dadurch, daß der zu entfernende Werkstoff zerkörnt wird, ist die bearbeitete Oberfläche matt, d, h. optisch nicht transparent. -

Es sind u. a. von Dr. D, M. Busch Untersuchungen auf dem Gebiet der spangebenden Bearbeitung von Glas bei Raumtem-

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peratur mit Hilfe eines Diamantmeißels durchgeführt werden. Dabei wurde gefunden, daß Glas sich unter den obenstehenden Verhältnissen spanabhebend bearbeiten läßt, nur, aber auch nur, wenn die Spandicke, d. h. die Anstellung der Meißelschneide klein ist, d. h. in der Größenordnung von nur einigen ^m. Als typisches Beispiel nennt Dr. Busch einen Glasspan von 8 mm Länge, 7 pm Breite und 3 ^im maximaler Dicke. Die bearbeitete Oberfläche bleibt matt, d. h., die Oberflächenbeschaffenheit bei dieser Bearbeitung wird nicht optisch transparent.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ohne wesentliche Erhöhung des technisch-ökonomischen Aufwandes die Qualität der zu bearbeitenden Flächen zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur epangebenden Bearbeitung von glasartigen Werkstoffen, bei dem ein zu bearbeitendes Werkstück aus Glas bzw. glasartigem Werkstoff und ein Schneidwerkzeug gegenüber einander in Bewegung gebracht werden, wobei das Werkzeug mit der Oberfläche des Werkstückes in Berührung gebracht wird und das Werkstück an der Oberfläche einer zerspanenden Bearbeitung ausgesetzt wird, zu schaffen, das es ermöglicht, ein Werkstück aus Glas oder glasartigem Werkstoff derart zu bearbeiten, daß die bearbeitete Oberfläche eine hohe Maßgenauigkeit sowie eine optische Oberflächenqualität aufweist, mit einer Vferkstoffabnahme je Schnitt in der Größenordnung von 20 ^im dick, 100 ym breit und vielen Zentimetern lang.

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Unter optischer Oberflächenqualität wird eine Oberfläche, die glatt und transparent ist, verstanden.

Als transparent'wird eine Oberfläche bezeichnet, wenn die Erhabenheiten auf dieser Oberfläche eine Größe von 0,02 um nicht überschreiten, d. h. sehr klein sind, gegenüber der Wellenlänge 71 des sichtbaren Lichtes, welches das Wellenlängengebiet umfaßt von 0,4 < A<0,7 (um) und wobei die Abmessungen in der Ebene gegenüber der "/eilenlänge des sichtbaren Lichtes groß bis sehr groß sein dürfen.

Ferner besteht die Aufgabe darin, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Vorrichtung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zu bearbeitende Teil des Werkstücks derart erhitzt wird, daß an der Oberfläche eine Viskosität nahezu entsprechend der Erweichungstemperatur erhalten wird, daraufhin die erweichte Oberfläche mit Hilfe des Schneidwerkzeugs zerspant wird und danach das Werkstück auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

Untersuchungen haben gezeigt, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren, im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, der zerspante Werkstoff nicht zerkörnt wird, sondern daß das Schneidwerkzeug den Werkstoff in Form eines ununterbrochenen relativ dicken Spanes abhebt, in dem Abschuberscheinungen wahrnehmbar sind mit einer großen Länge bis einige Meter (gemäß der Aufgabenstellung sollte die Spanlänge einige (viele) Zentimeter betragen), mit einer Dicke in der Größenordnung von 20 pm und in gewissem Sinne vergleichbar mit der Span-

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bildung, die beim Präzisionszerspanen von Metall, u. a. für optische Zwecke auftritt, z. B. bei der Bearbeitung von Kupfer und Aluminium. Selbstverständlich wird das Werkstück nur bis zu einer Tiefe etwa entsprechend der gewünschten Spandicke auf die Erweichungstemperatur oder etwas höher erhitzt; der Kern des Werkstücks bleibt auf einer niedrigen Temperatur mit einer derart entsprechenden Viskosität, daß den bei der Bearbeitung auftretenden Biege- und Torsionsmomenten ausreichender Widerstand geboten werden kann. Offenbar wird die optische Oberflächenqualität durch abrasive Bearbeitung zusammen mit örtlicher viskoser Verformung erhalten, d. h. durch thermisches Polieren infolge örtlichen relaxierenden Zerfließens des Glases an der Stelle der Schnittstelle während des Schnittvorgangs und cjleich nach dem Schnittvorgang.

Die Erweichungstemperatur ist definiert als die Temperatur, bei der der Werkstoff eine Viskosität von ca. 10 '⁵Pa¹S hat. Der Temperaturbereich, über den ein Glas oder ein glasartiger Werkstoff sich mit dem Verfahren nach der Erfindung zerspanen läßt, kann ziemlich genau angegeben werden. Bei einer zu niedrigen Temperatur an der Schnittstelle bildet sich kein Span; beim Bearbeiten bröckelt der.Werkstoff ab, Splitter springen von dem Werkstück ab, und die Oberfläche ist äußerst uneben, rauh und optisch matt. Eine zu hohe Temperatur an der Schnittstelle führt zu Zerschmelzung auf der Oberfläche des Werkstücks und schließt eine Präzisionsbearbeitung aus; unregelmäßige Ausstülpungen, Verschmxerungen und Zerschmelzungen auf der Oberfläche des Werkstücks machen diese Bedingungen für eine Präzisionsbearbeitung unzulässig. Das Temperaturintervall zwischen einer Oberfläche, die notorisch zu kalt und notorisch zu warm ist, bestreicht

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für die in der Praxis in Betracht kommenden Werkstoffe ein Gesamtgebiet von etwa 50 C. Der beim erfindungsgemäßen Verfahren anwendbare Temperaturbereich bestreicht ein Temperaturgebiet von 30 C in der Mitte des Gesamtgebietes; und normalerweise liegt der Erweichungspunkt in diesem Arbeitsgebiet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die spangebende Bearbeitung langer Gläser, d. h. Glasarten, deren Viskositätsverlauf über einen relativ langen Temperaturbereich ziemlich gering ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zu bearbeitende Teil des Werkstücks vor dem Abkühlen einer mehrfachen an die Bearbeitung angepaßten Wärmebehandlung ausgesetzt. Dadurch ist es möglich, verschiedenartige Gläser und glasartige Werkstoffe auf eine für die Bearbeitung optimale Weise zu erhitzen und abzukühlen.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens v/eist das Kennzeichen auf, daß der zu bearbeitende Teil des Werkstücks durch eine erste gestreute Wärmezufuhr aufgewärmt und wenigstens der zu zerspanende Teil nahezu integral und homogen auf nahezu die Erweichungstemperatur gebracht wird und daß gleichzeitig die zu bearbeitende Oberfläche durch eine zweite der ersten überlagerte konzentrische Wärmezufuhr in Höhe der Schnittstelle nahezu zu dem Zeitpunkt der Materialabnahme und bis zu einer Tiefe mindestens entsprechend der gewünschten Schnittiefe örtlich erhitzt und auf einer Temperatur, die für die zerspanende Bearbeitung geeignet ist, gehalten wird, derart, daß die

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gesamte Energiezufuhr eine Spanbildung sowie eine relaxierende ZerflieSung der bearbeiteten Oberfläche erfolgen laßt.

Durch die gekennzeichneten Maßnahmen wird das Werkstück derart thermisch behandelt, daß einerseits die Oberfläche zerspant werden kann, wobei gleichzeitig sowie unmittelbar danach die durch das Schneidwerkzeug gebildeten Rillen durch ZerflieSung geebnet werden, während andererseits die Erhitzung des Kerns derart beschränkt wird, daß während der Bearbeitung auftretende Biege- und Torsionsmomente durch den Kern aufgefangen werden.

Eine Störung in der Spanbildung und Unregelmäßigkeiten auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks werden bei einer weiteren Aueführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch vermieden, daß das Schneidwerkzeug derart erwärmt wird, daß vom Werkstück zum Schneidwerkzeug kein wesentlicher Wärmetransport stattfindet. Dadurch, daß das Werkzeug auf diese Weise erwärmt wird, werden eine Störung der homogenen Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Werkstücks sowie die Bildung einer kalten Stelle an der Stelle des Schnittpunktes vermieden. Diese Maßnahme läßt, sich insbesondere bei Verwendung eines Werkzeugs mit einem relativ hohen Wärmeleitungskoeffizienten, wie Diamant, in vorteilhafter Weise anwenden.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Kennzeichen auf, daß das Werkstück vor dem Abkühlen auf Temperatur gehalten wird bis zum Erreichen der Entspannungstemperatur des Werkstoffes, und zwar derart, daß das Werkstück nach dem Abkühlen spannungsfrei ist.

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Dadurch, daß das Werkstück auf diese Weise spannungsfrei gemacht wird, wird die Maßgenauigkeit in positivem Sinn beeinflußt. Das etwaige Weitererwärmen ist von dem bearbeiteten Werkstoff abhängig. Beim Bearbeiten eines Werkstücks aus Quarzglas z. B. ist das Entspannen nicht erforderlich.

Ein Werkstück aus Glas oder glasartigem Werkstoff, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet worden ist, ist gekennzeichnet durch eine hohe Maßgenauigkeit in der Größenordnung von einigen pm und durch eine optische Oberflächenqualität, d. h. eine glatte und transparente Oberfläche. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Werkstücke aus Glas oder glasartigem Werkstoff verschiedenster Abmessungen und Formen stab-, rohr- oder Kugelförmig bearbeitet werden; jedoch wegen der erzielbaren optischen Oberflächenqualität ist das Verfahren insbesondere geeignet zum Herstellen optischer Elemente, z. B. asphärischer Linsen aus Glas und verwandten glasartigen Werkstoffen, glaskeramischen Werkstoffen und Glaskunststoffen.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung. Diese besteht aus einem rotierbaren Werkstückhalter, einem gegenüber dem Werkstückhalter einstellbaren Meißelhalter mit einem Meißel und einem gegenüber dem Werkstückhalter einstellbares Heizelement, wobei der Werkstückhalter, das Heizelement und der Meißelhalter gegenüber einander verschiebbar sind. Zur Durchführung des Verfahrens reicht eine relativ einfache, jedoch sehr stabile Präzisionsvorrichtung aus. Das Werkstück wird in dem Werkstückhalter eingespannt, mittels des Heizelements auf die gewünschte Temperatur ge-

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bracht und mit Hilfe des Meißels bearbeitet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein zweites Heizelement mit konzentrierter Wärmeabgabe, wobei das erste Heizelement von der Bauart mit gestreuter Wärmeabgabe ist. Mit Hilfe des ersten Heizelements wird das Werkstück über die gesamte zu bearbeitende Länge gleichmäßig erwärmt und mit Hilfe des zweiten Heizelements zum Zeitpunkt der Spanabnahme und örtlich an der Schnittstelle weiter erwärmt, wodurch die beim Bearbeiten auftretenden Ungleichmäßigkeiten durch viskose Verformung direkt ausgeglichen werden.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zweite Heizelement von momentan regelbarer Bauart und ist an einen Regelkreis angeschlossen. Das erste Heizelement ist normalerweise einer konstanten, zwar einstellbaren, aber nicht momentan regelbaren Bauart. Mit Hilfe des zweiten momentan einstellbaren Heizelements kann die Temperatur der zu bearbeitenden Oberfläche zum Zeitpunkt der Spanabnahme und an der Stelle des Schnittes ohne Verzögerung auf den erforderlichen Wert gebracht werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält der Regelkreis ein Strahlungstemperaturmeßelement. Durch diese Maßnahme kann die Temperatur des Werkstücks an der Schnittstelle durch Regelung des zweiten Heizelements mit einer Genauigkeit von +2 C eingestellt werden. Das Ausgangssignal des Temperaturmeßelements wird zu einem Regler zurückgekoppelt, der über ein Steuersignal das zweite Heizelement praktisch verzögerungsfrei einstellt.

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Die Heizelemente können verschiedenartiger AusführungsT formen sein, wie strahlende, leitende und konvektive Elemente, z. B. strahlende Widerstandselemente oder induktive Heizelemente, wenn die Leistung nur ausreicht, um das Werkstück auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform oer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Heizelemente als Gasbrenner ausgebildet, wobei der eine von dem Spaltbrennertyp und der andere vom Punktbrennertyp ist. Gasbrenner bieten den Vorteil, daß das Werkstück schnell, örtlich und auf regelbare Weise erwärmt werden kann, wobei die Brennerflamme ziemlich genau auf das Werkstück, vor bzw. hinter dem Meißel gerichtet werden kann.

Eine letzte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, daß der Meißel aus einem an den zu spanenden Werkstoff angepaßten verschleißfesten, temperaturfesten und formfesten Werkstoff besteht. So wird z. B. Diamant als Werkstoff für den Meißel nicht für jeden für die Bearbeitung in Betracht kommenden Werkstoff verwendet werden können; über einer Temperatur von etwa 500 C erfolgt nämlich ein Phasenübergang von der Kristallform Diamant zu Graphit, das sog. Graphitieren von Diamant; dies geht sogar so weit,· daß Diamant bei 800 ⁰C verbrennt. Für Präzisionsarbeit ist diese Situation unzulössig. Andere bekannte Meißelwerkstoffe, wie Borazon und Hafniumnitrid, kommen viel eher in Betracht als Diamant. Im allgemeinen muß der Meißel eine ausreichende Härte und Verschleißfestigkeit bei der Gebrauchstemperatur der Spanbearbeitung aufweisen; auch Wärmeleitung und Friktionswiderstand gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstoff sollen ausreichend sein. Diamant hat z. B. eine hohe. Wärmeleitfähigkeit,

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was zum Zerspanen für optische Zwecke nachteilig ist. AusfOhrunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht ;

Fig. 2: einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3: den Temperaturverlauf in dem Werkstück, wobei die Meßebenen, in radialer Richtung gesehen, dargestellt Sind ;

Fig. 4: ein Diagramm, in dem der Temperaturverlauf in dem Werkstück dargestellt ist;

Fig. 5: die fotografische Darstellung der Oberfläche eines erfindungsgemäß bearbeiteten Werkstückes in lOOfacher Vergrößerung;

Fig. 6: die Darstellung gemäß Fig. 5 in 50Ofacher Vergrößerung ;

Fig. 7: die fotografische Darstellung eines abgehobenen Spanes in 2facher Vergrößerung.

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Die in Fig. 1 und 2 auf schematische Weise dargestellte Vorrichtung 1 enthält im wesentlichen einen Werkstückhalter 3 mit einem Meißel 7 und zwei Gasbrenner, und zwar einen einstellbaren Spaltbrenner 9 und einen Punktbrenner 11, der einstellbar sowie regelbar ist. Durch X-X ist die Mittellinie des Werkstückhalter 3 angegeben.

Der Werkstückhalter 3 kann durch ein weiterhin nicht dargestelltes Getriebe entsprechend dem Pfeil A in Drehung versetzt werden. Der Meißelhalter 5 mit dem Meißel 7 ist nach dem Pfeil B in radialer Richtung gegenüber der Mittellinie X-X des Werkstückhalters einstellbar. Der Werkstückhalter und der Meißelhalter sind in einer Richtung parallel zu der Mittellinie X-X des Werkstückhalters relativ gegenüber einander verschiebbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Werkstückhalter 3 in der Richtung gemäß dem Pfeil C verschiebbar.

Der Spaltbrenner 9 ist mittels eines Kugelgelenks 13 auf einem Halter 15 befestigt, der gemäß dem Pfeil D in radialer Richtung und gemäß dem Pfeil E in axialer Richtung einstellbar ist. Der Punktbrenner 11 ist mittels eines Kugelgelenks 17 auf einem Schlitten 19 angeordnet, der gemäß den Pfeilen F und G radial bzw. axial gegenüber dem Werkstückhalter einstellbar ist. Ein IR-Strahlungstemperaturmeßelement 21 ist mit dem Punktbrenner 11 in einen Regelkreis 23 mit einem Regler 25 aufgenommen.

Das zylinderförmige Werkstück W hat einen zu bearbeitenden zylinderförmigen Teil L und einen Einspanhteil M, die durch eine Einschnürung N getrennt sind.

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Zur zerspanenden Bearbeitung des Teils L, welcher z. B. durch eine Schleifbearbeitung bereits vorbearbeitet ist, wird das Werkstück W mit dem Einspannteil M in dem Werkstückhalter 3 eingespannt, wobei die Mittellinie des Werkstücks W mit der Mittellinie X^-X des Werkstückhalter 3 zusammenfällt. Daraufhin wird der Werkstückhalter 3 gemäß dem Pfeil A in Drehung versetzt und der Spaltbrenner 9 derart positioniert, daß die breite Brennerflamme 27 genau radial auf und über die volle Länge des zu bearbeitenden Teils L des Werkstücks gerichtet ist. Die Gaszufuhr wird derart fest eingestellt, daß das Teil L des Werkstückes in axialer Richtung gesehen homogen und integral erwärmt wird und auf der Oberfläche eine Viskosität entsprechend der Erweichungstemperatur erhalten wird. Der Punktbrenner 11 wird derart positioniert, daß die scharfe Brennerflamme 29 auf den zu bearbeitenden Teil L gerichtet ist, in axialer Richtung gesehen zur Höhe der Meißelspitze 31, die zugleich den Schnittpunkt bestimmt. Danach wird der Meißelhalter 5 in radialer Richtung derart eingestellt und der Werkstückhalter 3 in axialer Richtung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit derart verschoben, daß der Meißel einen Span der gewünschten Dicke abhebt mit relativ großer Länge in der Größenordnung von einigen cm. Der gestreuten Wärmezufuhr, durch den Spaltbrenner 9 überlagert, wird der Teil L durch den Punktbrenner örtlich zur Höhe der Meißelspitze 31 derart erhitzt, daß eine Spanbearbeitung sowie ein relaxierendes Zerfließen der bearbeiteten Oberfläche stattfindet. Die Temperatur des Werkstücks an der Stelle der Schnittstelle 31 wird durch das Temperaturmeßelement 21 überwacht. Bei Abweichungen von einer voreingestellten Temperatur größer als 3 C liefert das Temperaturelement 21 über den Regelkreis ein Ausgangssignal zum Regler 25, der über ein Steuersignal ·

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einen Gashahn 33 betätigt und die Gaszufuhr zum Punktbrenner 11 nachstellt.

Nachdem der Teil L völlig bearbeitet worden ist, kann das Werkstück, wenn das bearbeitete Material dies erwünscht oder notwendig macht, vor dem Kühlen gleichmäßig mit Hilfe des Spaltbrenners 9 auf Temperatur gehalten werden, und zwar bis zur Abkühlung auf die Entspannungstemperatur, derart, daß das Werkstück nach dem Kühlen spannungsfrei ist.

Nach vollständiger Bearbeitung und nach Abkühlung wird der Teil L zur Höhe der Einschnürung N von dem Einspannteil M getrennt.

Die Fig. 4 zeigt die Temperaturverteilung in einem Werkstück W, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung gemessen wurde,

Das Werkstück bestand aus einem optischen Glas mit einem Erweichungspunkt von 800 C, mit einer Transformations- oder Entladungstemperatur von 529 C und mit der nachfolgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozenten: SiO₂: 56,2; Na₂O: 1,5; K₂O: 11; BaO: 15; ZnO: 9; PbO: 7. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 1,25 m/sec._# die Ausstellung (Schnittiefe) war 10 um und die Vorschubgeschwindigkeit 10 mm/min.

In Fig. 3 sind die Meßebenen, in radialer Richtung gesehen, dargestellt: Pegel I fällt mit der Mittellinie X-X des Werkstücks W zusammen; Pegel III fällt mit der Oberfläche des Werkstücks zusammen; Pegel II,befindet sich in einer Tiefe y von 0,5 mm. Durch χ ist der Abstand vom Werkstückhalter 3 definiert.

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Wie in Fig. 4 ersichtlich, ist die Temperatur des zu bearbeitenden Werkstückteils L in der Achse des Werkstücks etwa 100 C niedriger als die Erweichungstemperatur von etwa 800 ⁰C an der Oberfläche des Werkstücks; in einer Tiefe von 0,5 mm ist die Temperatur um nur 20 ⁰C niedriger als die Erweichungstemperatur. Mit der genannten Glasart wurden überraschend gute Resultate erzielt, und zwar eine hohe Maßgenauigkeit sowie eine transparente Oberflächenqualität.

Die Fig. 5 und 6 zeigen fotografisch die Oberfläche, die, wie obenstehend beschrieben, bearbeitet worden ist, in einer lOOfachen bzw. 500fachen Vergrößerung.

Fig. 7 zeigt den dabei abgehobenen Span in 2facher Vergrößerung. Gleich gute Resultate wie mit der obengenannten Glasart wurden mit den in der nachfolgenden Tafel angegebenen Glasarten erzielt, die alle zu der Klasse der optischen Gläser gehören. .

Tafel

Zusammen setzung (Gew.-%)	I	Glasarten	III	IV
As₂O₃	0,4	II	0,3	0,1
B₂O₃	16,6	0,6	13,6	23
BaO	-	8,0	24,0	1
K₂O	11,2	-	7,6	8
SrO	- .	9,8	0,3	-
ZnO	18,9	'-	5,0	-
Na₂O	. -	24,9	-	14
ZrO	-	-	0,1	-
TiO₂	0,2	-	-	-
CaO	-	-	-	0,1
	-

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Ta fei (Fortsetzung)

Zusammen setzung	52 790 562	I	56 780 534	Glasarten	II	III	IV
(Gew.-ft)		,7	,7	49,1 780 580	55 760 559
SiO₂ t_a T⁰Cj

Durch Τ_Δ ist die Erweichungstemperatur und durch T die Transformations- oder Entladungstemperatur bezeichnet.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde das Werkstück in axialer Richtung gegenüber dem stillstehenden Meißel und den ortsfesten Brennern verschoben. Es dürfte einleuchten, daß die kinematische Umkehrung, d. h. die axiale Verschiebung des Meißels und der Brenner synchron zum Meißel im Rahmen der Erfindung liegt. Auch kann das Werkstück, wenn erforderlich, in zwei Phasen bearbeitet werden, wobei in der ersten Phase, die zur Vorbearbeitung dienen kann, eine größere Schnittiefe in der Größenordnung von 10 bis 50 um angewendet wird.

Claims

217703 30.4.1980 AP C 03 B/217 703 - 16 - 56 658/24 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur spangebenden Bearbeitung von glasartigen Werkstoffen, bei dem ein zu bearbeitendes Werkstück aus Glas bzw. glasartigem Werkstoff und ein Schneidwerkzeug gegenüber einander in Bewegung gebracht werden, wobei das Werkzeug mit der Oberfläche des Werkstücks in Berührung gebracht wird und das Werkstück an der Oberfläche einer zerspanenden Bearbeitung ausgesetzt wird, gekennzeichnet dadurch, daß der zu bearbeitende Teil des Werkstücks derart erhitzt wird, daß an der Oberfläche eine Viskosität nahezu entsprechend der Erweichungstemperatur erhalten wird, daraufhin die erweichte Oberfläche mit Hilfe des Schneidwerkzeugs zerspant wird und danach das Werkstück auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zu bearbeitende Teil des Werkstücks vor dem Abkühlen einer mehrfachen an die Bearbeitung angepaßten Wärmebehandlung ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der zu bearbeitende Teil des Werkstücks durch eine erste gestreute Wärmezufuhr aufgewärmt und wenigstens der zu zerspanende Teil nahezu integral und homogen auf nahezu die Erweichungstemperatur gebracht wird und daß gleichzeitig die zu bearbeitende Oberfläche durch eine zweite, der ersten überlagerte konzentrierte Wärmezufuhr in Höhe der Schnittstelle nahezu zu dem Zeitpunkt der Materialabnahme und bis zu einer Tiefe mindestens entsprechend der gewünschten Schnittiefe örtlich erhitzt und auf einer Temperatur, die für die zerspanende Bear-

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beitung geeignet ist, gehalten wird, derart, daß die gesamte Energiezufuhr sowie eine relaxierende Zerfließung der bearbeiteten Oberfläche erfolgen läßt.

4. Verfahren nach den Punkten 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Schneidwerkzeug derart erwärmt wird, daß von dem Werkstück zum Schneidwerkzeug kein wesentlicher Wärmetransport erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Werkstück vor dem Abkühlen auf Temperatur gehalten wird bis zum Erreichen der Entspannungstemperatur des Werkstoffes, und zwar derart, daß das Werkstück nach dem Abkühlen spannungsfrei ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß ein drehbarer Werkstückhalter (3), ein gegenüber dem Werkstückhalter (3) einstellbarer Meißelhalter (5) mit einem Meißel (7) und ein gegenüber dem Werkstückhalter (3) einstellbares Heizelement angeordnet sind, wobei der Werkstückhalter (3), das Heizelement und der Meißelhalter (5) gegenüber einander verschiebbar sind.

7. Vorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein zweites Heizelement mit konzentrierter Wärmeabgabe angeordnet ist, wobei das erste Heizelement von der Bauart mit gestreuter Wärmeabgabe ist.

8. Vorrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß das zweite Heizelement von momentan regelbarer Bauart ist und an einen Regelkreis (23) angeschlossen ist.

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9. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Regelkreis (23) ein Strahlungstemperaturmeßelement (21) enthält. .

10. Vorrichtung nach einem der Punkte 6 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizelemente als Gasbrenner ausgebildet sind, wobei der eine vom Spaltbrennertyp (9) und der andere vom Punktbrennertyp (11) ist.

11· Vorrichtung nach einem der Punkte 6 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Meißel (7) aus einem an den zu 'spanenden Werkstoff angepaßten verschleißfesten, temperaturfesten und formfesten Werkstoff besteht.

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