SU1757895A1

SU1757895A1 - Method and device for tooling diamond crystals

Info

Publication number: SU1757895A1
Application number: SU894795924A
Authority: SU
Inventors: Михаил Григорьевич Киселев; Сергей Степанович Савицкий; Владимир Тимофеевич Минченя; Вячеслав Леонидович Габец; Александр Семенович Старовойтов; Эдуард Адамович Марцинкевич; Александр Владимирович Герловский
Original assignee: Белорусский Политехнический Институт
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Использование: в области приборостроени , а именно в технологии и оборудовании дл обточки кристаллов алмаза при изготовлении бриллиантов. Сущность изобретени : в способе обработки кристаллов алмаза обработку поверхности рундиста производ т в направлении, нормально м к октаэдрическим плоскост м (Ш), при этом ультразвуковые колебани возбуждают в направлени х, перпендикул рном и параллельном оси обрабатываемого кристалла, со сменой амплитуды колебаний в процесса обработки. В устройстве дл обработки кристаллов алмаза используют дополнительный ультразвуковой преобразователь, а также цилиндрическую опору, в концентраторе выполнен паз дл установки дополнительного преобразовател , а прижим выполнен из материала, демпфирующего ультразвуковые колебани . 2 с.п. ф-лы, 3 ил.Use: in the field of instrumentation, namely, in the technology and equipment for turning diamond crystals in the manufacture of diamonds. SUMMARY OF THE INVENTION: In a diamond crystal processing method, the girdle surface treatment is carried out in the direction normal to octahedral planes (W), while ultrasonic vibrations excite in directions perpendicular and parallel to the axis of the crystal being processed, with the oscillation amplitude changing in the process . The diamond crystal processing device uses an additional ultrasonic transducer as well as a cylindrical support, a groove for mounting an additional transducer is made in the concentrator, and the clamp is made of a material that damps the ultrasonic vibrations. 2 sec. f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относитс к области приборостроени , а именно к технологии и оборудованию дл обточки кристаллов алмаза при изготовлении бриллиантов.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to technology and equipment for turning diamond crystals in the manufacture of diamonds.

Известен способ обработки поверхности рундиста алмаза (обточки), заключающийс в креплении обрабатываемого алмаза, его центрировании, креплении алмаза-резца , обработке поверхности рундиста (сбивание вершин заготовки, обточка и доводка) и контрол параметров обточенного алмаза. При обточке обрабатываемый кристалл закрепл етс во вращающемс шпинделе и к нему с определенным усилием прижимают инструмент. Причем частотаA known method of treating the surface of a diamond girdle (turning) involves fixing the treated diamond, centering it, fixing the diamond cutter, processing the surface of the girdle (knocking down the tops of the workpiece, turning and finishing) and controlling the parameters of the cut diamond. When turning, the processed crystal is fixed in a rotating spindle and the tool is pressed against it with a certain force. And the frequency

вращени шпиндел , усилие прижима и положение инструмента определ ютс стадией операции обработки поверхности рундистй.Spindle rotation, pressing force and tool position are determined by the girdle surface treatment operation.

Известен инструмент дл обточка сри- сталлов, включающий металлический стержень , помещенный в дерев нную обойму, и резцедержатель, предназначенный дл закреплени алмаза-резца и состо щий из двух губок, поджимаемых одна к другой винтом . Недостаток указанного способа и инструмента заключаетс в низкой производительности обработки. Качество обработки и ее производительность в значиA tool for turning crystals is known, comprising a metal rod placed in a wooden holder and a tool holder for fixing a diamond cutter and consisting of two jaws pressed against one another. The disadvantage of this method and tool is the poor processing performance. The quality of processing and its performance means

01 XS01 XS

тАmA

тельной степени завис т от квалификации рабочего.degree depends on the qualifications of the worker.

Наиболее близким к описываемому способу и инструменту по технической сущности вл етс способ ультразвуковой обработки, реализуемый шабером ручным или механизированным, который снабжен устройством, сообщающим его режущей части ультразвуковые колебани в направлении движени резана и который состоит из корпуса, ультразвукового преобразовател , концентратора и режущеЧ части. Недостатком этой схемы резани и описываемого инструмента применительно к обработке кристаллов вл етс то, что сообщаемые продольные ультразвуковые колебани совпадают с труднообрабатываемым направлением обтачиваемого кристалла алмаза.The closest to the described method and instrument by its technical nature is an ultrasonic treatment method implemented by a manual or mechanized scraper, which is provided with a device that communicates its cutting part with ultrasonic vibrations in the direction of the cutting movement and which consists of a housing, an ultrasonic transducer, a concentrator and a cutting part. The disadvantage of this cutting scheme and the tool described in relation to the processing of crystals is that the reported longitudinal ultrasonic vibrations coincide with the difficult-to-work direction of the diamond crystal being turned.

Целью изобретени вл етс повышение производительности обработки и улуч- шение качества обточенного рундиста за счет реализации способа резани (разрушени ) кристалла алмаза в направлении, имеющем наиболее слабое сопротивление раст жению(нормальном к октаэдрическим плоскост м (Ш)), путем сообщени алмазу- резцу ультразвуковых колебаний в направлени х , перпендикул рном и параллельном оси обрабатываемого кристалла.The aim of the invention is to improve the processing performance and improve the quality of the grinded girdle by implementing the method of cutting (destroying) a diamond crystal in the direction that has the weakest tensile strength (normal to octahedral planes (III)) by communicating the ultrasonic diamond to the diamond. oscillations in directions perpendicular and parallel to the axis of the crystal being processed.

Ожидаемый экономический эффект от использовани способа и инструмента дл обточки кристаллов составит 2260 рублей.The expected economic effect from using the method and tool for turning crystals is 2260 rubles.

Процесс обточки алмаза алмазом-резцом представл ет собой механическое разрушение , т.е. скалывание микро- и макрочастиц алмаза, Выкрашивание и разрыв поверхности алмаза происходит в направлении , имеющем наиболее слабое сопротивление раст жению. Такими направлени ми вл ютс прежде всего: на- правление, совпадающее с направлением плоскости спайности, проход щей по плоским сеткам октаэдра (Ш), и направление, нормальное к октаэдрическим плоскост м (Ш). Эти направлени образуют с осью сим- метрии четвертого пор дка L4 кристалла алмаза , совпадающей с осью его вращени при обточке, угол пор дка 35...45°.The diamond turning process is a mechanical fracture, i.e. chipping of micro- and particulate diamond. Chipping and tearing of the diamond surface occurs in the direction that has the weakest resistance to stretching. Such directions are primarily: the direction that coincides with the direction of the cleavage plane, passing along the flat grids of the octahedron (Ø), and the direction normal to the octahedral planes (Ø). These directions form with the axis of symmetry of the fourth order of the L4 diamond crystal, which coincides with the axis of its rotation during turning, an angle of about 35 ... 45 °.

На фиг. 1-3 изображено предлагаемое устройство.FIG. 1-3 shows the proposed device.

Наиболее эффективное резание (скалывание ) кристаллов алмаза обеспечивает способ обработки, при котором разнодейст- вующа составл ющих сил динамического взаимодействи алмаза-резца 1 и обраба- тываемого алмаза 2 в плоскости ХОY (фиг. 1) направлена под углом а 35...45° к оси обрабатываемого кристалла. Разнодейству- юща R вл етс суммарным вектором сил динамического взаимодействи , величинаThe most efficient cutting (chipping) of diamond crystals provides a processing method in which the different components of the dynamic forces of the diamond cutter 1 and the processed diamond 2 in the XYY plane (Fig. 1) are directed at an angle a 35 ... 45 ° to the axis of the processed crystal. Differing R is the total vector of dynamic interaction forces, the magnitude

направление которых определ етс интенсивностью колебаний ультразвуковых преобразователей ,the direction of which is determined by the vibration intensity of the ultrasonic transducers,

Применение традиционных методов обработки и инструмента не позвол ет реализовать предложенный способ обработки.The use of traditional processing methods and tools does not allow to implement the proposed processing method.

Введение в зону обработки ультразвуковых колебаний позвол ет реализовать высокочастотный виброударный режим резани (скалывани ) алмаза. А применение двух преобразователей, работающих син- фазнои синхронно,позвол етупрэвл ть на- правлением вектора силы ударного взаимодействи алмаза-резца и обрабатываемого кристалла, а следовательно, при равной амплитуде колебаний обрабатывать кристалл по наиболее м гкому направлению с максимальной производительностью.The introduction of ultrasonic vibrations into the processing zone allows one to realize a high-frequency vibro-impact diamond cutting (shearing) mode. And the use of two transducers operating in phase synchronous mode allows us to direct the direction of the force vector of the impact interaction between the diamond cutter and the crystal being processed, and, therefore, with the same amplitude of oscillations, process the crystal in the softest direction with maximum productivity.

Амплитуда колебан /. / в процессе обточки определ ет величину ударного импульса, а следовательно, размер скалываемых микрочастиц , т.е. изменение амплитуды колеба- ний (или выключение одного из двух преобразователей) позвол ет управл ть качеством (высотой микронеровностей) поверхности рундиста.The amplitude is fluctuated. / during the turning process determines the magnitude of the shock pulse and, therefore, the size of the sheared microparticles, i.e. A change in the amplitude of oscillations (or shutdown of one of the two transducers) makes it possible to control the quality (height of asperities) of the girdle surface.

Способ по изобретению заключаетс в том, что перед началом обработки выбираетс типоразмер оправки 4 (фиг,2-3) в зависимости от размера обрабатываемого сырь . Оправка 4 устанавливаетс в посадочное отверстие ультразвукового преобра- зовател 1. Далее в оправку 4 устанавливаетс алмаз-резец 11, который крепитс прижимом 3 при помощи винта 9, Обрабатываемый кристалл алмаза устанавливаете в шпинделе станка между двум оправками и центрируетс . Инструмент устанавливаетс на опору обточного станка и подводитс к обрабатываемому алмазу. Включаетс привод шпиндел станка и питание ультразвукового инструмента. В начальной стадии обработки, т.е. при сбивании углов у обрабатываемого кристалла алмаза, алмазу-резцу сообщаютс УЗ колебани под углом 90° к оси обрабатываемого алмаза. Это обеспечиваетс возбуждением ультразвуковых колебаний в преобразователе 1. Амплитуда колебаний алмаза-резца составл ет 2,5-3 мкм. Все указанное позвол ет реализовать высокочастотный виброударный режим ре- занм алмаза. В поверхностном слое кристалла интенсивно развиваютс микротрещины и происходит скалывание микро- и макрочастиц алмаза. Также уменьшаетс усилие, которое должен приложить рабочий, и снижаетс низкочастотна вибраци . По мере износа вершины алмаза- резца он поворачиваетс вместе с оправкойThe method according to the invention consists in that the size of the mandrel 4 (Fig. 2-3) is selected depending on the size of the raw material being processed before the start of processing. The mandrel 4 is installed in the mounting bore of the ultrasonic transducer 1. Next, a diamond cutter 11 is installed in the mandrel 4, which is secured by the clamp 3 with a screw 9. You install the processed diamond crystal in the machine spindle between the two mandrels and center it. The tool is mounted on the support of the turning machine and is fed to the diamond to be machined. The drive of the spindle of the machine and the power of the ultrasonic tool is turned on. In the initial stage of processing, i.e. when knocking the corners of the diamond crystal being processed, the diamond cutter communicates ultrasonic vibrations at an angle of 90 ° to the axis of the diamond being processed. This is ensured by the excitation of ultrasonic vibrations in the transducer 1. The oscillation amplitude of the diamond cutter is 2.5-3 microns. All of the above makes it possible to realize a high-frequency vibro-impact mode of recalled diamond. Microcracks develop vigorously in the surface layer of the crystal, and the micro and particulate diamond is chipping. It also reduces the force that the worker has to apply, and low-frequency vibration is reduced. As the top of the diamond is worn, it rotates with the mandrel.

и дальше обработка производитс новой вершиной.and further processing is performed by a new vertex.

После того, как сбивание углов будет заключено, включаетс второй преобразователь и теперь равнодействующа состав- л гощихсилдинамическогоAfter the knocking down of the corners is concluded, the second transducer is turned on and the resultant compound is now

взаимодействи направлена под углом GK35-45 к оси обрабатываемого кристалла. Амплитуда колебаний обоих преобразователей примерно одинакова и составл ет 2- 2,5 мкм. На окончательной стадии обработки, когда необходимо получить заданную шероховатость обрабатываемой поверхности , преобразователь 1 отключаетс и алмазу-резцу сообщаютс колебани параллельно оси обрабатываемого кристалла. Амплитуда колебаний составл ет пор дка 1,5-2 мкм. Происходит заглаживание микротрещин и улучшаетс качество обработанной поверхности рундиста. После окончани обработки ультразвук отключаетс .The interaction is directed at an angle of GK35-45 to the axis of the crystal being processed. The oscillation amplitude of both transducers is about the same and is 2-2.5 microns. At the final stage of processing, when it is necessary to obtain a given surface roughness, the transducer 1 is turned off and oscillations parallel to the axis of the crystal being processed are communicated to the diamond cutter. The amplitude of the oscillations is in the order of 1.5-2 microns. The cracking of the microcracks occurs and the quality of the processed girdle surface is improved. After completion of the treatment, the ultrasound is turned off.

На фиг.2 показан общий вид ультразвукового инструмента дл обточки кристалла алмаза.Figure 2 shows a general view of an ultrasonic tool for turning a diamond crystal.

Инструмент дл 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.The tool for turning crystals contains an ultrasonic transducer 1 with a flange, an ultrasonic transducer 2, a clamp 3, a pivot mandrel A, a support b, a housing 7, a holder 8, a screw 9, an axis of the clamp 10.

Прижим 3 устанавливаетс в пазе цилиндрической опоры б и служит дл закреплени алмаза-резца 11, установленного в поворотной оправке 4, Опора 6 крепитс к фланцупреобразовзтел 1 при помощи винтов через вибропоглощающие прокладки 13. К опоре 6 крепитс также корпус 7, к которому с другой стороны прикреплена обойма 8.The clamp 3 is installed in the groove of the cylindrical support b and serves to secure the diamond cutter 11 installed in the pivot mandrel 4. The support 6 is attached to the flange of the transducer 1 with screws through vibration-absorbing gaskets 13. To the support 6 there is also attached the case 7 to which on the other hand 8 clip attached.

Скорость распространени продольных волн в волноводе преобразовател 1 определ етс по формулеThe velocity of propagation of longitudinal waves in the waveguide of the converter 1 is determined by the formula

г VHET С р g VHET C p

Скорость распространени поперечныхThe rate of propagation of the transverse

волн Спопwaves SPOP

v v

, создаваемых в волноводеgenerated in the waveguide

преобразовател 1 преобразователем 2, примерно в 2 раза меньше, чем продольных. В волноводе преобразовател 1 имеетс продольный паз и отверстие, которые служат дл установки преобразовател 2. Ультразвуковой преобразователь 2 крепитс к боковой стенке паза при помощи винта 12 на рассто нии, равном четверти длины продольной волны от поворотной оправки 4,Converter 1 Converter 2, about 2 times less than the longitudinal. In the waveguide transducer 1, there is a longitudinal groove and a hole that serves to mount the transducer 2. The ultrasonic transducer 2 is attached to the side wall of the groove with a screw 12 at a distance equal to a quarter of the length of the longitudinal wave from the rotating mandrel 4,

Прижим 3 выполнен из материала, демпфирующего ультразвуковые колебани .The clamp 3 is made of a material that damps the ultrasonic vibrations.

Преимущество предлагаемого способа, по сравнению со способом обработки птThe advantage of the proposed method, compared with the method of processing Fri

5 верхности рундиста алмаза, заключаетс к том, что реализуетс способ резани кристалла алмаза в направлении, нормальном к октзэдричеким плоскост м (Ш), имеющем наиболее слабое сопротивление раст же0 нию, путем сообщени алмазу-резцу ультразвуковых колебаний в направлени х, перпендикул рном и параллельном оси обрабатываемого кристалла.5 of the diamond girdle surface, is that a method of cutting a diamond crystal in a direction normal to octal planes (W), having the weakest resistance to stretching, is realized by telling the diamond cutter of ultrasonic vibrations in directions perpendicular and parallel the axis of the processed crystal.

Предлагаемый ультразвуковой py.tc1Proposed ultrasonic py.tc1

5 инструмент позвол ет реализовать способ обработки кристаллов алмаза, при котором равнодействующа сил динамического взаимодействи направлена под углом к оси обрабатываемого кристалла, совпадающим5, the tool makes it possible to realize a method for treating diamond crystals, in which the resultant dynamic interaction forces are directed at an angle to the axis of the crystal being processed, coinciding

0 с наиболее м гким направлением обработки , что, в свою очередь, позвол ет снизить силы резани и повысить интенсивность съема припуска.0 with the softest machining direction, which, in turn, reduces the cutting forces and increases the removal rate of the allowance.

Claims

1. A method of processing diamond crystals, including the mounting and centering of a diamond crystal, the attachment of a diamond cutter, processing with a diamond cutter

0 of the girdle surface by exciting ultrasonic vibrations in it, characterized in that, in order to increase the productivity and quality of the surface of the machined ruidist, the girdle surface treatment is performed in the direction normal to the octahedral planes (ill), while the ultrasonic vibrations excite in the direction of x, perpendicular and parallel to the axis of the processed crystal, - with a change in the amplitude of oscillations in the process.

2, A device for treating diamond crystals, including a housing, an ultrasonic transducer with a hub, an al-5 maz-cutter, a pressure and an ultrasonic generator, characterized in that, in order to improve the productivity and quality of the surface of the turned girdle, the device is equipped with an additional

0 with an ultrasonic transducer attached to the flange of the ultrasonic transducer through a vibration-absorbing gasket with a cylindrical support, with a groove in which a supplementary ultrasonic transducer is installed in the concentrator, and the clamp is installed in the support and made of a material damping the ultrasonic vibrations.

| At

FIG. four

X

35, 45e

6 13 1

Phage g