SU1764958A1

SU1764958A1 - Abrasive flow machining process

Info

Publication number: SU1764958A1
Application number: SU904860604A
Authority: SU
Inventors: Николай Николаевич Макаров; Наум Александрович Покрывайло; Петр Васильевич Моисеенко; Дмитрий Иванович Кремко
Original assignee: Физико-технический институт АН БССР
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Использование. Изобретение относитс к машиностроению и приборостроению, а именно к способам абразивной обработки, и может быть использовано дл выполнени операций разрезани , шлифовани , зачистки и полировки различных материалов , в особенности хрупких и высокотвердых . Сущность изобретени : обработку производ т вращающимс диском, на периферию которого вне зоны обработки подают смесь абразивных частиц и в зко- упругой жидкости, причем скорость потока смеси задают совпадающей по направлению в точке касани с линейной скоростью периферии диска, но меньше ее по величине . 1 табл.. 1 ил.Using. The invention relates to mechanical engineering and instrument making, in particular to abrasive machining methods, and can be used to perform cutting, grinding, peeling and polishing operations for various materials, especially fragile and highly hard materials. SUMMARY OF THE INVENTION: The treatment is performed by a rotating disk, to the periphery of which a mixture of abrasive particles and a visco-elastic liquid is supplied outside the treatment area, the mixture flow rate being set coincident in the direction at the point of contact with the linear velocity of the disk periphery, but less than its size. 1 tabl. 1 Il.

Description

ЈJ

Изобретение относитс к машиностроению и приборостроению, а именно к способам абразивной обработки, и может быть использовано дл выполнени операций разрезани , шлифовани , зачистки и полировки различных материалов, в особенности хрупких и твердых.The invention relates to mechanical engineering and instrument making, in particular to abrasive machining methods, and can be used to perform cutting, grinding, grinding and polishing operations on various materials, especially fragile and hard materials.

Целью изобретени вл етс повышение качества обработки и расширение технологических возможностей способа.The aim of the invention is to improve the quality of processing and expand the technological capabilities of the method.

На чертеже изображена принципиальна схема осуществлени способа.The drawing shows a schematic diagram of the method.

1 Описываемый способ абразивно-жидкостной обработки осуществл етс следующим образом.1 The described abrasive-liquid processing method is carried out as follows.

К обрабатываемой поверхности детали 1 подвод т диск 2 и устанавливают с некоторым зазором А.Затем при помощи подающего устройства 3 на периферию вращающегос диска 2 вне зоны обработки подают смесь 4, состо щую из в зкоупругой жидкости и абразивных частиц суспензию.A disk 2 is brought to the surface of the workpiece 1 and installed with a certain gap A. Then, using the feeding device 3, the periphery of the rotating disk 2 outside the treatment zone serves a mixture 4 consisting of a visco-elastic fluid and abrasive particles suspension.

Скорость потока смеси 4 задают совпадающей по направлению с линейной скоростью периферии диска в точке их касани , но по величине меньше, чем скорость периферии. Сущность способа заключаетс в следующем . Одним из свойств, которыми обладают в зкоупругие жидкости, вл етс то,что одновременно с возникновением в них деформаций сдвига, возникают и нормальные напр жени , перпендикул рные плоскости сдвига и направленные по градиенту касательных напр жений. Если в зко-упругую жидкость подавать потоком на вращающийс диск, то нижние слои потока, контактирующие с периферией диска приобретают скорость диска а так как верхние слои имеют скорость потока, то создаютс сдвиговые деформации. Если скорость диска VA больше скорости потока, то нормальные напр жени направлены к центру диска и жидкость как бы наматываетс на этот диск (жидкости не обладающие в зкоупру3The flow rate of the mixture 4 is set to coincide in direction with the linear velocity of the periphery of the disk at the point of contact, but is smaller in magnitude than the velocity of the periphery. The essence of the method is as follows. One of the properties that viscoelastic fluids have is that, simultaneously with the appearance of shear deformations, normal stresses arise, perpendicular to the shear planes and directed along the gradient of tangential stresses. If a visco-elastic fluid is pumped to a rotating disk, the lower layers of the flow, in contact with the periphery of the disk, acquire the speed of the disk, and since the upper layers have a flow rate, shear deformations are created. If the speed of the VA disk is greater than the flow rate, then the normal stresses are directed to the center of the disk and the liquid as it were is wound on this disk (liquids that do not have

оabout

ел соate with

гими свойствами будут отбрасыватьс периферией диска по касательной в точке подачи ).These properties will be discarded by the periphery of the disk tangentially at the feed point).

Если скорость диска /д меньше скорости потока, то возникающие нормальные напр жени будут направлены радиально от центра диска и поток будет также отбрасыватьс его периферией. Указанные свойства в зкоупругих жидкостей позвол ют образовывать на периферии диска упругий слой абразивной суспензии, и условно можно рассматривать такой диск как шлифовальный круг, св зкой дл абразивных зерен в котором служит в зкоупруга жидкость . Смесь в зкоупругой жидкости и абра- зивных частиц удерживаетс на вращающемс диске не только в зоне падени струи на диск, но и по всей периферии, при этом постепенно сдвиговые деформации ослабевают, но не исчезают совсем. Когда нормальные напр жени станут меньше напр жений, создаваемых центробежными силами, произойдет отрыв смеси от периферии диска. Регулиру скорость диска , скорость потока, и измен в зкоупру- гие свойства жидкости, можно устанавливать необходимую толщину и угол охвата диска абразивной суспензией.If the disk speed / d is less than the flow rate, then the normal stresses that occur will be directed radially from the center of the disk and the flow will also be discarded by its periphery. These properties of viscoelastic fluids allow the formation of an elastic layer of abrasive slurry at the periphery of the disk, and such a disk can be considered as a grinding wheel, which serves as a viscoelastic abrasive grain. The mixture in the elastic-elastic fluid and abrasive particles is retained on the rotating disk not only in the zone of the jet falling onto the disk, but also along the entire periphery, while gradually the shear deformations weaken, but do not disappear altogether. When the normal stresses become less than the stresses created by the centrifugal forces, the mixture will be separated from the periphery of the disk. By adjusting the disk speed, flow rate, and changing the viscous properties of the liquid, you can set the required thickness and angle of the disk by abrasive slurry.

Если процесс налипани жидкости на диск обеспечиваетс в зкоупругими свойствами жидкости, то дл удержани частиц абразива в струе суспензии во врем переноса ее периферией круга необходимо, кроме услови смачивани поверхности абразивной частицы жидкостью, чтобы скорость вращени диска была не больше такой , при которой отрыв сло суспензии произойдет раньше, чем она достигнет зоны обработки (это обеспечивают подбором конкретных режимов обработки дл конкретных условий реализации способа). Направление скорости потока смеси задают совпадающим с направлением линейной скоростью периферии диска в точке падени потока на диск потому, что только в этих услови х создаютс наиболее благопри тные услови дл наматывани жидкости на диск, так как если задавать больший угол падени струи жидкости на диск, то на падающие частицы будут дополнительно воздействовать направленные от периферии диска усили отражени . Необходимость подачи смеси на диск вне зоны обработки определ етс новыми технологическими возможност ми способа, и тем, что подача в зону обработки не позвол ет реализовать основное свойство, используемое в предлагаемом способе, а именно создание нормальных напр жений в струе суспензии.If the process of sticking a liquid to a disk is provided by the viscoelastic properties of the liquid, then it is necessary, except for the condition of wetting the surface of the abrasive particle with liquid, so that the rotation speed of the disk is no greater than that for which the suspension layer is wetted. It will happen before it reaches the treatment zone (this is ensured by the selection of specific treatment modes for the specific conditions of the method). The direction of the flow rate of the mixture is set to coincide with the direction of the linear velocity of the periphery of the disk at the point of flow falling on the disk, because only under these conditions the most favorable conditions for winding the liquid on the disk are created, because if you specify a larger angle of incidence of the liquid jet on the disk, then the incident particles will additionally be affected by the reflection forces directed from the disk periphery. The need to feed the mixture to the disk outside the treatment area is determined by the new technological possibilities of the method, and the fact that the supply to the treatment area does not allow to realize the main property used in the proposed method, namely the creation of normal stresses in the slurry jet.

Способ был реализован следующим образом (см. фиг. 1).The method was implemented as follows (see Fig. 1).

Вращающийс диск 2 устанавливают с зазором Д относительно обрабатываемойThe rotating disk 2 is installed with a clearance of D relative to the processed

поверхности детали 1, Выбор ширины диска зависит от намеченной задачи, - дл разрезани и отрезани толщину выбирают небольшой (0,6...1,5 мм), а дл вырезани пазов и шлифовани поверхностей - необходимой ширины. Величину зазора А устанавливают исход из требуемой производительности обработки (очевидно, что максимальна производительность будет , если зазор меньше величины абразивного зерна). Из подающего устройства 3 (в котором суспензи посто нно перемешиваетс ) поток смеси 4 в зкоупругой жидкости и абразивных частиц подают на периферию диска 2 при этом скорость его вращени the surface of the part 1, the choice of the width of the disk depends on the intended task - for cutting and cutting the thickness is chosen small (0.6 ... 1.5 mm), and for cutting grooves and grinding surfaces the required width. The size of the gap And set the outcome of the required processing performance (it is obvious that the maximum performance will be if the gap is less than the size of the abrasive grain). From the feeding device 3 (in which the suspension is constantly mixed) the flow of the mixture 4 to the ecoplastic fluid and abrasive particles is fed to the periphery of the disk 2, while the speed of its rotation

устанавливают такой, чтобы угол охвата диска жидкостью был достаточен дл обработки конкретной поверхности. Достига зоны обработки, в зкоупруга суспензи воздействует на обрабатываемый материал, причем , если зазор достаточно велик (больше размеров абразивных зерен), то происходит микроцарапание поверхности с достижением низкой шероховатости, а если зазор А мал, - макроцарапание, аналогичное способу - прототипу, но с лучшим охлаждением и смазкой зоны резани , что также повышает качество обработанной поверхности по сравнению с прототипом.set such that the angle of coverage of the disk with liquid is sufficient to treat a specific surface. When the treatment area reaches, the suspension acts on the material being processed, and if the gap is large enough (more than the size of abrasive grains), the surface is micro-scratched with low roughness, and if the gap A is small, a macro-scratch, similar to the prototype method, but better cooling and lubrication of the cutting zone, which also improves the quality of the treated surface compared to the prototype.

Улучшение качества обработки по сравнению с прототипом при реализации способа объ сн етс следующими причинами. Во-первых, интенсивность обработки (или производительность) по всей зоне резани более равномерна за счет дополнительногоThe improvement in the quality of processing in comparison with the prototype when implementing the method is explained by the following reasons. Firstly, the intensity of processing (or productivity) throughout the cutting zone is more uniform due to the additional

переноса в нее абразивных частиц в зкоупругой жидкостью, налипающей на периферию круга. Во-вторых, абразивные зерна в процессе микрорезани наход тс в св занном состо нии, направление их усилийtransfer of abrasive particles into it in a viscoelastic fluid sticking to the periphery of the circle. Secondly, the abrasive grains in the micro-cutting process are in a connected state, the direction of their efforts

определенно и посто нно и поддерживаетс касательными напр жени ми слоев в зкоупругой жидкости. В-третьих, свойствами примен емой жидкости гарантирована доставка жидкости с ее смазочным и охлаждающим действием по всей зоне обработки, независимо от конфигурации обрабатываемой детали, Это особенно важно при расши- рении технологических возможностей способа, когда требуетс обработать труднедоступные или закрытые поверхности, а также фасонные и криволинейные поверхности с достижением низкой шероховатости и высокого качества обработки. Кроме того, технологические возможности значительно расшир ютс дополнительной возможностью управлени производительностью обработки и качеством обработки без изменени зернистости и материала абразивных частиц и режимов обработки, - ре- гулированием зазора А можно производить черновой съем материала (с большей производительностью ) и чистовую обработку, шлифование (с меньшей производительностью , но более высоким качеством обработ- ки поверхности). Данные преимущества особенно важны при обработке хрупких и твердых материалов, дл дорогосто щих полупроводниковых, стеклокристалличе- ских материалов позвол ют снизить их рас- ход, уменьшить потери на брак, обеспечива правильность геометрических форм и точность размеров кристаллов, что особенно важно в электронной технике.definitely and constantly and maintained by the tangential stresses of the layers in the viscoelastic fluid. Thirdly, the properties of the applied fluid guarantee the delivery of fluid with its lubricating and cooling effect throughout the treatment area, regardless of the configuration of the workpiece. This is especially important when expanding the technological capabilities of the method when it is necessary to process hard-to-reach or closed surfaces, as well as shaped and curved surfaces with low roughness and high quality processing. In addition, the technological capabilities are greatly expanded by the additional ability to control the processing capacity and quality of processing without changing the grain size and material of abrasive particles and processing modes. By adjusting the gap A, it is possible to produce a rough material removal (with higher productivity) and finishing, grinding (with lower productivity but better surface finish). These advantages are especially important in processing brittle and hard materials, for expensive semiconductor, glass-ceramic materials, they reduce their costs, reduce scrap losses, ensuring the correctness of geometric shapes and dimensional accuracy of crystals, which is especially important in electronic equipment.

Были проведены сравнительные испы- тани описываемого способа и способа- прототипа. Испытани проводили на станке ЗД711ВФ11 с модернизированным приводом шпиндел , частоту вращени которого можно плавно измен ть от 60 до 6000 об/мин. Способ-прототип осуществл ли следующим образом. В зону врезани подавали суспензию (расход 3...5 л/мин), в качестве несущей жидкости использовали СОЖ из эмульсола ЭГТ (ТУ 38 101149-75), а абра- зивными частицами были зерна электрокорунда , зернистостью 20/16. Использовали набор из 6-ти дисков толщиной 0,15 мм и диаметром 160 мм из стали 08КП. Частота вращени дисков 3000 об/мин, скорость подачи дисков на деталь 25 мм/мин. Предлагаемый способ осуществл ли на том же оборудовании, но с различными зазорами - при разрезании схема резани близка к прототипу, а шлифование проводили широ- Comparative tests of the described method and the prototype method were carried out. The tests were carried out on a machine ZD711VF11 with a modernized spindle drive, the rotational speed of which can be smoothly changed from 60 to 6000 rpm. The prototype method was carried out as follows. A suspension was supplied to the embedding zone (flow rate 3 ... 5 l / min), coolant from emulsol EGT (TU 38 101149-75) was used as a carrier fluid, and electrocorundum grains with a grain size of 20/16 were used as abrasive particles. Used a set of 6 discs with a thickness of 0.15 mm and a diameter of 160 mm of steel 08KP. The rotational speed of the discs is 3000 rpm, the feed speed of the discs to the part is 25 mm / min. The proposed method was carried out on the same equipment, but with different gaps — when cutting, the cutting scheme is close to the prototype, and grinding was carried out widely

ким диском (ширина 12 мм) по плоской поверхности того же материала. Поливом (расход 3...5 л/мин) подавали смесь в зкоупругой жидкости и абразивных частиц (электрокорунд зернистостью 20/16) вне зоны обработки на тот же набор дисков или на широкий диск касательно его периферии . В зкоупруга жидкость представл ет собой 8%-ный раствор эмульсола ЭГТ в воде с добавлением 0,10...0,15% полиэти- леноксида (дл создани в зкоупругих свойств возможны и другие добавки). Частота вращени дисков 3000 об/мин.Kim disk (width 12 mm) on a flat surface of the same material. Watering (flow rate 3 ... 5 l / min) fed the mixture to the elastic elastic fluid and abrasive particles (electrocorundum 20/16 grit) outside the treatment area on the same set of disks or on a wide disk regarding its periphery. In this elastic, the liquid is an 8% solution of emulsol EHT in water with the addition of 0.10 ... 0.15% polyethylene oxide (other additives are possible to create visoelastic properties). The rotational speed of the discs is 3000 rpm.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.The results of the comparative tests are shown in the table.

Из таблицы видно, что использование описываемого способа позвол ет снизить шероховатость обработанной поверхности по сравнению с прототипом на 30...40% при аналогичной обработке (разрезании), а при новом технологическом использовании (шлифовании)- в 2 раза. Температура в зоне резани также снижаетс на 30...40%.The table shows that using the described method allows to reduce the roughness of the treated surface by 30 ... 40% compared with the prototype with a similar treatment (cutting), and with new technological use (grinding) - 2 times. The temperature in the cutting zone also decreases by 30 ... 40%.

Claims

The method of the abrasive-liquid treatment, in which the disk is positioned with a gap relative to the surface to be treated, is informed by rotation with simultaneous feeding of the carrier with an abrasive into the cutting zone, in order to improve the quality of processing and expand the technological capabilities of as a carrier, a viscoelastic substance is taken, and the mixture is fed to the periphery of the working surface of the disk at a speed that coincides in direction at the point of tangency with the linear velocity of the working angle of the disk, but not exceeding it in size.

Suspension

N.