Способ механической обработки крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий
METHOD FOR MECHANICAL PROCESSING OF LARGE-SIZED COMPLEX CERAMIC PRODUCTS

Изобретение относится к керамической и авиационной промышленности и может быть использовано при механической обработке крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий.
Известна технология механической обработки керамических изделий конусообразной формы (Пивинский Ю.Е. Кварцевая керамика и огнеупоры. Том. 1. Теоретические основы и технологические процессы: Справочное издание / Ю.Е. Пивинский, Е.И. Суздальцев; под ред. Ю.Е. Пивинского. –  М.: Теплоэнергетик. – 2008. – 672 с.), которая предусматривает раздельное шлифование алмазным инструментом внутренней и наружной поверхности,с последующей доводкой профиля и толщины стенки изделия.
Недостатком известной технологии является использование универсальных токарных станков с системами силового копирования, точность обработки на которых низкая, а сама копировальная система из-за больших углов копирования не позволяет производить обработку сферической поверхности в носке изделия, что приводит к назначению дополнительных ручных операций для обработки этого участка.  Кроме того, точность доводки профиля стенки изделия напрямую зависит от человеческого фактора, действие которого во многих случаях отрицательно сказывается на качестве выпускаемой продукции. Операции контроля геометрии также не автоматизированы, что приводит к доминирующему влиянию субъективного фактора. Все это приводит к росту трудоемкости, снижению точности процесса механической обработки и невысокой точности прогноза по величине обрабатываемых припусков.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является технология автоматизированной механической обработкии активного контроля оболочек двойной кривизны из керамических материалов (Королев Д.А. Автоматизация технологического процесса механической обработки и контроля оболочек двойной кривизны из керамических материалов: на примере головного антенного обтекателя летательного аппарата: Дис. канд. техн. наук. / Д.А. Королев. – Москва. – 2010. – 146 с.), включающая автоматизированную обработку внутреннейи наружной поверхностей керамических изделий, доводкой профиляи толщины стенки заготовки и заключительный контроль на соответствие требованиям технологического процесса.
К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что контроль изделия на наличие дефектов осуществляется на конечном этапе механической обработки, когда возможность их устранить отсутствует. Поскольку толщина стенки изделия уже доведена до окончательных значений, убрать часть материала за счет доработки поверхности не представляется возможным. Таким образом, даже при наличии дефектов на внутренней поверхности изделия, они могут быть выявлены только после наружной механической обработки. В случае недопустимых размеров обнаруженных дефектов такой подход повлечет за собой выполнение лишних технологических операций. Все эти факторы приводят к росту трудоемкости и увеличению технологических потерь.
Задачей настоящего изобретения является сокращение трудоемкостии уменьшение технологических потерь в процессе механической обработки крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ механической обработки крупногабаритного сложнопрофильного керамического изделия, включающий обработку внутренней поверхности, отличающийся тем, что после механической обработки внутренней поверхности изделия сначала проводят ее визуально-оптический контроль на наличие структурных дефектов в проходящем свете, определяют види расположение структурных дефектов в отраженном свете и осуществляют доработку внутренней поверхности изделия для устранения дефектов, а затем проводят механическую обработку наружной поверхности.
Авторами установлено, что заявляемый способ позволяет обнаружить дефекты на внутренней поверхности изделия на этапе ее механической обработки и, при возможности, в кратчайшие сроки провести доработку внутренней поверхности до их полного устранения.
Для обнаружения дефектов используют визуально-оптический контроль поверхности изделий, основанный на принципах прохожденияи преломления света в материалах, прозрачных в оптической области светас целью обеспечения максимального контраста дефекта на фоне основного материала методом подбора углов освещения и наблюдения, спектраи интенсивности источника, а также повышения степени прозрачности контролируемых материалов. Такой метод позволяет выявлять не только поверхностные, но и подповерхностные дефекты материала различного характера: трещины, царапины, поры, раковины, включения. Сначала проводят визуально-оптический контроль на предмет наличия структурных дефектов вблизи наружной и внутренней поверхностей в проходящем свете, а затем определяют вид и расположение обнаруженных структурных дефектов в отраженном свете.
В случае отсутствия возможности доработки поверхности вследствие критического характера и размера дефектов, изделие отправляют в брак и не передают на дальнейшую операцию механической обработки наружной поверхности, что значительно сокращает трудоемкость процесса механической обработки. В случае наличия возможности доработки изделия, выявленные дефекты устраняют за счет запаса толщины заготовки до того, как ее отправят на механическую обработку наружной поверхности, что позволяет сократить технологические потери при выполнении данной операции.
Экспериментально установлено, что проведение промежуточного визуально-оптического контроля, включающего визуально-оптический контроль на наличие структурных дефектов в проходящем светеи последующее определение вида и расположения структурных дефектов в отраженном свете, позволяет сократить количество несоответствующей продукции в процессе механической обработки на 13%, вследствие своевременного обнаружения поверхностных дефектов и их устранения. При наличии на внутренней поверхности изделия дефектов, превышающих допустимые размеры и не поддающихся устранению, проведение визуально-оптического контроля позволяет сразу же забраковать изделие и не проводить лишнюю операцию механической обработки его наружной поверхности, что сокращает трудоемкость процесса механической обработки в 2 раза.
Реализация предложенного технического решения показана на следующих примерах.
Пример 1. Проводят механическую обработку партии изделий из кварцевой керамики в количестве 100 шт. в следующей последовательности: обработка внутренней поверхности, обработка наружной поверхности, контроль внутренней и наружной поверхностей изделия на наличие дефектов.
Трудоемкость процесса составила 100 усл. ч, а количество несоответствующей продукции  - 37 %.
Пример 2. Проводят механическую обработку партии изделий из кварцевой керамики в количестве 100 шт. в следующей последовательности: обработка внутренней поверхности, контроль внутренней поверхности на наличие дефектов, доработка внутренней поверхности в случае выявления дефектов (или отправление заготовки в брак в случае отсутствия возможности устранить дефекты), обработка наружной поверхности, контроль наружной поверхности изделия на наличие дефектов.
Трудоемкость процесса составила 50 усл. ч, а количество несоответствующей продукции  - 24 %.
Полученные результаты представлены в таблице.
Пример
Механическая обработка внутренней поверхности
Визуально-оптический контроль внутренней поверхности после обработки
Механическая обработка наружной поверхности
Трудоемкость процесса механической обработки, усл. ч
Количество несоответствующей продукции, %
1
+
-
+
100
37
2
+
+
+
50
24
Из полученных результатов видно, что при отсутствии промежуточного визуально-оптического контроля, включающего визуально-оптический контроль на наличие структурных дефектов в проходящем свете и последующее определение вида и расположения структурных дефектовв отраженном свете, между операциями механической обработки внутреннейи наружной поверхностей керамических изделий обнаружение дефектовв материале происходит на заключительной стадии процесса обработки, когда устранить их нет возможности, поскольку толщина стенки изделия уже доведена до требуемых значений и не может быть уменьшена за счет доработки дефекта. В этом случае, при наличии дефектов, полностью обработанное и доведенное до конечных размеров изделие отправляетсяв брак, что приводит к росту технологических потерь в процессе производства. В то время как проведение визуально-оптического контроля после механической обработки внутренней поверхности позволяет оперативно и своевременно выявить дефекты и по возможности устранить их путем дополнительной доработки внутренней поверхности изделия. Если дефект устранить не удается, изделие отправляется в брак, но при этом сокращается трудоемкость за счет отсутствия лишней механической обработки его наружной поверхности.
Таким образом, предложенный способ позволяет уменьшить трудоемкость процесса механической обработки крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий в 2 раза, а также сократить количество несоответствующей продукции на 13 %.
Совокупность существенных признаков, которая характеризует заявляемое изобретение, в известных источниках информации не обнаружена. Это подтверждает новизну изобретения.