Устройство для обработки плоских поверхностей деталей

Полезная модель относится к устройствам для обработки плоских поверхностей деталей в машиностроении, в частности для полирования поверхности поликристаллического алмазного покрытия деталей, и может быть использована в производстве элементов микроэлектроники, силовой оптики лазеров, деталей топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания и многих других изделиях, работающих в условиях повышенного трения и износа.
Известен широкий класс оборудования для односторонней обработки плоских поверхностей деталей типа пластин, в котором используется так называемый метод жестких осей [Мухина Е.П. Технология утонения ультратонких полупроводниковых пластин // Электроника НТБ, №3, 2009 г.]. Устройство включает вращающийся вакуумный столик, на котором фиксируется обрабатываемая пластина, шлифовально-полировальный инструмент, в виде независимых кольцевых двух шлифовальных и одной полировальной вращающихся головок, жестко установленных на верхнем шпинделе. Недостатком такого типа оборудования является его высокая стоимость, низкая производительность, связанная с поштучной обработкой пластин, сложность в эксплуатации, а также высокие динамические нагрузки в зоне резания.
7
Известно также устройство для односторонней обработки плоских поверхностей деталей типа пластин [Полезная модель №38665, МПК В24В 37/04, опубликовано 10.07.2004 г.], включающее шлифовально-полировальный инструмент в виде стола с приводом вращения, самоустанавливающийся шпиндель с шарнирно закрепленным устройством перемещения шпинделя, сепараторы с гнездами, в которых размещены сателлиты с приклеенными пластинами.
Известное устройство имеет следующие недостатки. Из-за трения сателлитов с приклеенными пластинами в гнездах сепараторов пластины обычно располагаются под некоторым углом к поверхности шлифовально-полировального инструмента, и происходит точечное касание пластины и инструмента, что может привести к разрушению пластины и, соответственно, к снижению выхода годных изделий. Кроме того, операция приклеивания пластин к сателлитам является очень трудоемкой и ухудшает геометрические параметры пластины за счет неравномерности приклеечного слоя и деформаций пластины во время приклеивания и расклеивания. При этом при нагревании сателлитов с приклеенными пластинами во время расклеивания существует высокая вероятность разрушения пластины из-за градиентов температур.
Еще одним недостатком описанного устройства является то, что шлифование или полирование пластин осуществляется с помощью абразивных суспензий, подаваемых на поверхность шлифовально-полировального стола в зону контакта с пластинами. При этом часть абразивной суспензии попадает в зазор между стенками гнезд сепараторов и сателлитами, что приводит к дополнительному трению и препятствует свободному вращению сателлитов с приклеенными пластинами и, соответственно, к ухудшению геометрических параметров пластины.
Известно устройство для односторонней обработки плоских поверхностей деталей типа пластин путем шлифования и/или полирования [RU 2478463, В24В 37/04, H01L 21/304, опубл. 10.04.2013 Бюл. №10], содержащее шлифовально-полировальный стол с приводом вращения, самоустанавливающийся шпиндель с шарнирно закрепленным устройством перемещения шпинделя, шпиндель выполнен в виде планшайбы с зонами фиксации пластин рабочей стороной к поверхности планшайбы через упруго-эластичную прокладку, а шлифовально-полировальный стол выполнен в виде планшайбы с кольцевой зоной алмазно-абразивных элементов, закрепленных на ее поверхности, устройство перемещения шпинделя имеет с одного конца вакуумно-плотные втулки, а с другого - вращающийся вакуумно-плотный цанговый соединитель с вакуумным шлангом.
Недостатком данного устройства является его высокая стоимость, низкая производительность, связанная с поштучной обработкой пластин, сложность в эксплуатации.
Известно устройство для односторонней обработки плоских поверхностей деталей типа алмазных пластин (RU №2483856 С2 В24В 37/04, В24В 1/00, опубл. 10.06.13, бюл. 16). Устройство состоит из кварцевой шайбы, державки, к которой приклеена обрабатываемая алмазная пластина, и специального механизма, служащего для прижима пластины к поверхности кварцевой шайбы. От специального привода шайбе придают вращение а державку вместе с пластиной прижимают к поверхности кварцевой шайбы. Недостатком данного устройства является его низкая производительность ввиду трудоемкости приклеивания пластин и поштучной обработки деталей.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для обработки плоских поверхностей деталей [BY 8319 C1 В24В 7/00, опубл. 30.08.2006], включающее подвижную каретку с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на которую установлен предметный стол для крепления одновременно нескольких обрабатываемых деталей, и расположенный над предметным столом шпиндель, несущий инструмент для обработки поверхностей деталей. На подвижной каретке расположены два предметных стола, шлифовальный инструмент выполнен чашкообразной формы с кольцеобразным торцом, предметные столы регулируются по высоте независимо друг от друга с возможностью менять расстояние между кольцеобразным торцом шлифовального инструмента и поверхностью каждого предметного стола, а каретка установлена с возможностью взаимодействия при ее перемещении пластин, расположенных на обоих предметных столах, одновременно с двумя диаметрально расположенными частями кольцеобразного торца шлифовального инструмента, расположенными по ходу возвратно-поступательного перемещения предметных столов, причем с пластиной, расположенной на одном из предметных столов, - с наружной, а с пластиной, расположенной на другом предметном столе. - с внутренней режущими кромками кольцеобразного торца шлифовального инструмента, ость которого перпендикулярна поверхностям предметных столов, при этом внутренний диаметр кольцеобразного торца шлифовального инструмента больше диаметра пластины, а межцентровое расстояние предметных столов равно сумме величин внутреннего диаметра и ширины кольцеобразного торца шлифовального инструмента. Предметные столы установлены с возможностью независимого друг от друга вращения. Внутренний диаметр кольцеобразного торца шлифовального инструмента больше диаметра окружности, описанной вокруг пластин, одновременно закрепленных на каждом из предметных столов.
Недостатком этого устройства является то, что оно имеет ограниченные технические возможности, так как не обеспечивает возможность полирования поликристаллического алмазного покрытия.
Задачей полезной модели является обеспечение возможности полирования поликристаллического алмазного покрытия.
Техническим результатом является формирование бездефектной полированной поверхности поликристаллического алмазного покрытия.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для обработки плоских поверхностей деталей, включающим подвижную каретку с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на которую установлен предметный стол для крепления одновременно нескольких обрабатываемых деталей, и расположенный над предметным столом шпиндель, несущий инструмент для обработки поверхностей деталей, предметный стол выполнен возможностью установки на нем деталей в один ряд, на предметном столе закреплен отбойник, имеющий рабочую плоскость, расположенную в плоскости обрабатываемых поверхностей деталей, а инструмент выполнен в виде металлической щетки.
Так как инструмент выполнен в виде металлической щетки, под действием удара щетинок щетки быстро разрушаются хрупкие вершины микронеровностей алмазного покрытия, а под действием температуры, возникающей в зоне трения щетки об обрабатываемую поверхность, происходит химико-термическое сглаживание оставшихся микронеровностей. Отбойник обеспечивает расположение щетинок щетки в плоскости обрабатываемой поверхности, что предотвращает образование дефектов в виде завалов и заусенцев на кромках обрабатываемых деталей, а также обеспечивает равномерное удаление припуска с обрабатываемых поверхностей.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, где на фиг. 1 изображен вид сбоку, а на фиг. 2 показано сечение устройства.
На рисунке используются следующие обозначения: 1 - обрабатываемые детали, 2 - предметный стол, 3 - отбойник, 4 - упоры, 5 инструмент в виде металлической щетки.
В качестве конкретного примера ниже рассмотрено устройство, предназначенное для полирования поликристаллического алмазного покрытия плоских поверхностей граней детали типа трехгранной призмы плунжерного механизма двигателя внутреннего сгорания. Обрабатываемы детали 1 в один ряд (фиг. 1 и фиг. 2) установлены на предметном столе 2, выполненном в виде призмы. Сверху на предметный стол 2 установлен отбойник 3. Отбойник 3 представляет собой прямоугольную плиту с окном для размещения обрабатываемых поверхностей деталей 1. Верхняя рабочая плоскость отбойника 3 расположена в одной плоскости с плоскостью обрабатываемых поверхностей деталей 1. Для удобства установки и снятия отбойника 3 он выполнен длиннее призмы 2 на величину а с двух сторон (фиг. 2). Ориентация отбойника относительно предметного стола осуществляется двумя штифтами либо другим аналогичным методом. Ограничение положения деталей 1 вдоль поверхности предметного стола 2 обеспечивается с помощью упоров 4. Предметный стол 2 закреплен на подвижной каретке (не показана) с возможностью поступательного движения в прямом и обратном направлениях со скоростью S. Над предметным столом 2 расположен шпиндель, несущий инструмент 5 в виде металлической щетки, щетинки которой изготовлены из, так называемого, переходного металла - железа, никеля, кобальта и других металлов, которые выполняют роль катализатора при графитизации алмаза.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Обрабатываемые детали 1 двумя гранями устанавливают во внутреннюю призматическую поверхность предметного стола 2 (фиг. 1) и фиксируют упорами 4. Сверху предметного стола по двум штифтам устанавливают отбойник 3. К обрабатываемым поверхностям деталей 1 подводят инструмент 5 в виде металлической щетки на глубину h и включают его вращение с частотой п. Включают продольное перемещение каретки (не показана) с предметным столом 2 со скоростью S. После осуществления прохода продольное перемещение каретки (не показана) вместе с предметным столом 2 выключают, выключают вращение инструмента 5, быстросъемный отбойник 3 удаляют, а детали 1 поворачивают на 60° для обработки другой грани. Вновь устанавливают отбойник, включают вращение инструмента 3, включают перемещение S и осуществляют проход в обратном направлении, обрабатывая другую грань деталей 1. Так последовательно обрабатывают все три грани деталей 1, а после обработки их заменяют другой группой деталей.
Использование в качестве инструмента металлической щетки обеспечивает возможность получения полированной поверхности поликристаллического алмазного покрытия. С одной стороны, от ударов щетинок щетки скалываются более крупные микронеровности хрупкого материала алмазной поверхности. С другой стороны, за счет трения инструмента с деталью в зоне их контакта возникает высокая температура, при которой в присутствии переходного металла щетинок - железа, никеля или кобальта, происходит каталитическая газификация алмаза в среде водорода, а под действием этой химико-термической обработки осуществляется сглаживание мелких микронеровностей обрабатываемой поверхности. Тем самым решается задача обеспечения возможности полирования поликристаллического алмазного покрытия. Установка отбойника 3 устраняет кромочный контакт инструмента 5 с обрабатываемыми деталями 1 и тем самым предотвращает образование заусенцев на поверхности деталей и обеспечивает равномерный съем припуска с обрабатываемой поверхности. Тем самым обеспечивается формирование бездефектной полированной поверхности поликристаллического алмазного покрытия.