УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИКОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель используется для резки деталей, получения отверстий, пазов и других форм рельефа поверхности на деталях из диэлектрических материалов, механическая обработка которых затруднена, в частности, изготовленных из технической керамики, применяемой в машиностроении и электронике.
Известен способ обработки деталей из диэлектрических материалов, помещенных в жидкость с использованием возбуждения ультразвуковых колебаний в этой жидкости. (Марков А.П. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов.- М.: 1968, с.21-23). Недостатком известного способа является то, что обработка поверхности детали происходит за счет кавитационного схлапывания пузырьков, создаваемых ультразвуковым полем в жидкости, а размер кавитационных пузырьков велик и охватывает большой участок поверхности, поэтому минимальная ширина разрезов в диэлектрике и диаметр получаемых отверстий не могут быть достаточно малыми. Размеры получаемых разрезов имеют большой разброс значений, а поверхность имеет сколы кромок. Поэтому использование способа ультразвуковой обработки не позволяет получать тонкие разрезы и мелкие отверстия на поверхности обрабатываемой детали с высокой точностью и качеством.
Наиболее близким техническим решением является обработка диэлектриков импульсным оптическим излучением, которое фокусируется на обрабатываемой поверхности деталей из непрозрачной керамики, помещаемых в оптически прозрачную жидкость. (Morita Noboru, Ishida Shuichi, Fujimori Yasutomo, IshikawaKen. Pulsedlaser procossirg of ceramics in water. Appl.Phys.Lett-1988, т.52, N23, с.1965-1966.). Недостатком известного технического решения является невысокая скорость разрушения материала в зоне обработки, обусловленная разрушающим действием при схлопывании отдельного пузырька. Частота схлопывания пузырьков пара ограничена временем возникновения пузырьков и временем их схлопывания в паузах импульсного оптического излучения и не может быть значительно увеличена. Другим недостатком является то, что при воздействии импульсного оптического излучения материал поверхности испаряется, но пузырьки пара, появляющиеся на поверхности, являются помехой для оптимального фокусирования излучения на поверхности обрабатываемой детали, что приводит к ухудшению качества отверстий, пазов и т.д. Для устранения этого недостатка необходима прокачка воды вдоль обрабатываемой поверхности.
Полезная модель направлена на увеличение скорости обработки диэлектрических материалов и повышения качества получаемых разрезов, отверстий, пазов и других форм рельефа поверхности. Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для оптикоабразивной обработки диэлектрических материалов, состоящем из источника импульсного оптического излучения, фокусирующего объектива, закрепленных на перемещаемой стойке, емкости с размещенной в ней обрабатываемой деталью и заполненной оптически прозрачной жидкостью, при этом в емкости установлена гибкая трубка с наконечником в виде сопла, выходное отверстие которого направлено на участок обработки поверхности детали, а емкость, оснащенная заправочной и фильтрующей системами, соединена трубопроводами с насосом, прокачивающим вдоль обрабатываемой поверхности детали и через гибкую трубку с соплом жидкость со скоростью, регулируемой вентилями, при этом жидкость, проходящая через гибкую трубку с соплом, предварительно смешивается с абразивной добавкой, количество которой дозируется.
На чертеже изображена схема устройства для оптикоабразивной обработки диэлектрических материалов.
Устройство состоит из источника импульсного оптического излучения 1, фокусирующего объектива 2, перемещаемой стойки 3, емкости 4 для размещения в ней обрабатываемой детали 5 и заполняемой оптически прозрачной жидкостью 6, гибкой трубки 7 с соплом 8, насоса 9, заправочной системы 10, трубопроводов 11, вентилей регулировочных 12, системы фильтрующей 13, системы дозированной подачи абразивной добавки 14, состоящей из контейнера 15 и дозатора 16.
Устройство работает следующим образом.
6
2
В емкость 4 помещают деталь 5 так, чтобы ее обрабатываемая поверхность находилась под фокусирующим объективом 2. Засыпают в контейнер 15 абразивную добавку 14. С помощью заправочной системы 10 наполняют емкость оптически прозрачной жидкостью 6. Включают насос 9, который обеспечивает прокачку жидкости по трубопроводам 11 вдоль обрабатываемой поверхности детали и через гибкую трубку 7 с соплом 8, выходное отверстие которого направлено на участок поверхности обрабатываемой детали. Включают источник 1 импульсного оптического излучения, которое проходя через фокусирующий объектив 2, фокусируется на границе раздела жидкости, прозрачной для оптического излучения, и поверхности обрабатываемой детали. Пучок сфокусированного импульсного оптического излучения большой интенсивности, попадающий на поверхность непрозрачной детали, нагревает ее, а вместе с ней и жидкость, доводя ее до кипения и возникновения пузырьков пара. При интенсивности излучения в фокусе порядка 10 Вт/см, в паузах между импульсами пузырьки пара охлопываются, а многократное схлопывание паровых пузырьков приводит к образованию кавитационной лунки на поверхности детали. Включают дозатор 16, обеспечивающий дозированную подачу абразивной добавки из контейнера в трубопровод, в котором происходит ее смешивание с жидкостью. Взвесь жидкости с абразивной добавкой по гибкой трубке и через сопло подается в зону обработки поверхности детали. Абразивная добавка, введенная в жидкость, увеличивает разрушающее действие пузырьков пара на поверхность обрабатываемой детали. Концентрация абразивной добавки определяется механическими и оптическими свойствами материала абразива и жидкости, а также размером абразивных частиц. Оптимальная концентрация абразива в жидкости составляет 15% объема. Средний размер частиц абразива - порядка 0,3 диаметра пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали. Для снижения искажения фокусировки оптического излучения на поверхности обрабатываемой детали, абразивная добавка должна состоять из прозрачного материала с коэффициентом преломления близким к коэффициенту преломления жидкости, например, кварцевый песок и вода. Регулировочными вентилями 12 обеспечивают оптимальное соотношение скоростей прокачки жидкости через трубку с соплом и вдоль обрабатываемой поверхности детали. При перемещении стойки 3 с закрепленными на ней источником излучения и фокусирующим объективом, на обрабатываемой поверхности появляется рез определенной ширины и глубины. Регулировкой скорости перемещения стойки, достигается получение отверстий, разрезов, пазов и других заданных форм рельефа поверхности. Жидкость из емкости по трубопроводу поступает в фильтрующую систему 13, которая улавливает абразивную добавку и продукты разрушения поверхности обрабатываемой детали.
Устройство для оптикоабразивной обработки диэлектрических материалов позволяет увеличить скорость обработки приблизительно на 2 порядка величины, повысить качество получаемых разрезов, отверстий, пазов и других форм рельефа поверхности.