СПОСОБ БЕЗДЕФОРМАЦИОННОЙ ФИКСАЦИИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
METHOD FOR STRAIN-FREE FIXATION OF WORKPIECES FOR MACHINING

Техническое решение относится к вспомогательным устройствам и приспособлениям, применяемым при механической обработке, а именно к зажимным устройствам для обработки изделий, заготовок, деталей, для их закрепления в зоне обработки, используемых в различных отраслях промышленности.
Способ бездеформационной фиксации заготовок и различных деталей для механической обработки путем приклеивания при помощи полимерных композиций позволяет обрабатывать тонкостенные нежесткие детали и детали из листового металла без каких-либо деформаций от сил закрепления, обеспечивая при этом надежную фиксацию.
В промышленности для фиксации заготовок при механической обработке широко применяют плиты круглые и прямоугольные электромагнитные (см. ГОСТ 30273-98). Указанное оборудование имеет поперечное расположение полюсов, что обеспечивает закрепление деталей при помощи магнитного поля, которое создается силой тока. Данное оборудование состоит из цельнолитого корпуса, полюсов с катушками, соединенных в электросеть, выводной коробки и основания. Питание осуществляется от источника постоянного тока напряжением 24В, 48В, 110В, 220В. Благодаря магнитным свойствам, плита может быть использована для установки вспомогательных устройств или дополнительного оборудования. Низкая эффективность использования данного оборудования обусловлена отсутствием возможности фиксации немагнитных материалов, также для работ плиты необходим постоянный ток, что при перебое подачи электроэнергии приводит к откреплению изделия, кроме того немаловажными недостатками являются высокая стоимость указанного оборудования и малое зажимное усилие, в сравнении с предлагаемым техническим решением.
Также, известным оборудованием являются вакуумные зажимные устройства (см. Технологическая оснастка: учебное пособие / Н.П. Терушкина. - Саров, 2016. С. 192). Указанное оборудование работает по принципу использования атмосферного давления для прижима заготовки с небольшими силами резания. Заготовки могут быть выполнены из различных материалов, при этом они должны герметично перекрывать рабочую полость вакуумного устройства, в которой создают остаточное давление. Герметичность обеспечивают уплотнением из круглого или прямоугольного контура, или из полосы, выполненной из вакуумной резины. Низкая эффективность использования данного оборудования обусловлена малыми усилиями прижима, высокой стоимостью, сложностью конструкции оборудования и отсутствием возможности закрепления изделий из парамагнетических и диамагнетических материалов.
Известен способ размерного микрошлифования изделий, устройство для его осуществления и приспособление для крепления обрабатываемых изделий (см. патент РФ №2165837, МПК: В24В 1/00, 5/00). В рамках данного способа каждое обрабатываемое изделие приклеивают к соответствующей оправке, которую устанавливают в отверстие шпинделя и закрепляют цанговым зажимом в приспособлении. Приспособление для крепления обрабатываемых изделий имеет привод вращения обрабатываемых изделий и содержит два полых винта, установленных параллельно и диаметрально противоположно относительно зубчатого венца по меньшей мере одного шпинделя с возможностью их взаимосвязанного вращения. Низкая эффективность и узкая практическая применимость данного способа обусловлены необходимостью применения сложной оснастки и операциями, ограниченными процессом шлифования.
Известен способ изготовления оптических линз (см. патент РФ №2127182, МПК: В24В 13/00, 9/14). Данный способ включает в себя способ кругления, при котором обрабатываемую линзу после формирования первой исполнительной поверхности приклеивают к оправке с осевой и торцевой базами, определяющими положение оси оправки на шлифовальном станке. Оправку устанавливают в шпиндель шлифовального станка для обработки второй исполнительной поверхности линзы и вспомогательных поверхностей. Узкая практическая применимость данного способа обусловлена применимостью только к линзообразным изделиям при выполнении операции шлифования.
Известен способ крепления заготовок приклеиванием деталей типа дисков и пластин на столе шлифовального, полировального или доводочного станка (см. авторское свидетельство СССР №1315265, МПК: B23Q 3/02, В24В 7/00, В24В 37/04). Указанный способ, наиболее близкий к предлагаемому, заключается в предварительном нагреве стола станка, нанесении на его поверхность клеящего вещества и установки заготовки. После чего их прижимают к столу и осуществляют операцию притирки заготовок плоскопараллельным перемещением с траекторией в виде окружности с радиусом R = (0,5…1,0)L где L - наибольший размер приклеиваемых заготовок. Одновременно с притиркой воздействуют на пару стол - заготовка высокочастотными механическими колебаниями, направленными перпендикулярно полости стола. Низкая эффективность и узкая практическая применимость данного способа фиксации заготовок обусловлены сложностью технологии и необходимостью применения высокочастотных колебательных устройств и устройств для нагревания, воздействующих на рабочий стол обрабатывающего станка, что негативно сказывается на ресурсе основных узлов оборудования. Использование данного способа приклеивания не позволяет охватить всю номенклатуру встречающихся в промышленности деталей в силу необходимости притирочных перемещений, которые малоэффективны для криволинейных поверхностей.
Достигаемый технический результат - обработка тонкостенных нежестких деталей, а также деталей из листового металла любой формы и размеров без деформаций от сил закрепления, обеспечивая при этом надежную фиксацию при низкой стоимости используемых материалов и оборудования.
Таким образом, предлагаемый способ является более доступной альтернативой дорогостоящему оборудованию - магнитным и вакуумным плитам, широко используемым для фиксации заготовок при механической обработке, имеющим недостаток в виде высокой стоимости. Кроме того, магнитные плиты не применимы для закрепления немагнитных материалов, а вакуумные плиты имеют ограничения по удерживающему усилию в силу принципа действия, основанному на использовании разницы давлений между атмосферным и искусственно созданным пониженным давлением, приводящим к прижиму заготовки.
Заявляемый технический результат достигается за счет приклеивания заготовки к жестко закрепленной подложке на рабочем столе металлорежущего станка за счет применения полимерного состава. Отклеивании происходит за счет разрушения клеевого слоя, или же за счет уменьшения прочности прослойки до достаточной малой для удаления без приложения значимых усилий, которые приведут к повреждению открепляемого изделия.
Способ бездеформационной фиксации заготовок на полимерные составы для механической обработки заключается в выполнении последовательных операций: установка подложки произвольной геометрии, обусловленной формой фиксируемой заготовки, к которой будет происходить приклеивание; очистка и обезжиривание неподвижной части, для достижения наилучшего эффекта очищается и обезжиривается и поверхность приклеиваемой заготовки; нанесение полимерного состава при температуре окружающей среды от 15°С до 28°С и влажности - от 20% до 60%; обеспечение плотного прилегания склеиваемых поверхностей для уменьшения зазора между ними с целью обеспечения толщины прослойки полимерного состава от 0,001 мм до 0,1 мм; кратковременное (менее 0,1 сек.) приложение нагрузки от 10 Н до 100 Н; фиксация заготовки на неподвижной подложке до полимеризации прослойки полимерного состава; удаление излишков состава при помощи нитрометана или ацетона.
Наилучшие результаты достигаются при небольшом (0,05 мм) зазоре между склеиваемыми поверхностями. Скорость полимеризации зависит от величины зазора между склеиваемыми поверхностями: при увеличении зазора скорость полимеризации снижается. Также, скорость полимеризации имеет прямую зависимость от относительной влажности воздуха. При 22°С и относительной влажности воздуха 50%, время достижения прочности на стальных образцах составляет от 20 сек. до 40 сек.
Ключевым элементом рассматриваемого способа является полимерный состав на основе эфиров цианакриловой кислоты. Возможности полимерных составов при использовании в качестве элемента станочного приспособления для закрепления заготовок ограничены их свойствами. Поэтому, в рамках рассматриваемого способа подразумевается использование включая, но не ограничиваясь модификаторов, таких как наноразмерные частицы оксидов металлов и различных химических соединений для улучшения структуры применяемых полимеров после процесса полимеризации и увеличения скорости полимеризации. Улучшение структуры полимеризованного слоя приводит к улучшению физических характеристик полимерного состава, значимых при использовании в качестве приспособления для фиксации заготовок. Включение в полимерный состав таких модификаторов, как наноразмерные частицы оксида кремния в концентрации от 1,5 до 2,5% по массе, алкиламинов, диметилстеариламинов и дистеарилметиламинов, позволяет сократить время полимеризации до 2-х раз и улучшить физические свойства заполимеризовавшегося состава в соответствии с требованиями для надежного и технологичного закрепления.
Использование предлагаемого способа позволяет производить закрепление изделий любой формы и размеров за счет изменения формы жестко закрепленной подложки под геометрию приклеиваемой части заготовки. Также, при использовании данного способа закрепления отсутствуют любые деформации, за счет того, что при приклеивании не образуются напряжения в закрепляемом материале.