| RU2521129C1 | 2014-06-27 | |||
| RU2423214C1 | 2011-07-10 | |||
| CN101041227A | 2007-09-26 | |||
| BY6331C1 | 2004-06-30 |
КОТЛОВ Дмитрий Владимирович (RU)
| Формула изобретения 1. Способ обработки трущихся поверхностей деталей из искусственно выращенного кристалла на основе а-А120з, включающий изготовление заготовок деталей из искусственно выращенного кристалла на 5 основе а-А1203, механическую обработку поверхности полученных заготовок алмазным инструментом в присутствии охлаждающих жидкостей с последовательным убыванием величины зерна абразива, включающую: грубое шлифование поверхности заготовок, среднее шлифование поверхности заготовок до значений шероховатости поверхности Rz= 10-20 ю мкм и, по крайней мере, одну последующую финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 21 -23 КГц до шероховатости поверхности Ra=0,020-0,025 мкм. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после среднего шлифования осуществляют тонкое шлифование п оверхности заготовок д о 15 шероховатости Ra=l,25-1,6 мкм или до шероховатости Ra=0,63-0,80 мкм. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кристалл на основе а-А1203 представляет собой монокристалл лейкосапфира. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кристалл на основе а-А1203 представляет собой кристалл, выбранный из группы: александрит, 20 красный рубин, синий сапфир, оранжевый сапфир, оранжевый падпараджа, желтый сапфир, зеленый сапфир, розовый сапфир, темно-красный сапфир, фиолетовый сапфир. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающих жидкостей используют воду, СОЖ. 25 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после тонкого шлифования поверхности заготовок до шероховатости поверхности Ra=l,25- 1,6 мкм осуществляют финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 22 КГц до шероховатости поверхности Rz=0,05-0,063 мкм. 7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после тонкого шлифования поверхности заготовок до шероховатости поверхности Ra=0,63- 0,80 мкм осуществляют финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 22 КГц до 5 шероховатости поверхности Rz=0,025-0,032 мкм. 8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве СОЖ используют синтетические масла, часовое профильтрованное масло. зо |
МОНОКРИСТАЛЛА НА ОСНОВЕ а-А1 2 0 3
Область техники
5 Изобретение относится к способу обработки трущихся поверхностей сапфировых деталей. Изобретение может быть использовано при изготовлении деталей плунжерных и поршневых пар, в том числе как составные части насосных и/или дозирующих устройств (насосов-дозаторов), в частности в фармацевтической, пищевой, химической, парфюмерной, ю косметической, машиностроительной и других областях промышленности.
Уровень техники
В настоящее время большинство насосов-дозаторов для фармацевтической и пищевой промышленности содержат плунжерные пары из различных металлических и керамических материалов (см., например, US 15 4273263 А, 16.06.1981; DE 2723320 С2, 04.11.1982; FR 2797046 А1, 02.02.2001).
Однако для насосов-дозаторов с металлическими и керамическими плунжерными парами существует проблема износа трущихся деталей. Образующиеся в результате трения соприкасающихся деталей мельчайшие
20 частицы материала этих деталей загрязняют дозируемые жидкости, что особенно нежелательно в фармацевтической промышленности. Также в результате износа трущихся деталей происходит изменение дозируемого объёма, что также неприемлемо для высокоточного дозирования. Кроме того, насосы-дозаторы в фармацевтической и пищевой промышленности должны
25 выдерживать длительное воздействие агрессивных факторов эксплуатации, в частности, процесс стерилизации.
Значительно большую износостойкость можно получить при изготовлении деталей плунжерной пары из кристаллов, в частности из кристаллов, основой которых является α-модификация оксида алюминия (а- зо А1 2 0з, он же корунд).
1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Проведенные исследования показали, что, например, лейкосапфир (являющийся разновидностью а-А1 2 Оз), ориентированный в направлении кристаллографической оси [0001] имеет износостойкость, в 10 раз большую по сравнению с покрытием из хрома и в 5 раз большую по сравнению с
5 корундовой керамикой.
Кроме того, лейкосапфир прозрачен в широком интервале длин волн, имеет слабое светорассеяние и высокую оптическую однородность, высокую радиационную стойкость и низкие внутренние напряжения, высокую устойчивость к агрессивным средам.
ю Прозрачность лейкосапфира - это дополнительное преимущество, заключающееся в возможности визуального контроля наличия/отсутствия пузырей при работе насосов-дозаторов, что является важным при высокоточном дозировании.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ
15 обработки плунжерных пар на основе а-А1 2 Оз, изготовление заготовок, механическую обработку поверхности полученных заготовок алмазным инструментом в присутствии смазочно-охлаждающих жидкостей с последовательным убыванием величины зерна абразива: грубое шлифование поверхности заготовок, среднее шлифование поверхности заготовок (RU
20 2521 129 С1, 27.06.2014). Недостатком прототипа является высокий коэффициент трения трущихся изделий, высокое время изготовления изделий.
Задача, на решение которой направлена группа изобретений, заключается:
25 - Уменьшение интенсивности износа, при высоких контактных нагрузках, работе лейкосапфировой (сапфировой) плунжерной пары или её отдельных составляющих;
- Увеличение твёрдости и микротвёрдости поверхностного слоя трущихся рабочих лейкосапфировых (сапфировых) плунжерных пар или её зо отдельных составляющих; Снижение шероховатости трущихся рабочих поверхностей лейкосапфировых (сапфировых) плунжерных пар или её отдельных составляющих
- Уменьшение коэффицента трения обработанных рабочих трущихся 5 поверхностей;
- Снижение рабочего времени на изготовление лейкосапфировых (сапфировых) плунжерных пар или их составляющих, за счёт отказа от промежуточных циклов механической обработки;
- Снижение механической нагрузки на всё оборудование, в котором ю используются лейкосапфировые (сапфировые) плунжерные пары или их составляющие;
- Сокращение времени между ремонтами оборудования, в котором используются лейкосапфировые (сапфировые) плунжерные пары или их составляющие.
15 - Исключение эффекта «подклинивания» за счёт высокой обработки трущихся поверхностей лейкосапфировой плунжерной пары или её отдельных составляющих
Сущность созданного технического решения
Техническим результатом изобретения является разработка способа
20 обработки цилиндрических поверхностей сапфира с применением финишной безобразиной ультразвуковой обработки до шероховатости поверхности R a < 0,025-0,020, R z < 0,032-0,025, снижение коэффициента трения трущихся изделий, трудоемкости работ и времени изготовления, увеличение твёрдости и микротвёрдости поверхностного слоя изделий.
25 Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного способа обработки плунжерных пар на основе а-А1 2 Оз, изготовление заготовок, механическую обработку поверхности полученных заготовок алмазным инструментом в присутствии охлаждающих жидкостей с последовательным убыванием величины зерна абразива: грубое шлифование зо поверхности заготовок, среднее шлифование поверхности заготовок, в предложенном способе обработки плунжерных пар на основе а-А1 2 0з, среднее шлифование поверхности заготовок осуществляют до значений шероховатости поверхности R z = 10-20 мкм, после чего осуществляют финишную безабразивную обработку заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 21-23 КГц до шероховатости поверхности R a =0,020- 0,025 мкм.
В заявленном способе после среднего шлифования осуществляют тонкое шлифование поверхности заготовок до шероховатости R a =l,25-1,6 мкм или до шероховатости R a =0,63-0,80 мкм.
После тонкого шлифования поверхности заготовок до шероховатости поверхности R a = 1,25- 1,6 мкм осуществляют финишную безабразивную обработку заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 22 КГц до шероховатости поверхности R z =0,05-0,063 мкм, а после тонкого шлифования поверхности заготовок до шероховатости поверхности R a =0,63-0,80 мкм осуществляют финишную безабразивную обработку заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 22 КГц до шероховатости поверхности R z =0,025-0,032 мкм.
Кристалл на основе а-А1 2 0 3 представляет собой монокристалл лейкосапфира или кристалл, выбранный из группы: александрит, красный рубин, синий сапфир, оранжевый сапфир, оранжевый падпараджа, желтый сапфир, зеленый сапфир, розовый сапфир, темно-красный сапфир, фиолетовый сапфир.
В качестве охлаждающих жидкостей используют воду, смазочно- охлаждающие жидкости (СОЖ) - различные синтетические масла, часовое профильтрованное масло.
Осуществление изобретения
Основными сборочными единицами сапфировых насосных и дозирующих устройств являются: наружная часть— сапфировый цилиндр (он же корпус, гильза или втулка) и внутренняя часть - сапфировый плунжер (он же поршень или стержень). Для некоторых моделей насосов-дозаторов конструкцией предусмотрен сапфировый шибер (второй плунжер, выполняющий роль запирающего устройства-крана).
Предварительные цилиндрические заготовки на основе а-А1 2 0з м огут быть получены двумя различными способами. В первом способе
5 цилиндрические заготовки сапфировых поршня и цилиндра высверливаются из цельного искусственно выращенного монокристалла сапфира. Высверливание происходит алмазным сверлом необходимого диаметра с учётом припуска на дальнейшую обработку. Высверливание происходит с применением различных СОЖ. Это могут быть различные марки ю синтетических охлаждающих масел, например 5W-ADDINOL Super light 5W-40, OW-CASTROL Formula SLX0W-30 и другие. Оставшийся материал отправляется обратно в установку расплава и роста кристаллов.
Второй способ заключается в распиле цельного сапфирового монолита «були» (рост по методу Киропулоса) или «лодочки» (рост по методу
15 Багдасарова) алмазными кругами с получением квадратных блоков. Далее эти блоки обрабатывают на шлифовальном станочном оборудовании алмазными кругами с крупными зёрнами алмаза, для получения грубо обработанных сапфировых цилиндрических заготовки. Первый способ является предпочтительным.
20 Стадия грубого шлифования полученные заготовки на основе а-А1 2 0 3 осуществляется на высокоточном станочном оборудовании механическим путем с применением алмазного инструмента. При этом применяются различные алмазные круги, алмазные свёрла и алмазные хоны, с разными величинами алмазного зерна. Размер алмазных зёрен от 0,8 мм до 0,1 мм. Все
25 процессы обработки обязательно происходят с применением различных СОЖ. Это могут быть различные марки синтетических охлаждающих масел, например 5W-ADDINOL Super light 5W-40, OW-CASTROL Formula SLX0W-30 и другие.
Среднее шлифование заготовок на основе а-А1 2 0 3 осуществляют путем зо механической обработки алмазными инструментами с более мелким зерном алмазного инструмента. Размер алмазных зёрен от 0,3 мм до 0,09 мм. На этом этапе обработки достигается минимальный допуск для следующих более точных и тонких этапов обработки. Процесс может происходить на разных марках и модификациях шлифовального станочного оборудования с применением различных СОЖ, в частности, на универсальном круглошлифовальном станке модели CG 2535- AL или CG 2550-AL, универсальном круглошлифовальном станке полуавтомате модели 3U12AAF11 с УЦИ, и других.
Тонкое шлифование заготовок на основе а-А1 2 0з осуществляют алмазными инструментами с фракцией зерна наименьших размеров с применением различных СОЖ. Применяются алмазные абразивные круги на связке Ml с размером зёрен 125/100 мкм, 100/80 мкм. Концентрация 100%, марка алмаза АС 15, АС 20, АС 32, скорость инструмента 5 м/сек. Скорость удаления продукта достигает 1000 мкм/мин. Данная ступень обработки происходит поэтапно, с применением режущего алмазного инструмента с постоянным уменьшением фракции алмазного зерна в этих инструментах. В зависимости от конкретной обрабатываемой детали, обработка может происходить как на без центровальном оборудовании, так и в центрах, как известно специалисту в данной области техники.
При взаимодействии монокристалла с обрабатывающим инструментом необходимо учитывать анизотропию свойств лейкосапфира. Улучшение качества обработки достигается за счёт снижения резания единичными зёрнами инструмента.
Финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями с частотой 21-23 КГц осуществляют на устройстве, генерируемом ультразвуковые колебания, следующем образом: подаваемое на обмотку магнитострикционного преобразователя напряжение вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор на излучатель ультразвука и связанный с ним наконечник, установленный на расстоянии 0,3-1 мм в зависимости от диаметра обрабатываемой детали. Для охлаждения заготовок подают воду, смазочно- охлаждаюшую жидкость (СОЖ), такие как масла различных марок, например, часовое профильтрованное масло. При воздействии ультразвука - удара наконечника о поверхностный слой кристалла происходит пластическая деформация микронеровностей поверхности. В результате чего происходит снижение шероховатости поверхности и увеличивается коэфицент твердости и микротвердости поверхностного слоя деталей. Для обеспечения более низкой шероховатости поверхности обрабатываемых заготовок применяется несколько проходов безабразивной ультразвуковой обработки, предпочтительно, три.
Пример 1
Изготавливают цилиндрические заготовки (плунжерную пару) из искусственно выращенного кристалла на основе а-А1 2 0 3 . Поверхности полученных заготовки подвергаются грубой шлифовке, затем осуществляют среднее шлифование поверхности заготовок до значений шероховатости поверхности R z = 10-20 мкм. После чего осуществляют финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями до шероховатости поверхности R a =0,020-0,025 мкм.
Пример 2
Изготавливают цилиндрические заготовки (плунжерную пару) из искусственно выращенного кристалла на основе а-А1 2 0з. Поверхности полученных заготовки подвергаются грубой шлифовке, затем осуществляют среднее шлифование поверхности заготовок до значений шероховатости поверхности R z =10-20 мкм, с последующим тонким шлифованием поверхности заготовок до шероховатости R a =0,63-0,80 мкм. После чего осуществляют финишную безабразивную обработку поверхности заготовок ультразвуковыми колебаниями до шероховатости поверхности R z =0,025- 0,032 мкм.
Пример 3 Обработку цилиндрических заготовок (плунжерной пары) из искусственно выращенного кристалла на основе а-А1 2 Оз осуществляют аналогично примеру 2. Отличие состоит в том, что для получения более низкой шероховатости поверхности дополнительно осуществляют два прохода безабразивной ультразвуковой обработки поверхности заготовок до шероховатости поверхности R z =0,002-0,005 мкм.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить способ обработки цилиндрических поверхностей деталей на основе а-А^Оз с применением финишной безобразиной ультразвуковой обработки до шероховатости поверхности R a < 0,025-0,020, R 2 < 0,032-0,025, снизить коэффициент трения трущихся изделий, трудоемкость работ и временя изготовления изделий, увеличить твёрдость и микротвёрдость поверхностного слоя изделий.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.