Шлифовально-полировальный инструмент

 

Использование: для шлифования и полирования поверхности стеклянных и кварцевых пластин при изготовлении фотошаблонных заготовок (ФШЗ). Сущность изобретения: на диске равномерно по окружности установлены прижимы клиновидной формы в колличестве не менее четырех с углом наклона 25-30^o. Шлифовально-полировальный материал закреплен на рабочем торце диска при помощи прижимного кольца. Внутренняя поверхность прижимного кольца выполнена с углом наклона в сторону рабочего торца диска и соответствует углу наклона клиновидных прижимов. На внутренней поверхности прижимного кольца выполнены продольные проточки. Прижимное кольцо имеет возможность вертикального перемещения за счет винтов, установленных на клиновидных прижимах и шарнирно закрепленных на прижимном кольце. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике и оптике, в частности к инструментам для шлифования и полирования поверхности стеклянных и кварцевых пластин, используемых при изготовлении фотошаблонных заготовок (ФШЗ).

Известен шлифовально-полировальный инструмент, содержащий прямоугольную плиту с размещенным на ее торце шлифовально-полировальным материалом, зафиксированным при помощи прижимов, расположенных по периметру плиты и выполненных в виде роликов и подпружиненной прижимной рамки, при этом шлифовально-полировальный материал размещен между роликами и прижимной рамкой.

Указанный шлифовально-полировальный инструмент имеет недостатки: низкая надежность крепления шлифовально-полировального материала вызванная тем, что в процессе обработки инструмент и обрабатываемая пластина совершают относительно друг друга движение, являющееся суммой двух относительных движений: вращательного и возвратно-поступательного, и в момент времени, при котором угол между вектором суммарного относительного движения и осью ближайшего прижимного ролика резко меняет свой знак на противоположный, проходит мгновенное ослабление натяжения шлифовально-полировального материала около натяжного ролика, вызывающее резкое проворачивание его на некоторый угол относительно оси, на которое не успевает срабатывать пружина, и в результате которого натяжение шлифовально-полировального материала ослабевает настолько, что он отстает от эластичной подложки, коробится и при контакте с обрабатываемой пластиной может произойти его разрыв. Такой инструмент становится непригодным для дальнейшей работы. Процесс приходится приостанавливать и заново производить натяжку шлифовально-полировального материала; низкая эффективность работы инструмента вызванная тем, что ослабление натяжения шлифовально-полировального материала поочередно вблизи каждого из четырех роликов в процессе работы приводит к уменьшению натяжения материала по всей поверхности инструмента, что приводит к короблению обрабатывающей поверхности, ее вспучиванию, вызывающему резкое снижение плоскостности и качества поверхности обрабатываемых пластин (наличие на ней ласин, натиров, сыпи); продолжительное время на замену шлифовально-полировального материала связано с тем, что необходимо поочередно вытаскивать материал, закрепленный между роликами и пружиной с каждой из четырех сторон инструмента; невозможность выполнения шлифовально-полировального инструмента круглой формы при предлагаемой конструкции, что в свою очередь снижает эффективность работы инструмента, уменьшая плоскостность обрабатываемых инструментом пластин.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является шлифовально-полировальный инструмент, содержащий диск, по окружности которого на его боковой поверхности равномерно установлены прижимы клиновидной формы, и шлифовально-полировальный материал, закрепленный на его рабочем торце при помощи прижимного кольца, внутренняя поверхность которого выполнена с углом наклона в сторону рабочего торца диска, совпадающим с углом наклона клиновидных прижимов.

Данный инструмент также обладает существенными недостатками: низкая надежность крепления шлифовально-полировального материала вызвана тем, что при закреплении шлифовально-полировального материала на диске с помощью прижимного кольца и прикладываемого к нему усилия Р диск резко вдавливается в кольцо и острые кромки клиновидных прижимов лучеобразно разрезают материал, который тут же сдвигается и разрезанные лучи его нахлестываются друг на друга. При этом максимальная толщина нахлестов приходится в местах наиболее удаленных от прижимов, т.е. на линиях соприкосновения конической поверхности прижимного кольца, имеющей пирамидальную форму. В результате этого в процессе работы инструмента под действием сдвиговых усилий материал смещается с линии контакта указанных поверхностей, зажим его постепенно ослабевает, он начинает выскальзывать. Надежность крепления шлифовально-полировального материала к диску резко снижается; низкая эффективность работы инструмента вызвана тем, что ослабление зажима шлифовально-полировального материала между конической поверхностью диска и внутренней поверхностью кольца в процессе работы инструмента вызывает уменьшение натяжения материала по всей рабочей поверхности инструмента, что приводит к короблению его обрабатывающей поверхности, ее вспучиванию вызывающему резкое снижение плоскостности и качества поверхности обрабатываемых пластин (наличие на ней ласин, натиров, сыпи); продолжительное время на замену шлифовально-полировального материала, в течение которого необходимо произвести съем инструмента и установку его на специальную технологическую подставку, а затем переворот его на этой подставке и дальнейшее закрепление материала.

Целью изобретения является повышение надежности крепления шлифовально-полировального материала, эффективности работы инструмента и сокращение времени на замену шлифовально-полировального материала.

Это достигается тем, что в известном шлифовально-полировальном инструменте, содержащем диск, по окружности которого на его боковой поверхности равномерно установлены прижимы клиновидной формы и шлифовально-полировальный материал, закрепленный на его рабочем торце при помощи прижимного кольца, внутренняя поверхность которого выполнена с углом наклона в сторону рабочего торца диска, совпадающим с углом наклона клиновидных прижимов, клиновидные прижимы в количестве на нее четырех имеют угол 25-30^о, а внутренняя поверхность прижимного кольца имеет продольные проточки, причем прижимное кольцо имеет возможность вертикального перемещения за счет винтов, установленных на клиновидных прижимах и шарнирно закрепленных на прижимном кольце.

На фиг. 1 представлен шлифовально-полировальный инструмент, разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение В-В на фиг.3.

Шлифовально-полировальный инструмент содержит диск 1 с равномерно установленными по его боковой поверхности прижимами 2 клиновидной формы и шлифовально-полировальный материал 3, закрепленный с помощью прижимного кольца 4, имеющего на внутренней поверхности продольные проточки 5, вертикально перемещающегося с помощью винтов 6, установленных на прижимах 2 и шарнирно-закрепленных на прижимном кольце 4. Винты 6 могут закрепляться в кольце 4 с помощью штифтов 7 и на них могут быть установлены пружины 8 и втулки 9. Угол наклона клиновидных прижимов 2 составляет 25-30^о и соответствует углу наклона внутренней поверхности прижимного кольца 4.

Шлифовально-полировальный инструмент работает следующим образом. При вращении винтов 6 против часовой стрелки прижимное кольцо 4 поднимается вертикально вверх, освобождая при этом шлифовально-полировальный материал 3, который снимают, далее накладывают сверху новый шлифовально-полировальный материал и вращают винты 6 по часовой стрелке. Прижимное кольцо 4 при этом опускается, захватывает материал проточками 5 и затягивает его между своей внутренней поверхностью и клиновидными прижимами 2, прочно закрепляя его на торце диска.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Выполнение прижимов клиновидной формы с углом, составляющим 25-30^ои соответствующим углу наклона внутренней поверхности прижимного кольца, имеющей продольные проточки, позволяет при вращении винтов совершать такое движение прижимного кольца, при котором в первоначальный момент времени (при соприкосновении кольца и шлифовально-поли- ровального материала), когда тангенциальная составляющая силы воздействия прижимного кольца на материал и клиновидные прижимы незначительна и составляет с результирующей силой соответственно угол 25-30^о, в то время как, нормальная составляющая соответственно равна 90-(25-30^о), верхняя поверхность шлифовально-полировального материала захватывается продольными проточками прижимного кольца и материал движется своей нижней поверхностью по наклонной поверхности прижимов.

При этом происходит равномерное и плавное натяжение шлифовально-полировального материала по всей рабочей поверхности диска. В дальнейшем при движении прижимного кольца и сохранении постоянного угла трения, тангенс которого составляет 0,6 (металл по коже), возрастает нормальная составляющая силы реакции пары кольцо-прижим, а следовательно, происходит и постепенное плавное возрастание горизонтальной составляющей этой пары, т.е. силы трения. Этот процесс происходит до того момента, пока тангенс угла между нормальной и касательной составляющими сил (т.е. угла наклона наклонной поверхности прижима) не становится равным тангенсу угла трения. При этом движение шлифовально-полировального материала по поверхности прижима прекращается и происходит его фиксация и зажим. В результате этого шлифовально-полировальный материал после равномерного натяжения его по всей рабочей поверхности диска фиксируется и закрепляется между прижимами и прижимным кольцом. Таким образом предлагаемая система фиксации шлифовально-полировального материала прижимами равномерно со всех сторон обеспечивает высокую надежность его крепления независимо от направления и скорости движения инструмента по обрабатываемой поверхности. В тоже время равномерное натяжение шлифовально-полировального материала по всей рабочей поверхности диска исключает наличие на ней мельчайших неровностей и приводит к повышению эффективности работы инструмента, что повышает плоскостность и качество поверхности обрабатываемых пластин (отсутствие на ней ласин, натиров, сыпи). Кроме того, быстрое вертикальное перемещение прижимного кольца за счет винтов, установленных на клиновидных прижимах и шарнирно-закрепленных на прижимном кольце, сокращает время на замену шлифовально-полировального материала.

Выполнение угла клиновидных прижимов менее 25^о приводит к тому, что в процессе установки шлифовально-поли- ровального материала при вращении винтов угол между тангенциальной составляющей и результирующей силами воздействия кольца становится недостаточным для необходимого возрастания силы трения, в результате чего процесс зажима материала происходит значительно медленнее, чем его натяжение на торце диска, материал натягивается слишком сильно, неравномерно и в процессе работы инструмента материал вытягивается, снижается надежность его крепления, а также эффективность работы инструмента.

Выполнение угла наклона клиновидных прижимов более 30^о приводит к тому, что в процессе закрепления шлифовально-полировального материала при вращении винтов угол между тангенциальной составляющей и результирующей силой воздействия прижимного кольца становится велик, сила трения возрастает быстро, в результате чего происходит зажим шлифовально-полировального материала без достаточного натяжения его на рабочем торце диска, что приводит при работе инструмента к короблению и вспучиванию материала на рабочей поверхности диска, снижающим эффективность работы инструмента, в результате чего снижается неплоскостность и качество поверхности обрабатываемых пластин.

Выполнение в инструменте менее 4-х клиновидных прижимов снижает надежность крепления шлифовально-полировального материала и эффективность работы инструмента вследствие того, что угол сектора между ближайшими прижимами составляет более 90^о и в процессе работы инструмента материал растягивается и ослабевает его зажим между клиновидными прижимами и кольцом, что приводит к его короблению и вспучиванию.

П р и м е р 1. Шлифовально-полировальный инструмент содержит диск 1 диаметром 630 мм с равномерно установленными на нем 8-ю клиновидными прижимами 2, имеющими угол 28^о, на котором закреплен шлифовально-полировальный материал, с помощью прижимного кольца 4, имеющего продольные проточки 5 и перемещающегося вертикально с помощью винтов 6, установленных на клиновидных прижимах и шарнирно закрепленных на прижимном кольце с помощью штифта 7 или пружины 8 и втулки 9. Этим инструментом полируют стеклянные предварительно отмытые пластины из известково-силикатного стекла размером 127х127 мм толщиной 2-3 мм.

В качестве шлифовально-полировального материала используют синтетический материал поливел-замша, который предварительно разрезают на квадраты со стороной 730 мм или на круги такого же диаметра. В качестве абразива используют суспензию на основе СеО₂. Надежность крепления шлифовально-полировального материала определяют по времени работы инструмента до момента нарушения крепления шлифовально-полировального материала, после которого работа его становится невозможной. Эффективность работы инструмента определяют по качеству отполированных пластин (наличие на их поверхности дефектов в виде ласин, сыпи, натиров), а также по плоскостности поверхности отполированных пластин.

Величину неплоскостности поверхностей пластин определяют с помощью пневматического определителя неплоскостнос- ти ЭМ-699, и измерителя плоскостности ЭМ-6049, чистоту поверхности после 15-ступенчатой ультразвуковой отмывки и сушки в парах изопропилового спирта визуальным контролем в проходящем и отраженном свете УФ-источника. Надежность крепления шлифовально-полировального материала составляет 160 ч работы, градиент неплоскостности полированных пластин составляет 0,2 мк/мм, наличие на поверхности пластин дефектов в виде ласин, выколов и натиров составляет 14,6% сквозной процент выхода годных пластин 82,4% П р и м е р 2. Шлифовально-полировальный инструмент аналогичен примеру 1, но в качестве шлифовально-полировального материала используется наждачная шкурка зернистостью 10 мкм. Этим инструментом шлифуют пластины из известково-силикатного стекла с использованием смазочно-охлаждающей жидкости.

Надежность крепления шлифовально-полировального материала составляет 155 ч работы, градиент неплоскостности шлифованных пластин составляет 0,2 мкм/мм.

Примеры с результатами обработки стеклянных (пример 1,2,4-11) и кварцевых пластин (пример 3 и 12) с использованием предлагаемого инструмента приведены в таблице (примеры 1-6 показывают достижения поставленной цели; 7-9 выход за пределы заданных параметров; 10-12 по прототипу), в примере 2 и 11 используется наждачная шкурка и шлифовка, а в остальных примерах поливел-замша и полировка.

Из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого инструмента позволяет повысить плоскостность поверхности обрабатываемых пластин (градиент неплоскостности от 0,2 до 0,4 мкм/мм) и ее качество, т.е. сократить количество дефектов в виде натиров, ласин и выколов до 14,6-19,2% за счет высокой надежности крепления шлифовально-полировального материала (от 125 до 160 ч работы) и высокой эффективности работы инструмента, а также сократить перерывы в работе за счет снижения времени на замену шлифовально-полировального материала (с 3,2 до 1,35 мин) в случае его повреждения.

Формула изобретения

ШЛИФОВАЛЬНО-ПОЛИРОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ, выполненный в виде диска с равномерно расположенными по окружности по меньшей мере четырьмя прижимами клиновидной формы, на торце которого закреплен шлифовально-полировальный материал посредством прижимного кольца, внутренняя поверхность которого выполнена конической с углом наклона в сторону рабочего торца диска, соответствующим углу наклона конических прижимов, отличающийся тем, что инструмент снабжен винтами, размещенными в клиновых прижимах и шарнирно закрепленными на прижимном кольце, при этом на внутренней поверхности кольца выполнены кольцевые проточки, а угол клиновых прижимов составляет 25-30^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5