РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ПРОГРЕСИВНОГО СПОСОБА АЛМАЗНОЙ ДОВОДКИ СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Предпосылки разработки нового способа алмазной доводки сферической
поверхности
Как показано в первом разделе для обработки сферической поверхности головки
эндопротеза наиболее оптимальным является процесс алмазной доводки предложенный
Соханем С.В. [37]. Однако данный технологический процесс обладает рядом
недостатков: так при проведении измерения точности сферической формы в сечениях
перпендикулярно оси вращения детали и под углом 45° к ней выявилось
значительный (более чем в 2 раза) разброс значений (рис. 2.1). При измерении
шероховатости сферической поверхности на вершине и на боковой поверхности
детали также выявлено разброс значений, отличающихся примерно в 2 раза
(рис. 2.2).
а)
б)
Рис. 2.1 Круглограмы точности формы головки эндопротеза в сечении
перпендикулярном (0,8 мкм) а), и под углом 45° (1,72 мкм) б) к оси вращения
Ra = 0.019 мкм
Ra = 0.029 мкм
а)
б)
Рис. 2.2 Профилограмы шероховатости головки эндопротеза на боковой поверхности
а), и на вершине б) (вертикальное увеличение Vv = 100000, горизонтальное Vh =
100)
а)
б)
Рис. 2.3 Факторы неравномерности съема припуска: зона контакта а), скорость
скольжения на кольцевой площадке контакта б)
На погрешность формы детали и разность значений шероховатости на вершине и
боковой поверхности детали влияют три основных технологических фактора,
действующих в зоне обработки: неравномерность контактного давления на
обрабатываемую поверхность, неравномерность скоростей скольжения поверхностей
[7] (рис. 2.3 б), а также постоянное положение зоны обработки относительно оси
вращения детали (рис. 2.3 а).
Последний фактор приводит к неравномерному времени контакта различных зон
сферической поверхности с инструментом. Все эти факторы приводят к еще одному
недостатку технологии алмазной доводки, а именно неравномерности съема припуска
по профилю детали – на периферии детали съем припуска меньше чем на вершине.
Это увеличивает время, необходимое на обработку детали, так как при удалении
минимально необходимого припуска на периферии, на вершине сферической
поверхности головки эндопротеза необходимо удалить припуск в 1,3 – 1,5 раза
больший.
Технология обработки алмазной доводкой сферической поверхности головки
эндопротеза предусматривает высокие контактные давления (силы, действующие по
нормали к обрабатываемой поверхности) до 200 кПа. Процесс алмазной доводки
керамических головок эндопротезов связан с неравномерностью контактного
давления в зоне обработки. Данная неравномерность обусловлена несколькими
факторами. Динамическая составляющая, возникающая при вращении детали и упруго
отжимающая притир от обрабатываемой детали, вследствие чего возникает
неравномерность контактного давления в зонах обработки находящихся выше и ниже
плоскости пересечения осей вращения детали и притира. Следующий фактор
обусловлен кривизной обрабатываемой поверхности и как следствие прилегающей к
ней поверхности притира. Если рассматривать неравномерность контактного
давления с позиции влияния на обработку сферической поверхности головки
эндопротеза то динамическая составляющая оказывает значительно меньшее влияние,
чем кривизна обрабатываемой поверхности. Это обусловлено вращением детали, и
как следствие распределения этой неравномерности по всей сферической
поверхности, при вращении детали зоны с более низкими и более высокими
давлениями постоянно меняются местами.
Предположение о неравномерности нормальной составляющей контактного давления на
поверхности детали делается на основании следующего анализа: модуль упругости
чугуна меньше чем модуль упругости керамики, также имеется алмазоносный слой
пасты расположенный в зоне контакта, поэтому в данном случае имеет место
контакт жесткого и нежесткого тел. Если это так, то нагрузка P, приложенная к
притиру, распределяется на распределенное усилия p действующие на поверхности
обрабатываемой детали. Таким образом, имеет место зависимость
где Sкон – площадь зоны контакта
Далее распределенное усилие p, в связи с наличием кривизны поверхности,
раскладывается на нормальную pn и касательную pt составляющие, при этом
нормальная составляющая равняется:.
где q – угол, характеризующий положение элементарной точки М и направлен от оси
вращения притира к его наружной кромке
Сопоставив эти формулы получим выражение для определения нормальной
составляющей контактного давления на поверхности обрабатываемой детали:
Таким образом, показано, что нормальная составляющая контактного давления pn на
внутренней кромке притира больше, нежели на внешней кромке притира и отличается
в 2,5 раза (рис. 2.4). Данное предположение подтверждается и работе [22]
рис. 2.5. Здесь также показано, что усилие, направленное по нормали к
сферической поверхности больше вершине оси вращения сферической поверхности,
нежели на периферии.
Рис. 2.4. Направление векторов давления на притир и контактное давление на
кольцевой площадке контакта
Рис. 2.5. Сила, действующая по нормали к поверхности при контакте сферических
поверхностей
Для устранения недостатков существующего процесса алмазной доводки сферической
поверхности требуется комплексный подход. Равномерное снятие припуска с
обрабатываемой детали, возможно, обеспечить при условии выравнивания всех
технологических факторов (давления, скорости скольжения, времени контакта)
процесса алмазной доводки. Выравнивание этих факторов возможно как совместно,
так и по отдельности. Наиболее просто реализуемым представляется выравнивание
да
- Київ+380960830922