ВИБРАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ЗОЛОТА

Основными операциями механической отделочной обработки поверхностей изделий из драгоценных металлов, применяемыми в настоящее время в ювелирной промышленности, являются шлифование и полирование абразивной лентой или эластичными кругами [1]. Эти методы характеризуются сравнительно высоким процентом безвозвратных потерь драгоценных металлов, высокой трудоемкостью, вредными условиями труда и значительным расходом специальных паст. Декоративная обработка в галтовочных барабанах с полированными стальными шариками или абразивными материалами в виде гранул произвольной формы — процесс продолжительный, при этом возникает постоянная опасность деформации обрабатываемых изделий.

В последние годы в ряде отраслей машиностроения и приборостроения на отделочно-зачистных операциях применяют вибрационную обработку, физическая сущность которой достаточно полно освещена в литературе [2,3]. Несмотря на широкое распространение и накопленный опыт внедрения вибрационной обработки, практически отсутствуют сведения о применении этого способа для обработки ювелирных изделий из сплавов золота и других драгоценных металлов.

Исследования показали, что вибрационная обработка изделий из сплавов золота 583 пробы в стандартном гранулированном наполнителе типа ПТ по ТУ 2-036-205—73 или в АН-2 по ТУ 2-036-159—72 с жидкой активной средой не снижает трудоемкости изготовления и не улучшает качества поверхностного слоя обрабатываемых изделий. В связи с этим потребовался значительный объем дополнительных исследований, цель которых — обеспечить максимальную производительность процесса и высокое качество обработки изделий из драгоценных металлов на операциях шлифования и полирования и одновременно устранить недостатки, присущие методам ручной обработки и галтовки.

Эксперименты проводились на вибрационной установке с тороидальным контейнером модели ТВУ-5, разработанной в СКТБ медтехники. Характерная особенность указанной установки — высокие скорости перемещения содержимого контейнера в режимах без подбрасывания. При таких режимах обрабатываемые детали преимущественно проскальзывают одна относительно другой или деталь относительно наполнителя. Поэтому во время обработки в конвейере происходит не наклеп, а смятие или микрорезание выступов обрабатываемых поверхностей изделия твердыми телами.

С учетом указанной особенности вибрационных установок разработан соответственно и новый технологический процесс, в котором использованы вязко-пластичные композиции, наполненные абразивным компонентом в виде шлифовального порошка.

Вязко-пластичная композиционная смесь существенно отличается от жидкой, которую обычно используют при вибрационной обработке. Композиционная смесь относится к классу пластичных дисперсионных систем и в зависимости от условий деформирования в ней могут преобладать либо упруго-пластические, либо необратимые деформации. В первом случае смесь ведет себя как твердое тело, в другом — как жидкость, причем после снятия нагрузки свойства твердого тела сразу восстанавливаются. Благодаря этой особенности абразивные зерна удерживаются в смеси и в статическом, и в динамическом состояниях. Кроме указанного свойства, композиционная смесь благодаря вязкой консистенции во время работы вибрационной установки распределяется в виде тонкого, наполненного абразивным порошком слоя по всем поверхностям обрабатываемых деталей. Поэтому в зоне контакта деталей, или деталей с наполнителем обеспечивается присутствие абразивных зерен на протяжении всего цикла обработки.

Проведенные испытания нового способа вибрационной обработки на серийных изделиях Киевского ювелирного завода позволили выявить характерные особенности механизма формирования микрорельефа обрабатываемых поверхностей в вязко-пластичной композиционной смеси. Так, в начальный период, когда абразивные зерна имеют острые грани, происходит интенсивный съем материала с вершин макро- и микронеровностей за счет микрорезания. Интенсивный съем поддерживается и за счет известного эффекта П. А. Ребиидера, так как микрорезапие происходит в присутствии адсорбционно-активной среды — вязко-пластичной смеси. С течением времени острые кромки абразивных частиц притупляются, что приводит к увеличению сил сопротивления резанию. Отдельные частицы начинают перекатываться по микронеровностям и сглаживают их (пластическая деформация). В результате понижается параметр шероховатости поверхности.

Таким образом, обрабатываемые детали в вязко-пластичной смеси одновременно подвергаются механическим и физическим воздействиям. То же происходит и с отдельными абразивными зернами. Часть зерен (преимущественно больших размеров) с течением времени также разрушается на более мелкие, обнажая при этом новые грани. Это приводит к тому, что снимаемая в этот момент единичным зерном микростружка будет меньше, а следовательно, качество поверхности будет выше, чем в начальный период обработки. При этом производительность процесса не уменьшится вследствие увеличения числа острых частиц в зоне резания. А так как в течение цикла обработки изделий вышеуказанные явления постоянно чередуются или происходят одновременно, то удается получить высокое качество поверхности при высокой производительности процесса.

При выборе компонентов вязко-пластичной смеси для вибрационной обработки изделий из сплавов золота в качестве критериев оценки эффективности и качества технологического процесса шлифования и полирования принимались: съем драгоценного металла в единицу времени, безвозвратные потери, производительность труда и качество поверхности изделия после обработки.

Съем контролировали с помощью аналитических весов ВЛА-200 с точностью до 0,002 г. Качество поверхности серийных изделий оценивали, сравнивая с эталонными образцами в виде плоских пластинок, а эталонные образцы — с помощью профилографа-профилометра модели 201 завода «Калибр». Формирование микрорельефа поверхностного слоя ювелирных изделий исследовали на металлографическом микроскопе с 80-120 кратным увеличением. Отражательную способность контролировали на фотоэлектрическом блескомере модели ФБ-2. Данные экспериментов фиксировали через каждые 30 мин в течение четырех часов. За окончательный результат принимались средние значения трех опытов. В качестве рабочего наполнителя были выбраны отходы штамповки из латуни толщиной 1,5-2,0 мм, размерами 3х3, 4х5, 4х4, и 4х10, а также рубленной латунной проволоки диаметром 2-2,5 мм. В данном случае такой наполнитель служил носителем вязко-пластичной композиции и помогал обрабатывать труднодоступные места изделий.

Анализ экспериментов показал, что существенное влияние на формирование поверхностного слоя обрабатываемых изделий оказывает гранулометрический состав абразива, применяемого в вязко-пластичной композиции. Лучшие результаты по производительности процесса и качеству обрабатываемой поверхности получены при применении карбида кремния зеленого зернистостью М40-М10. Предположения о шаржировании обрабатываемой поверхности этим абразивом не подтвердились ни при металлографическом, ни при радиоактивном исследованиях. Отдельные зерна абразива, иногда обнаруживаемые на поверхности изделия после обработки, удерживаются, по мнению авторов, электростатическими силами и при интенсивной промывке в контейнере установки обычно удаляются вместе с водой. Поэтому при вибрационной обработке изделий из сплавов золота в вязко-пластичной смеси следует особое внимание обратить на промывку изделий после окончания процесса.

Проведенные эксперименты позволили разработать технологический процесс шлифования изделий из сплавов золота, удовлетворяющий поставленной цели и исключающий недостатки, присущие известным способам. Технологический процесс состоит из двух стадий.

На первой стадии с обрабатываемых поверхностей удаляются грубые микронеровности с помощью абразивного порошка зернистостью М40-М28 в течение 1,5-2,5 ч. Заканчивается эта обработка интенсивной промывкой в контейнере установки, после того как параметр шероховатости поверхностей изделия достигнет 0,63-0,5 мкм.

На второй стадии осуществляется тонкое шлифование. Зернистость применяемого абразивного порошка — М20-М10. Время обработки—1,5-2,5 ч. Параметр шероховатости после окончания процесса — 0,5-0,32 мкм. Обработка заканчивается интенсивной промывкой изделий в конвейере без остановки оборудования.

Если дополнительно необходимо навести глянец на поверхность изделия после вышеуказанных стадий обработки, применяют отбеливание в ортофосфорной кислоте и уротропине, а затем кратковременно обрабатывают в водном растворе триэтаноламина. Однако окончательная обработка изделий из сплавов золота после закрепления вставки (освежение) производится известными способами с применением ручного труда.

Как показал сравнительный анализ, вибрационная отделочно-зачистная обработка золотых ювелирных изделий с применением вязко-пластичной композиционной смеси по основным показателям превосходит обработку эластичными кругами. Так, сократились: время на обработку одного изделия с 4,2 до 0,12 мин, средний съем с 0,8% от веса изделий до 0,6% и безвозвратные потери с 5,5 до 3,5%.

Если учесть, что новый технологический процесс наряду с решением чисто технических проблем при изготовлении изделий из сплавов драгоценных металлов решает задачи и социального плана, то становится очевидным необходимость широкого внедрения на заводах ювелирной промышленности этого процесса. А создание и организация специализированных отделочно-зачистных участков вибрационной обработки решит задачи по эффективной механизации отделочных операций в ювелирной промышленности при производстве изделий из сплавов золота и других драгоценных металлов.