Пристрій для нанесення зображення на поверхні твердих матеріалів методом ударного або ударно-обертального гравірування (варіанти)

1. Пристрій для нанесення зображення на поверхні твердих матеріалів методом ударного або ударно-обертального гравірування, який складається з корпусу, що має хвостовик з одного кінця та наконечник з другого кінця, який відрізняється тим, що наконечник виконаний як комбінація двох геометричних фігур: опорної багатогранної зрізаної піраміди при основі наконечника і робочої багатогранної піраміди при вершині наконечника, кількість граней кожної піраміди щонайменше три, а кути заточування знаходяться в межах від 15°-175°. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кути заточування опорної і робочої пірамід виконані рівними. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кути заточування опорної і робочої пірамід виконані різними. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кути при вершинах граней, утворюючих робочу і опорну частини наконечника, виконані рівними, частково рівними або нерівними між собою. 2 (19) 1 3 95659 4 наний як комбінація двох геометричних фігур: опорного зрізаного конуса при основі наконечника і робочої багатогранної піраміди при вершині наконечника, кількість граней робочої піраміди щонайменше три, а кути заточування опорного конуса і робочої піраміди знаходяться в межах від 15° до 175°. 11. Пристрій для нанесення зображення на поверхні твердих матеріалів методом ударного або ударно-обертального гравірування, який складається з корпуса, що має наконечник з одного кінця та хвостовик з другого кінця, який відрізняється тим, що наконечник пристрою виконаний як комбінація двох геометричних фігур: опорного зрізаного конуса при основі наконечника і робочого конуса при вершині наконечника, кути заточування опорного конуса і робочого конуса знаходяться в межах від 15° до 175°. 12. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що кути заточування опорного конуса і робочого конуса не рівні між собою. 13. Пристрій для нанесення зображення на поверхні твердих матеріалів методом ударного або ударно-обертального гравірування, який складається з корпуса, що має наконечник з одного кінця та хвостовик з другого кінця, при цьому відношення діаметра хвостовика до діаметра кор пуса знаходиться в інтервалі від 0,2 до 1,2, який відрізняється тим, що робоча частина наконечника виконана в формі конуса, кут заточування конуса знаходиться в межах від 15° до 175°, відношення довжини хвостовика до довжини корпуса знаходиться в інтервалі від 0,12 до 2,8. 14. Пристрій за п. 13, який відрізняється тим, що опорна частина наконечника має геометричну форму, починаючи від початкової необробленої форми кристала і закінчуючи формою геометричної фігури у вигляді зрізаного конуса. 15. Пристрій за п. 1 або 6, або 9, або 10, або 11, або 13, який відрізняється тим, що вершина наконечника виконана з закругленням. 16. Пристрій за п. 1 або 6, або 10, який відрізняється тим, що ребра робочої піраміди в області вершини наконечника виконані з закругленням. 17. Пристрій за п. 1 або 6, або 9, або 10, або 11, або 13, який відрізняється тим, що на хвостовику, на корпусі або на наконечнику пристрою нанесена риска. 18. Пристрій за п. 1 або 6, або 9, або 10, або 11, або 13, який відрізняється тим, що хвостовик має кріпильну різьбу або інше технологічне пристосування для закріплення пристрою в голкотримачі. Винахід стосується області верстатобудування і інструментальної промисловості і може бути використаний при виготовленні пристроїв, наприклад, гравірувальних голок, для художньодекоративної обробки виробів із каменю або іншого твердого матеріалу методом ударного гравірування, наприклад, для нанесення зображень: портретів, малюнків, орнаментів, надписів і т. і., заглиблених в поверхню обробленого матеріалу, в будівництві або архітектурі при оформлюванні як фасадів будинків, так і при внутрішній обробці, оздобленні інтер'єрів помешкань, оздоблених каменем або іншими твердими матеріалами, наприклад, склом, металами, деревом або пластиком, а також в сфері ритуальних послуг. Останнім часом інтенсивно розвивається технологія автоматичного нанесення зображень на тверді поверхні ударним методом із застосуванням гравірувальних верстатів. При цьому виникає проблема підвищення якості, зносостійкості, довговічності робочих інструментів, які застосовуються для нанесення зображень на тверді поверхні методом ударної або ударно-обертальної технології. На відміну від традиційних ударних технологій, які застосовуються в промисловості, таких як вирубка, штампування, вимірювання твердості ударом, а також ручне гравірування на камені, технологія автоматичного ударного гравірування має дві принципові особливості, які виділяють її в особливий клас технологій: - по-перше, частота коливань пристрою при обробці матеріалу складає сотні Герц, в той час як частота удару пристрою за традиційною технологією, наприклад, ручним гравіруванням, складає від сотих часток до одиниць Герца. Тому технологію автоматичного гравірування слід розглядати як високочастотну ударну технологію і враховувати при цьому фізико-технічні властивості як обробленого матеріалу, так і робочої частини пристрою, а також його геометричні параметри; по-друге, значеним твердості матеріалів, таких як граніт, скло, керграніт, тверді метали і т.п., на поверхні яких наноситься художнє зображення, знаходяться в широкому діапазоні, від трьох до семи одиниць за шкалою твердості Мооса. Тому необхідно враховувати кристалографічні властивості як оброблюваного матеріалу, так і робочої частини наконечника у всьому частотному діапазоні роботи пристрою. Нині для нанесення зображень на тверді поверхні, наприклад, зображень на тверді поверхні, наприклад, зображень на пам'ятники в ритуальному бізнесі, широке застосування знаходять пристрої ручного гравірування, робоча частина яких виконана з побідиту різних модифікацій і твердості, так названі гравірувальні пучки, які складаються щонайменше з однієї спиці з гостро заточеним наконечником. Наконечник спиці має конічну форму, кут загострення складає не більше 60°, звичайно знаходиться в межах 30°-45°. Твердість побідиту за шкалою Мооса складає сім-вісім одиниць. Майже таку ж твердість, п'ять-сім одиниць за шкалою Мооса, мають поверхні оброблених цими побідитовими пучками матеріали, такі як граніт, керграніт, скло і т.п. При роботі на цих матеріалах побідитові наконечники інструментів швидко зношуються, внаслідок чого різко зменшується глибина обробки і погіршується якість зображення, що отримується. Тому такі інструменти 5 вимагають неодноразового точіння в процесі виготовлення навіть одного зображення розміром 300мм400мм. Потенційно більш досконалий інструмент для ударного гравірування можна створити при використанні як робочої частини інструмента алмазу або твердих сплавів, наприклад, ельбору, гексаніту, кубічного нітриду бору, карбіду бору і т.п. Однак, для успішного застосування алмазу або твердого сплаву необхідно визначити найбільш оптимальні геометричні форми і розміри робочої частини ударного гравірувального пристрою. Геометрична форма і розміри робочої частини гравірувальних пристроїв повинні бути зв'язані з фізико-технічними характеристиками матеріалу, що оброблюється, тому однією із задач винаходу є пошук оптимальних діапазонів зміни геометричних форм і розмірів пристрою для цілого спектру оброблюваних матеріалів від м'яких пружно-пластичних до твердих крихких. Існуючий рівень розвитку техніки в галузі виготовлення пристроїв з алмазною і твердосплавною робочою частиною характеризується приведеними нижче відомостями. Відома голка алмазна, призначена для правки однониткових різьбошліфувальних кругів ([1] Иглы алмазные. Технические условия. ГОСТ 17564-85), а також шліфувальних кругів прямого і фасонного профілів, виготовлених для потреб народного господарства і експорту. Основні розміри голок. А також геометрія і розміри алмазів і вимоги до них повинні відповідати вказаним в ([1], [2] Алмазы в оправах. Технические условия. ГОСТ 22908-78) кресленням та таблицям. Відомі голки з алмазним наконечником для вимірювання твердості за методами Роквела і Віккарса, мікротвердості металів і сплавів, а також алмазні бойки для вимірювання твердості за методом Шора. Основні типи, розміри, а також вимоги до алмазних наконечників надані в ([3] Наконечники і бойки алмазные к приборам для измерения твердости металлов и сплавов. Технические условия. ГОСТ 9377-81). Відома голка з алмазним наконечником для різання скла ([4] Стеклорезы алмазные. ГОСТ 10111-85). Відомий алмазний інструмент для скрайбірування напівпровідникових пластин на кристали, робоча частина якого виконана як піраміда, що відрізняється тим, що з метою підвищення якості різання й стійкості інструмента його різальні кромки виконані закругленими ([5] Авторське свідоцтво СРСР № 1413969/25-8 від 12.03.1970 p.). Необхідно зазначити, що скрайбірування - це розділяння заготовок матеріалу шляхом надрізання фрезою з кожного боку на визначену глибину, тому параметри робочої частини даного інструмента не забезпечують потрібну стійкість до ударних навантажень, міцність, а також довговічність роботи. Загальною особливістю алмазних наконечників в зазначених посиланнях є: - обмежене коло геометричних форм робочої частини інструмента; 95659 6 - невеликий діапазон можливих кутів заточування; - жорсткі вимоги по допускам на кути заточування. Проведені експериментальні дослідження по застосуванню вищезазначених інструментів в технології автоматизованого ударного гравірування показують, що не вдається отримати прийнятні якість зображення й довговічність інструмента. Це можна пояснити тим, що в вимогах до інструментів в [1] - [5] не врахована фізична специфіка ударної технології в широкому діапазоні твердості обробленого матеріалу й не реалізовані необхідні характеристики інструмента. Крім того, жорсткі вимоги на допуски суттєво підвищують собівартість інструмента. Відомий робочий інструмент для нанесення зображення на тверду поверхню - "Пристрій для здійснення ударного діяння при нанесенні зображення на тверді поверхні" ([6] Заявка на винахід UA № а200709820/І від 03.09.2007 p.). Недоліком зазначеного інструмента є те, що розглядається наконечник тільки форми неправильної піраміди, а ця форма наконечника не завжди забезпечує необхідну якість нанесення зображення на твердій поверхні. Відомий робочий інструмент (надалі - пристрій) для нанесення зображення на твердій поверхні - "Пристрій для здійснення ударного діяння при нанесенні зображення на тверді поверхні" ([7] Заявка на винахід RU № 2007124825 від 03.07.2007 p.), обраний за найближчий аналог. Пристрій складається з корпусу з алмазним або твердосплавним наконечником, причому вершина наконечника лежить на поздовжній осі симетрії корпусу, сам наконечник виконаний як неправильна піраміда з різними площами граней і кутами при вершині, кількість граней від трьох до десяти, величини кутів заточування всіх граней при вершині неправильної піраміди лежать в інтервалі від 45° до 130°, а відношення висоти наконечника до довжини корпусу знаходиться в межах від 0,006 до 0,16; при цьому корпус має циліндричний хвостовик, а відношення діаметра хвостовика до діаметра корпуса лежить в інтервалі від 0,2 до 1,2, відношення довжини хвостовика до довжини корпуса - в інтервалі від 0,8 до 0,32 [7]. Недоліками пристрою-найближчого аналогу є: - невелика глибина обробки деяких матеріалів, наприклад, сталі, пластику, що знижує якість зображення; - висока трудомісткість перезаточування, що суттєво підвищує експлуатаційні витрати; - недостатній запас динамічної стійкості інструмента при обробці граніту, керграніту, скла і т. д., що знижує якість обробки; - неекономне витрачання матеріалу робочої частини інструмента, що впливає на його масу, і, внаслідок, на частоту коливань електромеханічного віброгенератора, який керує рухом інструмента, і продуктивність праці. Причинами виникнення названих недоліків є наступні особливості конструкції пристроюнайближчого аналогу. 7 Причиною невеликої глибини обробки є форма наконечника і діапазон кута заточування наконечника. Так, форма поверхні наконечника у вигляді неправильної піраміди і кутами заточування від 45° до 130° не дозволяє реалізувати всі можливості по глибині проникнення пристрою, наприклад, в пластик, тверде дерево або метал. Трудомісткість процесу перезаточування обумовлена тим, що в конструктивній схемі інструмента відсутня посадочна поверхня (або, найпростіше, мітка), визначеним образом зв'язана з розміщенням робочих граней інструмента при вершині. Цей конструктивний недолік суттєво підвищує трудомісткість перезаточування. Причиною неекономного витрачування матеріалу є співвідношення геометричних розмірів пристрою. Що не завжди дозволяє виконати потрібні оптимальні розміри й форму пристрою. Задача винаходу: збільшення терміну експлуатації пристрою за рахунок надання робочій частині пристрою оптимальних геометричних форм, розмірів і кута заточування, підвищення якості, продуктивності обробки, збільшення глибини обробки, вдосконалення конструкції і економія матеріалу. Далі в тексті винаходу під матеріалом наконечника пристрою для нанесення зображення на поверхні твердих матеріалів методом ударного і ударно-обертального гравірування слід розуміти як алмаз, так і будь-який твердосплав, наприклад, ельбор, побідит, гексоніт і т.п. Наконечник пристрою умовно поділений на дві частини – опорну при основі і робочу при вершині. Співвідношення розмірів робочої і опорної частин може бути довільним і задається при виготовленні і заточуванні наконечника пристрою, виходячи з геометричних розмірів і форми кристала, що використовується як наконечник. Крім того, в тексті винаходу під ударним гравіруванням розуміють не тільки ударні, але і ударно-обертальні методи нанесення зображення на тверді поверхні, і заявлений в винаході пристрій передбачає використання як в ударній, так і в ударно-обертальній технологіях. Основним технічним результатом винаходу є створення пристрою для нанесення зображення на поверхні твердих матеріалів різної природи методом ударного або ударно-обертального гравірування з оптимальними діапазонами геометричних форм і розмірів наконечника, матеріалами робочої частини якого слугує як алмаз, наприклад, природний або синтетичний, так і твердий сплав, наприклад, побідит, гексаніт, ельбор і т.п. Для вирішення поставлених технічних задач пропонується наступне. З метою підвищення зносостійкості і сталості роботи, а також розширення можливостей пристрою по глибині обробки, якості і продуктивності за першим варіантом наконечник виконаний як комбінація двох геометричних фігур: багатогранної зрізаної опорної піраміди при основі наконечника і багатогранної робочої піраміди при вершині наконечника. Кількість граней кожної піраміди від трьох і більше, кути при вершинах граней, утворюючих, як опорну, так і робочу частини наконечника, можуть бути рівні, частково рівні або не рівні між со 95659 8 бою, а кут заточування робочої частини наконечника знаходиться в інтервалі від 15° до 175°. Далі в тексті даний варіант виконання наконечника будемо називати "піраміда на піраміді". За другим варіантом наконечник виконаний як комбінація двох геометричних фігур: багатогранної зрізаної опорної піраміди при основі наконечника і робочого конуса при вершині наконечника, кількість граней опорної піраміди від трьох і більше, кути при вершинах граней, утворюючих опорну частину наконечника, можуть бути рівні, частково рівні або не рівні між собою, а кут заточування робочої частини наконечника лежить в інтервалі від 15° до 175°. Далі в тексті даний варіант виконання наконечника будемо називати "конус на піраміді". За третім варіантом наконечник виконаний як комбінація двох геометричних фігур: опорного зрізаного конуса при основі наконечника і багатогранної робочої піраміди при вершині наконечника, кількість граней робочої піраміди від трьох і більше, кути при вершинах граней, утворюючих робочу частину наконечника, можуть бути рівні, частково рівні або не рівні між собою, а кут заточування при вершині від 15° до 175°. Далі в тексті даний варіант виконання наконечника будемо називати "піраміда на конусі". За четвертим варіантом наконечник виконаний як комбінація двох геометричних фігур: опорного зрізаного конуса при основі наконечника і робочого конуса при вершині наконечника, а кут заточування при вершині від 15° до 175°. Далі в тексті даний варіант виконання наконечника будемо називати "конус на конусі". У випадку виконання робочої частини наконечника в формі конуса під кутом заточування α розуміється подвійний кут між поздовжньою віссю симетрії 6 наконечника, яка проходить через його вершину, і твірною конуса 14 (фіг. 18, а). У випадку виконання робочої частини наконечника в формі піраміди під кутом заточування α розуміється подвійний кут між поздовжньою віссю симетрії 6 наконечника, яка проходить через його вершину, і висотою 15, опущеною із вершини грані, яка утворює робочу частину наконечника, на протилежну сторону (фіг. 18, б). Для зменшення собівартості отриманої продукції шляхом зниження експлуатаційних витрат за рахунок повторного багаторазового використання пристрою пропонується у всіх варіантах на тілі пристрою, наприклад, у хвостовика або на корпусі, виконати риску, яка визначає положення кріплення при повторному переточуванні граней. Все це може бути досягнуто за допомогою пристрою запропонованої в винаході конструкції. На фіг. 1-11 і 16-18 представлені варіанти схем виконання алмазного або твердосплавного наконечника як робочої частини пристрою для нанесення зображення на тверді поверхні методом ударного гравірування, на фіг. 12-15 - фотографії експериментальних зразків гравірувальних голок з алмазними і твердосплавними наконечниками, виготовленими за даним винаходом. Для дослідження характеристик гравірувальних голок 9 використовуються гравірувальні станки серії "График-ЗК", серійно вироблені ООО НПФ "САУНО". На фіг. 1 показана конструкція пристрою. На фіг.2 представлений вигляд робочої частини алмазного або твердосплавного наконечника в формі багатогранної піраміди з рівними (фіг. 2, а) і нерівними (фіг. 2, б) кутами при вершинах граней, утворюючих робочу частину наконечника. На фіг. 3 даний вигляд робочої частини алмазного або твердосплавного наконечника в формі конуса. На фіг. 4 представлено співвідношення поперечних перерізів наконечника в формі піраміди і в формі конуса при одних і тих же кутах заточування. На фіг. 5 показана конструкція пристрою з рискою на хвостовику. На фіг. 6 представлений вигляд алмазного або твердосплавного наконечника в формі "піраміда на піраміді". На фіг. 7 представлений вигляд алмазного або твердосплавного наконечника в формі єдиної піраміди. На фіг. 8 представлений вигляд алмазного або твердосплавного наконечника в формі "конус на піраміді". На фіг. 9 представлений вигляд алмазного або твердосплавного наконечника в формі "піраміда на конусі". На фіг. 10 представлений вигляд алмазного або твердосплавного наконечника в формі "конус на конусі". На фіг. 11 представлений вигляд алмазного або твердосплавного наконечника в формі єдиного конуса. На фіг 12 представлена фотографія експериментального зразка гравірувальної голки з алмазним наконечником в формі єдиного конуса, виготовленого у відповідності з даним винаходом. На фіг. 13 представлена фотографія експериментального зразка гравірувальної голки з алмазним наконечником в формі "піраміда на конусі", виготовленого у відповідності з даним винаходом. На фіг. 14 представлена фотографія експериментального зразка гравірувальної голки без явного виділення хвостовика з алмазним наконечником і кріпильною різьбою, виготовленого у відповідності з даним винаходом. На фіг. 15 представлений приклад виконання експериментального зразка гравірувальної голки з алмазним наконечником в формі восьмигранної піраміди з вказівкою геометричних розмірів, виготовленого у відповідності з даним винаходом. На фіг. 16 представлена вершина наконечника різального інструмента, яка виконана з закругленням. На фіг. 17 представлений вигляд наконечника в формі піраміди з боку вершини з притупленням різальних кромок робочої піраміди в збільшеному масштабі. На фіг. 18 показано визначення кута заточування робочої частини наконечника в формі конуса (фіг. 18, а) і в формі піраміди (фіг. 18, б). Запропонований пристрій виконаний наступним чином. Пристрій для здійснення ударного ді 95659 10 яння на твердій поверхні складається з хвостовика 1, корпуса 2, опорної частини 3 наконечника і робочої частини 4 наконечника (Фіг.1). Наконечник кріпиться до корпуса 2 за допомогою паяння або іншим способом. Вершина 5 наконечника лежить на поздовжній осі симетрії 6 корпуса 2 і/або хвостовика 1, за допомогою якого пристрій кріпиться в голкотримачі (на фіг. 1 не показаний) затискачем цангового або іншого типу. За першим варіантом наконечник пристрою виконаний як комбінація геометричних фігур: багатогранної зрізаної опорної піраміди 3 при основі наконечника і багатогранної робочої піраміди 4 при вершині наконечника (фіг.6). Кількість граней кожної піраміди - від трьох і більше, кути при вершинах граней і, і 3 (фіг.2, а, б), які утворюють опорну і робочу частини наконечника, можуть бути рівні, частково рівні або не рівні між собою, кут заточування робочої частини наконечника лежить в інтервалі від 15° до 175°. На фіг.2 наведені приклади виконання робочої частини наконечника з рівними (фіг. 2а) і нерівними (фіг. 2б) кутами при вершинах граней. Така форма наконечника при ударі об поверхню пластично деформованих матеріалів, таких як оргскло, метал, тверде дерево, пластик і т.д., дає мікропоглиблення, які повторюють форму самого наконечника, що надає зображенню багатовид мікрорельєфів. При цьому точкове зображення одержується більш високої якості, ніж при використанні пристроюнайближчого аналогу. Проведені дослідження пристрою з формою наконечника "піраміда на піраміді" показали, що опорна піраміда зменшує поздовжні напруження, що виникають під час удару наконечника, і збільшує ресурс роботи пристрою більш ніж на 15%. Робоча частина наконечника в формі піраміди дозволяє також поліпшити якість точкового зображення і на крихких анізотропних матеріалах, як камінь, скло і т.д., підвищити рельєфність і відбивальну властивість отриманих поглиблень, завдяки чому зображення набуває поліпшену світловідбивальну структуру. Це дозволяє в підсумку підвищити якість отриманого зображення в цілому. На відміну від пристрою-найближчого аналога, де максимальна кількість граней - десять, збільшення кількості граней піраміди в пропонованому пристрої дозволяє витримувати більш високі значення поздовжніх і поперечних зусиль, які виникають при ударі, а також підвищує стійкість наконечника до зруйнування. Не виключено виконання наконечника в формі двох пірамід з однаковою кількістю граней. Також не виключено виконання наконечника в формі двох пірамід з однаковими кутами заточування. В окремому випадку при збігу кількості граней і кутів заточування опорної і робочої пірамід отриманий пристрій має наконечник в формі однієї багатогранної піраміди (фіг.7). Не виключено виконання тільки робочої частини наконечника в формі піраміди, а опорна частина залишається без механічного обробляння, тобто без надання їй будь-якої геометричної форми. При цьому зменшується час обробки робочої частини наконечника і пристрою в 11 цілому, а також зменшується собівартість пристрою. В випадку виконання робочої піраміди з рівними кутами при вершинах граней зображення одержується більш високої якості, ніж при виконанні робочої піраміди з нерівними кутами при вершинах граней, утворюючих робочу частину наконечника, але, з іншого боку, виконання робочої піраміди з нерівними кутами при вершинах граней технологічно простіше і дешевше. Чим менший кут заточування наконечника, тим глибшим й більш рельєфним одержується зображення. З цим пов'язано розширення діапазону кута заточування в менший бік, до 15°. Крім того, чим більше граней піраміди, тим більше поздовжня і поперечна жорсткість наконечника пристрою при ударі, що забезпечує більшу стійкість до руйнування. Крім того пристрій з вершиною в формі піраміди дозволяє обробляти матеріал в ударнообертальному режимі, де ребра піраміди грають роль різальних кромок інструмента, при цьому чим більша кількість граней піраміди, тим чистіша поверхня оброблюваного виробу і вище продуктивність обробки. На підставі результатів проведених нами експериментальних досліджень для варіанта "піраміда на піраміді", в залежності від структури і твердості поверхонь оброблюваних матеріалів пропонуються три діапазони рекомендованих кутів заточування робочої частини наконечника: - для пластично деформованих матеріалів, таких як оргскло, метал, тверде дерево, пластик і т.д., рекомендований кут заточування знаходиться в інтервалі від 15° до 60° з допуском ±5°; - для крихких матеріалів з твердістю від трьох до п'яти одиниць за шкалою Мооса, наприклад, мармуру, вапняку і т.д., рекомендований кут заточування знаходиться в інтервалі від 60° до 90° з допуском ±5°; - для обробки матеріалів з твердістю більше п'яти одиниць за шкалою Мооса, таких як граніт, скло, керграніт і т.д., рекомендований кут заточування знаходиться в інтервалі від 90° до 175° з допуском ±5°. Разом з тим необхідно підкреслити, що виготовлення наконечника в формі "піраміда на піраміді" технологічно складніше і дорожче, ніж в інших варіантах. За другим варіантом наконечник виконаний як комбінація геометричних фігур: багатогранної зрізаної опорної піраміди 3 при основі наконечника і робочого конуса 4 при вершині наконечника (фіг.8). Кількість граней опорної піраміди - від трьох і більше, кути при вершинах граней і, і >3 (фіг.2) можуть бути рівні, частково рівні або не рівні між собою, кути заточування опорної багатогранної піраміди і робочого конуса при вершині наконечника знаходяться в інтервалі від 15° до 175°. Робоча частина наконечника в формі конуса дозволяє отримати зображення більшої глибини на заготовках з пружних матеріалів, чим при використанні наконечника, виконаного згідно першому варіанту при одних і тих же кутах заточування. Це пов'язано з тим, що площа поперечного перерізу 95659 12 наконечника конічної форми, що являє собою круг 8 (фіг.4), менше, ніж площа поперечного перерізу наконечника в формі піраміди, який являє собою багатогранник 9. Внаслідок того, що кругла форма кожної лунки однаково рівномірно відбиває світло з будь-якої точки огляду, використання робочої частини наконечника в формі конуса дозволяє підвищити якість і рельєфність зображення в цілому. Пристрій, виконаний за другим варіантом, простіший в виготовленні, на відміну від першого варіанта, і має меншу собівартість. Але разом з тим, в цьому варіанті вершина наконечника швидше зношується при роботі на таких матеріалах як камінь, скло, керграніт і т.д., чим за першим при одних і тих же кутах заточування робочої частини наконечника. Робоча частина наконечника в формі конуса має меншу поздовжню і поперечну жорсткість до ударних навантажень порівняно до першого варіанту, де жорсткість забезпечується ребрами піраміди. Як показали дослідження, в ударно-обертальному режимі роботи пристрій, виконаний за другим варіантом, забезпечує кращу якість отриманого зображення, чим в ударному режимі роботи, особливо при виконанні художньодекоративних зображень на поверхні пластично деформованих матеріалів. В залежності від структури і твердості поверхонь оброблених матеріалів для варіанта "конус на піраміді" на базі результатів експерименту пропонуються три діапазони рекомендованих кутів заточування робочої частини наконечника: - для обробки пластично деформованих матеріалів, таких як оргскло, метал, тверде дерево, пластик і т.д. - від 15° до 40° з допуском ±5°; - для крихких матеріалів з твердістю не більше п'яти одиниць за шкалою Мооса, таких як мармур, вапняк і т.д. - від 15° до 60° з допуском ±5°; - для крихких матеріалів з твердістю вище п'яти одиниць за шкалою Мооса, наприклад, граніт, базальт, габро, керграніт, скло і т.д. - від 100° до 175° з допуском ±5°. За третім варіантом наконечник виконаний як комбінація геометричних фігур: опорного зрізаного конуса 3 при основі наконечника і багатогранної робочої піраміди 4 при вершині наконечника (фіг.9). Кількість граней робочої піраміди - від трьох і більше, переважно до двадцяти, кути при вершинах граней і, і >3 (фіг.2), утворюючих робочу частину наконечника, можуть бути рівні, частково рівні або не рівні між собою, кут заточування як опорної, так і робочої частини наконечника знаходиться в інтервалі від 15° до 175°. На фіг.2 наведені приклади виконання робочої частини наконечника з рівними (фіг.2, а) і нерівними (фіг.2, б) кутами при вершинах граней. На фіг.9 наведений приклад виконання наконечника у вигляді "піраміда на конусі". При ударі наконечником такої форми на поверхні пластично деформованих матеріалів, таких як оргскло, метал, тверде дерево, пластик і т.д., отримуються мікропоглиблення, що повторюють форму самого наконечника, які придають зображенню багатовид мікрорельєфів. При цьому точкове зображення отримується більш високої 13 якості, ніж при використанні пристроюнайближчого аналогу. Робоча частина наконечника в формі піраміди дозволяє поліпшити якість точкового зображення на крихких анізотропних матеріалах, як камінь, скло і т.д., підвищити рельєфність і відбивну здатність отриманих поглиблень, внаслідок чого зображення отримує поліпшену світловідбивну структуру. Це дозволяє в підсумку підвищити якість отриманого зображення в цілому. На відміну від використання пристрою-найближчого аналогу, де максимальна кількість граней - десять, збільшення кількості граней піраміди в пропонованому пристрої дозволяє витримувати більш високі значення поздовжніх і поперечних зусиль, що виникають при ударі, а також підвищує стійкість наконечника до зруйнування. Чим менше кут заточування наконечника, тим глибшим і більш рельєфним отримується зображення. З цим зв'язано розширення діапазону кута заточування в меншу сторону, до 15°. Крім того пристрій з вершиною в формі піраміди дозволяє оброблювати матеріал в ударнообертальному режимі, де ребра піраміди грають роль різальних кромок інструмента, при цьому чим більша кількість граней піраміди, тим чистіше поверхня обробленого виробу і вище продуктивність обробки. На відміну від перших двох варіантів, виготовлення наконечника в формі "піраміда на конусі" технологічно простіше і дешевше, а отримана жорсткість і стійкість до ударних навантажень порівняні зі значеннями, які отримуються за першим варіантом, але перевершують за величиною значення, отримані за другим варіантом. Для третього варіанта, в залежності від структури і твердості поверхонь оброблюваних матеріалів на підставі результатів експериментів пропонуються три діапазони рекомендованих кутів заточування: - для пластично деформованих матеріалів, таких як оргскло, метал, тверде дерево, пластик і т.д., рекомендований кут заточування знаходиться в інтервалі від 15° до 60° з допуском ±5°; - для крихких матеріалів з твердістю від трьох до п'яти одиниць за шкалою Мооса, наприклад, мармуру, вапняку і т.д., рекомендований кут заточування знаходиться в інтервалі від 60° до 90° з допуском ±5°; - для обробки матеріалів з твердістю більше п'яти одиниць за шкалою Мооса, таких як граніт, скло, керграніт і т.д., рекомендований кут заточування знаходиться в інтервалі від 90° до 175° з допуском ±5°. За четвертим варіантом наконечник виконаний як комбінація геометричних фігур: опорного зрізаного конуса 3 при основі наконечника і робочого конуса 4 при вершині наконечника (фіг. 10). Кути заточування опорного конуса і робочого конуса при вершині наконечника знаходяться в інтервалі 15° до 175°. В окремому випадку (фіг. 11), при збіганні кутів заточування опорного і робочого конусів, отриманий пристрій має наконечник в формі конуса без розділяння на дві частини - опорну і робочу. Не 95659 14 виключається виконання тільки робочої частини наконечника в формі конуса, а опорна частина залишається без механічної обробки, тобто без надання їй будь-якої геометричної форми. При цьому зменшується час обробки робочої частини наконечника і пристрою в цілому, а також зменшується собівартість пристрою. Робоча частина наконечника в формі конуса дозволяє отримати зображення більшої глибини на заготовках з пружних матеріалів, чим при використанні наконечника, виконаного згідно першого і третього варіантів при одних і тих же кутах заточування. Внаслідок того, що кругла форма кожної лунки однаково рівномірно відбиває світло з будь-якої точки огляду, використання робочої частини наконечника в формі конуса дозволяє підвищити якість і рельєфність зображення в цілому. Пристрій, виконаний за четвертим варіантом, є найбільше технологічно простим в виготовленні, і, на відміну від першого, другого і третього варіантів, має найменшу собівартість. Але разом з тим, в цьому варіанті вершина наконечника швидше зношується при роботі на таких матеріалах як камінь, скло, керамограніт і т.п., чим в першому і третьому при одних і тих же кутах заточування робочої частини наконечника. Робоча частина наконечника в формі конуса забезпечує меншу поздовжню і поперечну жорсткість до ударних навантажень, ніж в формі піраміди. Як показали дослідження, в ударно-обертальному режимі роботи пристрій, виконаний за четвертим варіантом. Забезпечує кращу якість отриманого зображення, ніж в ударному режимі роботи, особливо при виконанні художньо-декоративних зображень на поверхні пластично деформованих матеріалів. В залежності від структури і твердості поверхонь оброблених матеріалів для варіанта "конус на конусі" на підставі проведених експериментів пропонується три діапазони рекомендованих кутів заточування робочої частини наконечника: - для обробки пластично деформованих матеріалів, таких як оргскло, метал, тверде дерево, пластик і т.д. - від 15° до 40° з допуском ±5°; - для крихких матеріалів з твердістю не більше п'яти одиниць за шкалою Мооса, таких як мармур, вапняк і т.д., - від 60° до 90° з допуском ±5°; - для крихких матеріалів з твердістю вище п'яти одиниць за шкалою Мооса, наприклад, граніт, базальт, габро, керграніт, скло, і т.д., - від 100° до 175° з допуском ±5°. Як показали дослідження, виконання наконечника як комбінації двох геометричних фігур дозволяє підвищити жорсткість, ударну міцність і динамічну стійкість наконечника пристрою в порівнянні з наконечником пристрою-найближчого аналогу. Зокрема, експериментально встановлено, що описане конструктивне рішення дозволяє підвищити продуктивність на 20%, робочий ресурс на 15%. У всіх перерахованих варіантах вершина 5 наконечника 4 пристрою може мати закруглення 11 (фіг. 16) з метою зменшення концентрації напруги в області вершини наконечника при гравіруванні і відповідного збільшення ударної стійкості і довговічності пристрою, при цьому форма поверхні закруглення може бути довільною, наприклад, будь 15 яка поверхня обертання третього порядку, з радіусом закруглення не більше 0,2 мм. Крім того, в варіантах виконання наконечника в формі піраміди (перший і третій варіанти) з метою зменшення концентрації напруг ребра 12 робочої піраміди, утворюючі вершину 5 наконечника, можуть бути частково затуплені, форма затуплення може бути довільною, наприклад, в випадку закруглення радіус округлення може знаходитися в діапазоні від 0, 035 мм до 0,2 мм, а довжина ходи дуги, утвореної на ребрі - від 0,055 мм до 0,3 мм. Процедура затуплення може бути виконана після заточування інструмента одночасно з операцією закруглення вершини. Експериментально встановлено збільшення робочого ресурсу інструмента на 20% при одноразовому заточуванні за допомогою операцій "закруглення" і "затуплення" з вищенаведеними параметрами. Наведемо приклади виконання робочих частин наконечника для обробки різних матеріалів. Приклад 1. Для нанесення півтонового малюнка на поверхню полімерного пластика з зовнішньою декоративною плівкою з трьох варіантів виконання найбільш переважним є голка з твердосплавним наконечником, виконаним за другим або четвертим варіантом, тобто з робочою частиною при вершині наконечника у вигляді конуса, з кутом заточування при вершині 15°-40° з допуском ±5°. При виготовленні наконечника конічної форми з твердого сплаву, пристрій буде дешевшим, але, як показують експерименти, алмазний наконечник забезпечує кращу якість зображення за рахунок ''заглиблення рельєфу", що пояснюється меншим коефіцієнтом тертя при заглибленні наконечника в пружно-пластичну поверхню. Разом з тим, наконечник із твердого сплаву, наприклад, ельбору, з таким же кутом заточування працює в два рази довше, оскільки в алмазного наконечника вища небезпека виникнення концентрації ударних напруг в області вершини і виникнення тріщин і відколів через високу твердість і крихкість. Приклад 2. Для нанесення художнього зображення на поверхню мармурової плитки із трьох варіантів виконання найбільш переважним є голка як з алмазним, так і з ельборовим наконечником, виконаним за першим або третім варіантом, у вигляді шестигранної піраміди з рівними кутами при вершинах граней і кутом заточування при вершині 85°±5°, при цьому голка, виконана за третім варіантом, дешевша і простіша в виготовленні, ніж за першим варіантом. Приклад 3. Для нанесення художнього зображення на поверхню чорного граніту, наприклад габро, що отримав широке застосування для виготовлення пам'ятників, з трьох варіантів виконання пристроїв з одним і тим же кутом заточування найбільш переважним з економічної і технічної точок зору є голка з алмазним наконечником, виконаним за першим і третім варіантами, але в формі піраміди з частково рівними або нерівними кутами при вершинах граней, утворюючих робочу частину наконечника. Необхідно зазначити, що граніт, як і мар 95659 16 мур, має багато різновидів, які відрізняються кристалічною структурою і показниками твердості, тому найбільш оптимальним є інструмент з алмазним наконечником, виконаним як піраміда з кількістю граней від восьми до дванадцяти і кутом заточування при вершині 100°-145° з допуском ±5°. Чим твердіше оброблюваний матеріал, тим більше рекомендується використовувати кількість граней піраміди, прямуючи, таким чином, до конусної форми наконечника з великим кутом заточування. Це стосується як алмазних, так і твердосплавних наконечників. Вибирання кута заточування в цьому діапазоні пояснюється аналізом силової взаємодії алмазного наконечника з поверхнею виробу і проведеними експериментами з утворення і розповсюдження тріщин в робочій частині алмазного наконечника при ударі його об тверду поверхню. На фіг. 12-14 наведені фотографії гравірувальних голок з алмазним наконечником, які використовувались при проведенні експериментів для нанесення художніх зображень а тверді поверхні в гравірувальних станках серії "График-ЗК", вироблених ООО НПФ "САУНО". Потрібно відмітити, що як показали результати експериментів, у всіх варіантах розширення діапазону кута заточування в верхню сторону до 175° дозволяє забезпечити максимальну продуктивність обробки і стійкість до руйнування, так як при збільшенні кута заточування площа утвореної лунки збільшується у порівнянні з пристроємнайближчим аналогом. Алмаз як абразивний матеріал більш ефективний при обробці матеріалів, які мають більшу твердість і крихкість, наприклад, граніту, габро, металокераміки, керамограніту, скла і т.д. твердий сплав ефективний для матеріалів з меншою твердістю і більшою в'язкістю, наприклад, пластику, дерева твердих порід, м'яких металів і сплавів. Для оцінювання зносостійкості, довговічності роботи, а також якості отриманих зображень на основі результатів експериментальних досліджень проводився порівняльний аналіз гравірувальних голок з алмазною робочою частиною і твердосплавною робочою частиною, виконаною з побідиту, гексаніту, ельбору і т.п. Як показують дослідження, у всіх випадках при роботі з твердими крихкими матеріалами строк експлуатації голок з алмазною робочою частиною більше, ніж голок з робочою частиною, виконаною з твердосплаву. Наприклад, голка з гексаніту або ельбору приходить в непридатність при ударному гравіруванні на гранітній плитці двох зображень розміром 300мм400мм і вимагає перезаточування, а голка з алмазною робочою частиною дозволяє виконати від трьох до двадцяти і більше зображень тих же розмірів і забезпечити при цьому більш високу якість отриманого зображення. Дослідження також показують, що стійкість до руйнування у наконечника пірамідальної форми вище, ніж у конічного при одних і тих же кутах заточування, а зі збільшенням числа граней робочої частини наконечника стійкість до руйнування вершини підвищується. Площа отриманої лунки при пірамідальній формі наконечника більша, а глибина лунки менша, ніж у наконечника форми конуса. 17 З збільшенням кута заточування робочої частини наконечника пристрій працює більш стало. Чим більше кількість граней піраміди наконечника пристрою, тим він складніший і дорожчий, але при цьому він більш сталий до ударних діянь. Оптимальне положення пристрою з пірамідальною формою наконечника в голкотримачі - збіг ребра робочої піраміди з напрямком поздовжнього руху пристрою. В цьому випадку досягається максимальна довговічність пристрою і його стійкість до ударних руйнуючих діянь. Положення пристрою в голкотримачі забезпечується, зокрема, за допомогою риски, виконаної на тілі пристрою, яка дозволяє здавати його потрібне просторове положення. Крім того, риска може грати роль ідентифікатора пристрою для захисту від несанкціонованого копіювання. Оптимальною умовою якості і ефективності роботи пристрою, при якій забезпечується максимальне руйнування поверхні і стійкість алмазного наконечника до руйнування, є строга перпендикулярність поздовжньої осі симетрії наконечника, що проходить через його вершину, до площі обробленої поверхні в точці дотику. Ця умова є вирішальною при обранні геометричних форм і розмірів хвостовика і корпуса гравірувального пристрою для ударного і ударнообертального режимів роботи. Керівництвом до вибору оптимальних геометричних розмірів гравірувального пристрою також є зменшення його маси при потрібній жорсткості і динамічній стійкості. Слід враховувати також геометричні розміри голкотримача, електромеханічного віброгенератора і всіх елементів, які мають відношення до гравірувального пристрою. Виходячи з того, хвостовик 1 і корпус 2 можуть мати в загальному випадку довільні геометричні форми. При цьому відношення довжини перерізу хвостовика 1 до площі перерізу 95659 18 корпуса 2 конкретно визначається технічними умовами застосування пристрою, а також розмірами кристалів, застосованих при виготовленні робочої частини. Проведені теоретичні розрахунки і експериментальні дослідження показали, що при виконанні хвостовика і корпуса в циліндричній формі, відношення діаметра хвостовика до діаметра корпуса лежить в інтервалі від 0,2 до 1,2, а відношення довжини хвостовика до довжини корпуса лежить в інтервалі від 0,12 до 2,8. В випадку виконання хвостовика циліндричної форми не виключається нанесення кріпильної різьби для його кріплення (фіг. 14). Робота з пропонованим пристроєм для всіх варіантів виконується наступним чином. Пристрій закріплюють хвостовиком в голкотримач (на фіг. 1 не показаний). Пристрій здійснює коливальні, а в випадку ударно-обертальної технології гравірування ще і обертальні рухи згідно керуючим командам, що надходять з блока керування станка. При цьому наконечник робочою частиною ударяється в оброблювану поверхню і залишає упорядковану послідовність поглиблень відповідної форми при роботі на пружному матеріалі або невизначеної форми при роботі на крихких матеріалах, руйнуючи поверхню з частковим зняттям шару матеріалу. Блок керування забезпечує вільне переміщення пропонованого пристрою відносно оброблюваної поверхні в робочій зоні станка за всіма трьома просторовими координатами Χ, Υ, Ζ. Запропонований пристрій дозволяє забезпечити оптимальні режими при нанесенні зображень на тверді поверхні, підвищити продуктивність і якість отриманого зображення, а також зменшує собівартість продукції і збільшує строк експлуатації пристрою. 19 95659 20 21 95659 22 23 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 95659 Підписне 24 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601