Процесс лаппинга: точное финишное завершение поверхностей

Лаппинг — популярная операция для различных финишных операций поверхностей, использующая свободные абразивные порошки как режущие средства. Выполняется обычно на низких скоростях. Механический процесс для изделий, требующих очень жестких допусков по плоскости, параллельности, толщине или чистоте.

Применение: режущие инструменты, печатное оборудование, передаточная техника, штамповка, ковка. В статье: определение, применение, функция, схема, операции, принцип работы, типы, преимущества и недостатки лаппинга. Также о лаппинговых станках и их процессах.

Что такое лаппинг?

Лаппинг — процесс точного удаления материала с заготовки (образца) для получения требуемого размера или формы. Выполнялся на многих применениях и материалах: металлы, стекло, полупроводники, оптика, керамика, геологические образцы, драгоценные камни, минералы.

Также финишный процесс с свободным абразивом. Может выполняться после шлифования для создания высокоточной поверхности. Похож на шлифование и хонинг, но использует свободные абразивные частицы вместо связанных (шлифовальный круг).

Лаппинг обычно удаляет 0,03–0,003 мм с заготовки. Техники лаппинга (и полировки) дают большие преимущества за счет точности и контроля удаления материала.

Лаппинговые станки

Специальные станки высокоточной финишной обработки, использующие суспензию абразивных частиц с маслом или водой. Суспензия — жидкий режущий инструмент, образует абразивную пленку между лаппинговой пластиной и обрабатываемой деталью.

Станки создают плоские поверхности обычно до 0,001 мм с чистотой лучше Ra 0,01. В процессе заготовка постепенно удаляется катящимся и скользящим действием абразивных зерен между лаппинговым кругом и заготовкой. Удаленный материал и суспензия сливаются со стола.

Два типа плоских систем лаппинга и полировки: односторонние и двусторонние. Односторонние — за раз обрабатывается только одна сторона заготовки. Несколько сторон можно обработать последовательно, по одной за раз. Двусторонние — две стороны одновременно. Несколько сторон — только по две за раз.

Применение лаппинга

Промышленность: аэрокосмическая, автопром, электроника. Различные применения:

• Гидравлика и пневматика: литья, клапанные пластины, уплотнения, корпуса цилиндров, скользящие пластины
• Производство насосов: лопатки, рабочие колеса, уплотняющие поверхности, вращающиеся клапаны
• Трансмиссионное оборудование: сцепные диски, шестерни, распорки, прокладки
• Штамповка и ковка: боссы, распорки, пластины, молотки типов
• Режущие инструменты: режущие пластины, резец для расщепления
• Печатное оборудование: печатные пластины, новые или регенерируемые
• Контрольно-измерительное оборудование: эталонные блоки, наковальни микрометров, контрольно-измерительные пластины, оптические плоские
• Аэрокосмические компоненты: гироскопические компоненты, уплотнения, застряхивающие пластины

Применение огромно, так как можно обрабатывать почти все материалы: керамика, стекло, дерево, даже хрупкие материалы.

Функция лаппинга — достижение экстремально высокой точности формы и размеров и хорошего качества поверхности.

Операции на лаппинговых станках

• Модификация чистоты поверхности, обычно улучшение качественных значений поверхности и подповерхности (более гладкие)
• Плоскость (геометрия) поверхности становится плоской или сферической по контуру на лаппинговом станке
• Удаление материала
• Пассивная форма шлифования (низкое давление, низкая скорость, низкая скорость удаления)
• Лаппинг используется на плоских поверхностях, не на сферических формах или контурах
• Требуется определенное перемещение со стороны инструмента (лаппинговой пластины), заготовки или обоих
• Станки специально для материалов с высокими допусками
• Полировка материала

Принцип работы

Прост и понятен. Лаппинговый станок состоит из 5 основных компонентов: вращающийся стол (лаппинговая пластина), несколько обкатных колец, верхний пресс (topweight), суспензия (инструмент) и сам станок.

Управление, двигатель, охлаждение, фильтр и вспомогательные компоненты размещены в корпусе станка. Лаппинговая пластина приводится в вращение двигателем, обкатные кольца вращаются автоматически вместе с пластиной. Пластина обычно из качественного мягкого чугуна, иногда медь и другие мягкие металлы.

Функция обкатных колец — удерживать заготовку. Кольца распределяют износ равномерно по лаппинговой пластине, увеличивая ее ресурс. Специальные кольца для специфических операций: цилиндрические, особенно длинные детали.

Верхняя пластина давит заготовку вниз для абразивного действия. Может быть простыми крышками или механическими поршнеподобными крышками. Суспензия из абразивных материалов (алмаз, углерод) с жидкой основой (масло или вода). Подается между лаппинговой пластиной и верхней пластиной, равномерно распределяется вращением пластины. Микроскопические абразивы, взвешенные в жидкости, таскаются и катятся по поверхности удерживаемых деталей, шлифуя любые микронеравномерности поверхности детали.

Типы лаппинга

Определяются действием трения: вручную или станком.

Ручной лаппинг

Операция вручную: заготовка терется по лаппинговой пластине рукой. Пластина сначала покрывается абразивным материалом в виде пасты. Затем заготовка терется по пластине вручную с малым давлением.

Станочный лаппинг

Вращающаяся лаппинговая пластина и обкатные кольца, как в принципе работы. Кольца удерживают заготовку, вращают и терут её о лаппинговую пластину. Для финишной обработки больших партий однотипных деталей.

Преимущества и недостатки лаппинга

Преимущества

• Высокая точность размеров
• Уточнение чистоты поверхности
• Исправление несовершенной формы
• Создание плотного сочетаения сопрягаемых поверхностей
• Экстремальная точность плоскости и параллельности при одновременном лаппинге обеих сторон плоской заготовки
• Снятие внутренних напряжений
• Меньше тепла по сравнению с большинством других финишных процессов
• Фиксирующие устройства не требуются. Искажение заготовки не происходит

Недостатки

• Дорогой процесс
• Медленный процесс
• Требуется полуквалифицированный оператор
• Высокая начальная стоимость станка
• Процесс только для плоских поверхностей
• Высокие затраты на обслуживание
• Из-за низкой производительности операционные затраты могут быть высокими

Заключение

Лаппинг — очень важный финишный процесс в современной промышленности. Удаляет 0,03–0,003 мм с заготовки. Техники лаппинга (и полировки) дают большие преимущества за счет точности и контроля удаления материала. В статье: определение, применение, операции, принцип работы, типы лаппинга, преимущества и недостатки.