Мастер технологии обработки металла

Технология изготовления одного геометрического тела внутри другого очень увлекательна. И чем больше фигур находятся одна в одной, тем сложнее их изготовить.
Мастеру удалось научиться создавать тела, имеющие семь уровней. То есть внутри одной фигуры вытачиваются шесть других.
Вот примеры работ:
На прикрепленных фото – кубики со стороной 50мм, разделенные и неразделенные:

Додекаэдры внутри шара диаметром 31мм (4 уровня):

Додекаэдры внутри шара диаметром 50мм (6 уровней):

Додекаэдры внутри шара диаметром 63мм (7 уровней):

Внутри гайки выточена другая гайка:

Я начинал делать кубики и шарики, рассказывает Иван, 10 лет назад на ручном станке. Это действительно был кропотливый труд, на грань кубика уходило около 2 часов работы. У куба 6 граней, общее время обработки было около 12 часов. С многогранником в шаре все еще сложнее – уже 12 граней у додекаэдра, и 20 – у икосаэдра. Работая по паре часов в день в гараже по вечерам, на додекаэдры в шаре уходило до недели труда. Ошибка из-за усталости, например, приводила к браку. И все начиналось сначала!

Заготовка шара закреплена в специальном патроне станка с ручным управлением.

Поэтому я построил ЧПУ токарный станок, который разгружает от рутины и снижает вероятность человеческой ошибки. Однако, ошибок в программе, в режимах обработке, или плохого закрепления заготовки ЧПУ станок не прощает:

Основные этапы построения токарного станка с ЧПУ изложены в теме https://www.chipmaker.ru/topic/215264/
Есть более подробная тема на англоязычном форуме. Но станок – это еще не все. Нужна модель изделия, технологическая цепочка, программа для станка, оснастка, позволяющая закреплять заготовку и ориентировать деталь для обработки следующей грани с допустимой погрешностью, нестандартный режущий инструмент. Фото моего станка с набором инструмента, необходимого для изготовления куба в кубе. Я использую три инструмента, гнездо 4-го инструмента не задействовано.
Заготовку куба можно зажимать в разрезной втулке (как на фото), а можно и в четырех-кулачковом патроне:

После станочной обработки следует удаление внутренних заусенцев со всех граней, очистка, полировка внутренних труднодоступных деталей. Мастер, потративший неделю своего времени на изготовление уникального образца на станке с ручным управлением, может потратить еще пару часов на “наведение блеска”. При использовании станка с ЧПУ именно ручные операции требуют слишком много времени, и по возможности, подлежат автоматизации. На первое место выходит технология – пошаговый процесс, позволяющий получить устраивающий результат за минимальное время с минимальным количеством операций. Этапы изготовления додекаэдра в шаре:

Шар-заготовка вытачивается из прутка на станке с ЧПУ. На видео – вытачивание полусферы. Затем полусфера переворачивается, закрепляется в держателе с ответной сферической поверхностью, и обрабатывается вторая половина шара. На вытачивание полусферы уходит 3-5 минут станочного времени, в зависимости от размера шара.
youtube.com/watch?v=73clOyYkPpQ&feature=youtu.be&list=UU3voBEoD0pqu1kqYFsMCTQw

Затем вручную размечаются и сверлятся 12 пилотных отверстий, по количеству граней додекаэдра. Затем опять наступает очередь станка с ЧПУ, с помощью которого последовательно обрабатываются 11 граней из 12. Одна грань обрабатывается 3-10 минут, в зависимости от объема и сложности работ. Пример обработки одной стороны. На этом видео показано точение «гайки в гайке» - более простой фигуры. Поэтому время обработки одной грани составляет всего полторы минуты.
youtube.com/watch?v=BJ4uL3e-JUo&feature=youtu.be&list=UU3voBEoD0pqu1kqYFsMCTQw

Перед обработкой последней грани будущие многогранники должны быть надежно закреплены внутри детали, чтобы после их разделения они не начали непредсказуемо вращаться внутри, разрушая самих себя и ломая инструмент. Некоторые мастера заливают внутренности шара расплавленным сургучом, канифолью, термоклеем. Я, как и многие другие, пользуюсь расплавленным парафином. После того, как парафин застыл, и был охлажден в холодильнике, можно обрабатывать последнюю грань. Эта грань точится с щадящими режимами точения, так как механическая прочность парафина, склеивающего внутренние поверхности, невелика. Соответственно, эта грань требует 5-15 минут на обработку. Затем шар прогревается горячим воздухом из строительного фена для удаления парафина, и промывается в растворителе. Механическая очистка и удаление заусенцев происходит во вращающемся барабане, как в стиральной машине, только без воды. Шарики перекатываются внутри, все внутренние фигуры испытывают многократные соударения, которые и удаляют налипшую стружку и заусенцы. Время обработки в первом барабане – от 15 до 45 минут, в зависимости от материала (латунь, например, требует меньшего времени обработки), и размера фигуры. Процесс идет без участия человека, одновременно обрабатываются по 4-5 деталей. Затем проводится более тонкая очистка и легкая полировка во втором барабане с сухим полирующим порошком. Эта стадия требует 30 мин – 1 часа времени. Одновременно обрабатываются 2-3 детали. Если положить больше деталей одновременно, они могут оставлять царапины друг на друге. Можно использовать большой барабан, в который потребуется загружать больше порошка. Конечная операция – полировка поверхности шара. Делается вручную на войлочном круге с пастой ГОИ. Затем – промывки в бензине и в горячей воде с мылом. Итого, на изготовления крупного шара 63мм с шестью додекаэдрами внутри может уходить около 3 часов моего времени – это без учета обработки в барабанах. Но там мое участие сведено к минимуму.
А на изготовление, например, кубика с стороной 25мм, требуется где-то 45 минут. Гайки тоже делаются быстро. В процессе обработки деталь сильно теряет в весе. Например, алюминиевый шар диаметром 63мм с шестью додекаэдрами внутри весит 37 грамм, всего 7% от веса заготовки. А 93% массы материала уходит в стружку!

Обработка дерева требует других режимов резания – скорости реза и съёма материала. Для обработки деревянных деталей я использую скоростной шпиндель в качестве инструмента. На видео производится обработка куба из древесины клёна размером 72мм. youtube.com/watch?v=ZrMXztSBqwc&feature=youtu.be&list=UU3voBEoD0pqu1kqYFsMCTQw

Статья, фото и видеоматериалы предоставлены автором – Иваном Кочкиным (gone4beer@mail.ru)