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.

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.

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.

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