Повышение эффективности доводки заготовок из кварца путем управления физико-химическими свойствами абразивных суспензий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Славина, Елена Вячеславовна

• Славина, Елена Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Славина, Елена Вячеславовна

Введение.

Глава 1. Процессы доводки абразивными суспензиями.

Глава 2. Физико-химические процессы в контакте «притир - абразивная суспензия - заготовка».

Глава 3. Влияние свойств и составов абразивных суспензий на производительность и качество доводки кварцевых заготовок.

3.1. Методики исследования реологических и структурно-механических свойств абразивных суспензий.

3.2. Методики исследования физико-химических и коллоидных свойств абразивных суспензий. 52.

3.3. Методики технологических испытаний суспензий при доводке кварцевых кристаллических элементов (ККЭ).

Глава 4. Влияние реологических и структурно-механических характеристик абразивных суспензий на производительность доводки и качество обработанной поверхности ККЭ.

Глава 5. Технологические принципы обеспечения заданных производительности и качества доводки ККЭ путем управления свойствами абразивной суспензии.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности доводки заготовок из кварца путем управления физико-химическими свойствами абразивных суспензий»

Широкое применение в радиоэлектронной промышленности кварцевых кристаллических элементов требует постоянного совершенствования технологии их производства, имея в виду рост объемов выпуска и повышения их электрофизических показателей. В обеспечении заданной частоты и амплитуды колебаний ККЭ на протяжении срока эксплуатации определяющим является микрогеометрия пластины: величина шероховатости, толщина слоя кварца с нарушенной структурой. В процессе распиловки заготовки кварца алмазным отрезным кругом толщина нарушенного слоя достигает 0,2 -0,25 мм. При абразивной доводке суспензией заготовок из кварца наряду с удалением дефектного слоя происходит деформация кристаллической решетки на глубину до 0,18 мм, при использовании суспензии абразивного порошка А1203 мкм. Наряду с формированием однородной поверхности ККЭ необходимо обеспечить требуемую геометрию при заданной производительности.

Серьезной проблемой при доводке ККЭ на плоскодоводочных станках является широкое применение в качестве дисперсионной среды абразивной суспензии керосино-масляных смесей, что создает пожаро- и взрывоопас-ность производства, резко ухудшает экологические показатели производства.

Отсутствие научно-обоснованных принципов создания абразивных суспензий для доводки ККЭ является сдерживающим началом в совершенствовании технологии доводки свободным абразивом.

Проведение исследований, раскрывающих физико-механическую сущность явлений, сопровождающих процесс доводки ККЭ абразивной суспензией, позволит разработать технологические принципы их создания для заданных показателей обработки.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Славина, Елена Вячеславовна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследованы процессы, протекающие в контакте «притир - абразивная суспензия - заготовка», влияющие на основные показатели доводки ККЭ.

Установлено влияние структурно-механических, реологических характеристик абразивных суспензий, физико-химических свойств их дисперсионных сред на съем материала, шероховатость обработанной поверхности.

2. Абразивная суспензия в контакте «притир - заготовка» представляет собой коллоидную систему, характеризующуюся структурно-механическими и реологическими параметрами: предельное значение напряжения разрушения, эффективная вязкость, которые регламентируют прочность удержания абразивных зерен в слое, среднее расстояние между абразивными зернами и способность стабилизировать структуру слоя при накоплении в нем продуктов диспергирования.

3. Впервые показана возможность повышения режущей способности суспензии при доводке путем гетеростабилизации зерен абразива частицами разрушения кварца за счет введения в состав дисперсионной среды компонентов, обеспечивающих требуемое соотношение ^-потенциалов частиц абразива и кварца.

4. Разработаны методики определения основных структурно-механических, реологических и электрофизических свойств абразивных суспензий, позволяющие целенаправленно вести подбор их компонентов.

5. Установлена зависимость режущей способности абразивной суспензии при доводке кварца от структурно-механических, реологических и характеристик. Режущая способность абразивной суспензии повышается с ростом пределов статического и динамического напряжений сдвига, что адекватно увеличению силы фиксации абразивного зерна под притиром.

6. Разработан состав суспензии для доводки ККЭ, имеющий в 1,5 -5- 1,7 раза более высокую режущую способность, чем применяемый в промышленности, при одновременном снижении в 2,5 раза содержания микропорошка электрокорунда.

7. Разработан алгоритм технологии подбора состава абразивной суспензии для доводки ККЭ в соответствии с требованиями производства.

Разработаны и реализованы технологические принципы создания состава абразивной суспензии для доводки изделий из кварца, обеспечивающего требуемую производительность и шероховатость обработанной поверхности. Технологические принципы могут быть положены в основу создания абразивных суспензий для доводки кварцевых элементов на стадии разработки технологического процесса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Славина, Елена Вячеславовна, 2012 год

1. Отделочно-абразивные методы обработки : справочное пособие / J1. М. Кожуро и др. ; под ред. П. С. Чистосердова. Минск : Выэйшая школа, 1983.-287 с.

2. Ахматов, А. С. Молекулярная физика граничного трения / А. С. Ах-матов. М. : Физматлит, 1963. - 472 с.

3. Крагельский, И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский. М. : Машиностроение, 1968. - 478 с.

4. Боуден, Ф. П. Трение и смазка твердых тел / Ф. П. Боуден, Д. Тейбор. -М. : Машинотсроение, 1968. 543 с.

5. Кащеев, В. Н. Абразивное разрушение твердых тел / В. Н. Кащеев. -М. : Наука, 1970.-247 с.

6. Хрущов, М. М. Абразивное изнашивание / М. М. Хрущов, М. А. Бабичев. -М. : Наука, 1970. 251 с.

7. Хрущов, М. М. Исследование изнашивания металлов / М. М. Хрущов, М. А. Бабичев. М. : Изд-во АНСССР, 1960. - 351 с.

8. Rabinowitsz, Е. Resistance Thermomenter for Transent High. -Temperature Studies / E. Rabinowitsz. J. of Appl. Phusics, 1956, Vol. 27, N 1. -P. 97-98.

9. Rabinowitsz, E. Triction and Wear of materials / E. Rabinowitsz. N 1. P. 244-250.

10. Ребиндер, П. А. Значение физико-химических процессов при механическом разрушении и обработке твердых тел в технике / П. А. Ребиндер // Вестник АНСССР, 1990, вы. 8, 9.

11. Кузнецов, В. Д. Поверхностная энергия твердых тел / В. Д. Кузнецов. М. : Гостехиздат, 1954. - 220 с.

12. Перцов, Н. В. Физико-химическое влияние среды на процессы деформации, разрушения и обработки твердых тел : обзор / И. В. Перцов, Е. Д. Щукин // Физическая химия обработки материалов, 1970. № 2. - С. 60 - 82.

13. Rightmire, В. The Institution of Mechanical Engineers Proceedings of the Conference on Lubrication and Wear / B. Rightmire, B. London, 1957. -292 p.

14. Ребиндер, П. А. Физический энциклопедический словарь / П. А. ре-биндре, П. И. Влодавец. М. : Советская энциклопедия, 1965. - Т. 4. - С. 56.

15. Mulhearn, Т. О. The Abrasion of Metals : a Model of the Process / Т. O. Mulhearn, L. E. Samuels. Wear, 1962, Vol. 5. - P. 201 - 204.

16. Гленсдорф, П. Термодинамическая теория структуры, устойчивость и флуктуации / П. Гленсдорф, И. Прижогин. М. : Мир, 1973. - 280 с.

17. Харитонов, А. И. О некоторых методах контроля асферических волновых фронтов с помощью интерферометра сдвига / А. И. Харитонов, В. А. Горшков, Е. С. Симонова // Оптико-механическая промышленность. -1976.-№7.-С. 53 -59.

18. Ходаков, Г. С. Разрушение прозрачных диэлектриков лазерным излучением : обзор / Г. С. Ходаков, JI. С. Цеснек // Оптико-механическая промышленность. 1970. - № 9. - 55 с.

19. Цеснек, Л. С. Механика и микрофизика формирования оптических поверхностей / Л. С. Цеснек // Оптико-механическая промышленность. -1970. № 8.-С. 60-69.

20. Цеснек, Л. С. Статическая интерпретация механического изнашивания трущихся тел / Л. С. Цеснек // Контактные взаимодействия твердых тел, расчет сил трения и износа. М. : Наука, 1971. - 253 с.

21. Поверхностная прочность материалов при трении / Б. И. Костецкий и др. ; Под общ. ред. д-ра техн. наук. Б. И. Костецкого. Киев : Техшка, 1976.-296 с.

22. Костецкий, Б. И. Металлофизические проблемы надежности и долговечности машин / Б. И. Костецкий, Л. И. Бердшанский // Металлофизика : сборник. Вып. 48. - Киев : Наукова думка, 1973.

23. Пинакер, 3. П. Дифракция электронов / 3. П. Пинакер. М. : Изд-во АНСССР, 1949.-403 с.

24. Костецкий, Б. И. Пластическое деформирование и вторичные явления при контакте трущихся металлов / Б. И. Костецкий, Н. П. Пустоварова // Сухое трение : сборник. Рига : Изд - во АН ЛатвССР, 1961.

25. Трусков, П. Ф. Физико-химическое изменение в металле при трении / П. Ф. Трусков // Трение, смазка и износ деталей машин : сборник. Вып. III. - Киев : Изд-во КИТ РФ, 1962.

26. Гребенщиков, И. В. Роль химии в процессе полировки / И. В. Гребенщиков // Социалистическая реконструкция и наука. Вып. 2. - М. : ГОН-ТИ, 1936.

27. Качалов, И. Н. Технология шлифовки и полировки листового стекла / И. Н. Качалов. М. : Изд-во АН СССР, 1958.

28. Шубников, А. В. Элементарные механические явления при шлифовании и полировании / А. В. Шубников // Качество поверхности деталей машин : сборник. М. : Изд-во АН СССР, 1957. - Вып. 3.

29. Масловский, В. В. Полирование металлов и сплавов : учебное пособие / В. В. Масловский, П. Д. Дудко. М. : Высшая школа, 1974. - 256 с.

30. Шумячер, В. М. Физико-химические процессы финишной абразивной обработки : монография / В. М. Шумячер ; ВолгГАСУ. Волгоград, 2004.- 161 с.

31. Смазочные материалы для обработки металлов резанием / Н. Н. Курчик и др.. М. : Химия, 1972.

32. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении : справочник / Под ред. И. Г. Космачева. Л. : Ленинград, 1966. - 554 с.

33. Левин, В. И. Краткий справочник шлифовщика / В. И. Левин. М. Машиностроение, 1968. - 135 с.

34. Шумячер, В. М. Режущая способность абразивной суспензии при доводке / В. М. Шумячер, О. И. Пушкарев // Технология машиностроения. -2006.-№ 2.-С. 18-19.

35. Орлов, П. Н. Абразивная доводка деталей приборов и машин : учебное пособие / Т. Н. Орлов ; под ред. П. В. Сыроватченко. М. : МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1984. - 1984. - 48 с.

36. Lichtenberger. Die Spanneugenleis-tung beim Flachlappen, Werkstuttstechnik und Maschinenbau. 1995. Jr 45 Heft 4. - S. 145 - 153.

37. Воженин, И. H. Современные представления о причинах переориентации поверхностей заготовки в процессе ее двухсторонней обработки / И. Н. Воженин, П. Ю. Медведев // Электронная техника. 1984. - сер. 5. - Вып. 4 (57).-С. 51-53.

38. Шумячер, В. М. Совершенствование процесса доводки кварцевых кристаллических элементов / В. М. Шумячер, А. П. Позднышева // Радиопромышленность. М. : Изд-во НИИ экономики и информации по радиоэлектронике, 1991. -№ 3. - 13 с.

39. Смазочные материалы для обработки металлов резанием / И. И. Курчик и др.. М. Химия, 1979.

40. Кедров, С. М. Средства повышения производительности доводки металлов / С. М. Кедров // Станки и инструмент. 1954. - № 6. - С. 8 - 10.

41. Лихтман, В. И. Физико-химическая механика металлов / В. И. Лихтман, Е. Д. Щукин, П. А. Ребиндер. М. : Изд-во АН СССР, 1982. - 212 с.

42. Абразивная и алмазная обработка материалов : справочник / А. Н. Резников и др. ; под ред. А. Н. Резникова. М. : Машиностроение. 1977 -391 с.

43. Отделочные операции в машиностроении : справочник / П. А. Ру-денко и др. ; под ред. П. А. Руденко. 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Тэх-ника. 1990.- 150 с.

44. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении : справочник / под ред. И. Г. Космачева. Л. : Лениздат, 1966. - 544 с.

45. Орлов, П. Н. Процессы доводки прецизионных деталей пастами и суспензиями / П. Н. Орлов, Ю. И. Нестеров, В. А. Лопухин. М. : Машиностроение, 1975.

46. Ящерицын, П. И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов / АН БССР; П. И. Ящерицыи, А. Г. Зайцев, А. И. Барботь-ко. М. : Наука и техника. 1976. - 328 с.

47. Кремень, 3. И. Абразивная доводка / 3. И. Кремень, А. И. Павлю-чук ; под ред. Г. Ф. Кудасова. Л. : Машиностроение, 1967. - 116 с.

48. Масловский, В. В. Технология обработки на доводочно-притирочных станках / В. В. Масловкий. 3-е изд., перераб. - М. : Высшая школа, 1979,- 152с.

49. Билик, Ш. М. Абразивно-жидкостная обработка металлов / Ш. М. Билик. М. : Машгиз, 1960. - 198 с.

50. Серебренник, Ю. Б. Алмазы и алмазные инструменты : конспект лекций / Пермский политехнический институт ; кафедра станков и инструментов ; Ю. Б. Серебренник, Б. Н. Вайнштейн. Пермь : Редакционно-издательсткий отдел ППИ, 1972. - С. 51 - 52.

51. Ящерицын, П. И. Качество поверхности и точности деталей при обработке абразивными инструментами / П. И. Ящерицыи. Минск. Гос. изд-во БССР, 1959. - 230 с.

52. Гарбер, М. И. Декоративное шлифование и полирование / М. И. Гарбер. 2-е изд., доп. и перераб. - М. : Машиностроение. 1964. - 192 с.

53. Алмазно-абразивная доводка деталей : (обзор) / Мин-во станкостроительной инструментальной промышленности : Главное техническое управление; НИИМАШ; П. Н. Орлов. М. : НИИМАШ, 1972. - 200 с.

54. Ваксер, Д. Б. Плоская алмазная доводка деталей из технической керамики / Д. Б. Ваксер, Н. В. Никитков, В, Б. Рабинович. Л. : Ленинградский дом научно-технической пропаганды, 1978. - 24 с.

55. Технология обработки абразивным и алмазным инструментом: учебник для вузов / 3. И. Кремень и др. ; под общ. ред. 3. И. Кремня. -Л. : Машиностроение, 1989. -207 с.

56. Дудко, П. Д. Доводка стальных деталей свободным абразивом с осциллирующим движением притира / П. Д. Дудко // Высокопроизводительное шлифование / АН СССР, Ин-т машиноведения; отв. ред. Е. Н. Маслов. М. : Изд-во АН СССР, 1962. - С. 169 - 175.

57. Дудко, П. Д. Эффективность применения алмазных паст при обработке прецизионных деталей / П. Д. Дудко, И. Ш. Невлюдов, Ю. Ф. Назаров //Синтетические алмазы ключ к техническому прогрессу. Ч. 1. / АН УССР,

58. Ин-т сверхтвердых материалов ; под ред. В. II. Бакуля. Киев: Наукова думка, 1977. - 332 с. : ил. + Табл. - С. 280 - 282.

59. Физико-химические явления при шлифовании / Самсонов Г. В. и др.; АН УССР, Ин-т проблем материаловедения. Киев : ИМП, 1976. - 196 с. : ил. + Табл. - Библиогр.: С. 192- 193.

60. Золотников, И. И. Силикаторганические СОЖ опыт разработки и перспективы применения : (обзор) / И. И. Золотников // Трение и износ. -2006. - Т. 27 (№ 3). - С. 318 - 329.

61. Орлов, П. Н. Технологическое обеспечение качеств деталей методики доводки. М. : Машиностроение, 1988. - 384 с.

62. Кремень, 3. И. Выбор оптимальных условий абразивной доводки // Вестник машиностроения. 1960. - № 5. - 48 - 49.

63. Доводка прецизионных деталей машин / П. И. Орлов и др. ; Подtред. Г. М. Ипполитова. М. : Машиностроение, 1978. - 256 с.

64. Mulhearm, Т. О. The abrasion of Metals : a Model of the Process / Т. O. Mulhearm. Wear, 1962, Vol 5. - P. 478 - 498.

65. Archard, J. E. Single Contacts / J. E. Archard. Stochholm, H. Gebers, 1946.-P. 393 -398.

66. Davies, R. Proceedings of the Symposium of Friction and Wear / R. Da-vies. Detroit, 1957, Amsterdam, 1959.-P. 174-181.

67. Харитонов, А. И. О некоторых методах контроля асферических волновых фронтов с помощью интерферометра сдвига / А. И. Харитонов, В. А. ГоршковБ Е. С. Симонова // ОМП. 1976. - № 7. - С. 53 - 56.

68. Цеснек, JI. С. Статистическая структурная модель поверхностного деформирования и разрушения при трении / J1. С. Цеснек // Изв. ВУЗов. Физика. 1972. - № 4. - С. 85 - 90.

69. Цеснек, JI. С. Статистическое описание поверхностного деформирования и разрушения при трении / J1. С. Цеснек // О природе трения твердых тел. Минск : Наука и техника, 1971. - С. 86 - 94.

70. Цеснек, JI. С. Физико-статистическая интерпретация абразивного шлифования твердых тел / J1. С. Цеснек // Износ и антифрикционные свойства материалов. М. : Наука, 1968. - С. 5 - 45.

71. Bertalanffy, L. General Systems Theory / L. Bertalanffy. Penyuin, London, 1971.-273 p.

72. Гаршин, А. П. Абразивы и материалы конструкционного назначения на основе карбида кремния : учебное пособие / А. П. Гаршин, В. М. Шу-мячер, О. И. Пушкарев ; Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет. Волгоград, 2008. - 189 с.

73. Пушкарев, О. И. Методы и средства контроля физико-механических характеристик абразивных материалов : монография / О. И. Пушкарев, В. М. Шумячер ; Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет. Волгоград, 2004. - 144 с.

74. Кочанова, JT. А. Влияние среды на микропластичность и микрохрупкость ионных кристаллов / JI. А. Кочанова и др. // Физика и химия обработки материалов. 1990. - № 3. - С. 92 - 101.

75. Власова, Н. В. Электронный парамагнитный резонанс в механически разрушаемых твердых телах / Н. В. Власова, Н. Г. Каказей. Киев : Нау-кова думка, 1987. - 157 с.

76. Маслов, В. П. Влияние физических свойств хрупких неметаллических материалов на их обрабатываемость / В. П. Маслов // Алмазы и сверхтвердые материалы. 1983. - № 2. - С. 7 - 9.

77. Кройт, Г. П. Наука о коллоидах / Г. П. Кройт. М. : «Иностранная литература», 1955. 262 с.

78. Меркушев, О. М. О гетеростабилизации дисперсий / О. М. Мерку-шев, О. А. Морозов, И. С. Лавров // Коллоидный журнал. Т. XXXIV. - № 1, 1972.-С. 144-149.

79. Кондратьев, А. С. Транспортирование водо-угольных суспензий / А. С. Кондратьев. М. : Недра, 1988. - 212 с.

80. Laskowski, J. S. Coal flotation and fine coal utilization / J. S. Laskowski. Amsterdam Elesevier, 2001. - 352 p.

81. Рейнер, M. Десять лекций по теории реологии / М. Рейнер ; ОГИЗ. -М. : Гостехиздат, 1947. 135 с.

82. Ходаков, Г. С. Реология суспензий. Теория фазового трения и ее экспериментальное обоснование / Г. С. Ходаков // Российский химический журнал хим. об-ва им. Д. И. Менделеева. 2003. - Т. XLVII. - № 2. - С. 33 - 44.

83. Лохов, Ю. И. Модель процесса прецизионной обработки поверхности кварца связанным абразивом / Ю. И. Лохов, И. В. Москалев, А. С. Черкасов // Стекло и керамика. 1995. - С. 26 - 30.

84. Яремко, 3. М. К оценке агрегации частиц суспензий методом седи-ментационного анализа / 3. М. Яремко, М. И. Солтыс // Коллоидный журнал. 1976. Т. XXXVIII. - Вып. 5. - С. 1072 - 1075.

85. Яремко 3. М. О кинетике медленной коагуляции коллоидных систем / 3. М. Яремко, М. И. Солтыс // Коллоидный журнал. 1976. Т. XXXVIII. -Вып. 6.-С. 872-875.

86. Ябко, Б. М. О стабилизации суспензий поверхностно-активными веществами / Б. М. Ябко // Коллоидный журнал. 1972. Т. XXXIII. - Вып. 4. -С. 1981 - 1985.

87. Щукин, Е. Д. Коллоидная химия / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. М. Изд-во МГУ, 1982. - 352 с.

88. Пушкарев, О. И. Определение режущей способности шлифмате-риалов при моделировании процессов абразивной обработки / О. И. Пушка-рев, Г. М. Мальгинова, Е. В. Славина // СТИН. 2008.- № 1. - С. 22 - 25.

89. Пушкарев, О. И. Определение прочности абразивного зерна / О. И. Пушкарев, Е. В. Славина // СТИН. 2008. - № 3. - С. 12 - 15.

90. Пушкарев, О. И. Взаимосвязь структуры абразивных зерен кар-бидкремниевых материалов с технологией их производства и эксплуатации / О. И. Пушкарев, Е. В. Славина // Технология машиностроения. 2006. - № 6. -С. 25 -28.

91. Надеева, И. В. Взаимосвязь агрегатности карбидкремниевых шлифматериалов с их прочностными характеристиками / И. В. Надеева // Абразивное производство : сборник научных трудов. Челябинск : Изд-во ЮР-ГТУ, 2005.-С. 22-26.