Повышение эффективности финишной обработки деталей из поликорундовой керамики связанным абразивом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Яковчик, Евгений Викторович

• Яковчик, Евгений Викторович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Яковчик, Евгений Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Состояние - вопроса алмазной обработки керамических изделий.

1.1.1 Физическая сущность процесса шлифования.

1.1.2 Влияние внешней среды на процесс обработки.

1.1.3 Влияние термодинамических явлений процесса шлифования.

1.1.4 Моделирование процесса шлифования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности финишной обработки деталей из поликорундовой керамики связанным абразивом»

В приборостроение в настоящее время широко используют керамические материалы. В то же время они находят широкое применение вив других областях техники. Керамика за счет своих уникальных свойств используется в качестве деталей машин, режущего инструмента, приборов, радиоэлектронной аппаратуры и т.д. Однако эти свойства делают возможной механическую обработку заготовок лишь абразивным инструментом. Применение синтетических алмазов в качестве инструмента позволяет резко интенсифицировать процесс обработки керамики, но последняя имеет повышенную хрупкость и, в целом, нестабильные механические свойства. Максимальная температура эксплуатации конструкционной керамики может быть от 1270 до 4150 К, термический коэффициент линейного расширения от 2 до 14-10"6 град"1. Предел прочности при сжатии от 0,2 до 2 ГПа, при изгибе - от 0,07 до 0,4 ГПа; твердость по шкале Мооса от 4 до 9,5 баллов. Это ограничивает возможности ее чистовой обработки.

Качество поверхности, производительность, износ и стойкость инструмента определяются свойствами керамики, характеристиками алмазного инструмента, режимами и технологическимичособенностями оборудования. Следовательно, для повышения эффективности механической обработки керамики необходимо изучение закономерностей сложного многофакторного процесса резания.

Технология керамического производства состоит из следующих стадий:

- помол и смешивание со связкой для получения формовочной массы;

- оформление заготовки прессованием, горячим или холодным литьем, литьем пленки, прокаткой, т.е. приготовление полуфабриката;

- обжиг в камерных или туннельных печах, в вакууме или под давлением в определенной газовой среде и т.д.

Коэффициент усадки при высокотемпературном обжиге случайным образом зависит от вышеприведенных стадий. Поэтому для получения требуемой точности керамических деталей необходимо применение механической обработки, включающей в себя:

- предварительное шлифование;

- чистовое алмазное шлифование;

-доводку.

Конфигурация керамических деталей после обжига вследствие деформаций может значительно отличаться от указанной на чертеже. Это приводит к необходимости назначать большие припуски на обработку. Для снятия этих припусков при шлифовании необходимо выбирать такое оборудование, инструмент и технологические режимы, которые обеспечат высокую производительность процесса обработки.

Для обеспечения заданной точности размеров и уменьшения глубины нарушенного слоя применяется чистовое алмазное шлифование. Для получения минимальной высоты неровностей обрабатываемой поверхности применяют доводку свободным алмазным зерном.

Детали приборов и устройств, пластины режущих инструментов из высокопрочных керамических материалов изготовляют в промышленности в массовом количестве. К числу таких изделий относятся подложки для тонкопленочной электроники из керамики ВК100-1 - "поликор". Оксидная керамика обладает широким диапазоном физико-механических свойств, причем в ряде случаев для специальных применений эти свойства уникальны. Так, например, в радиоэлектронике используют керамику с диэлектрической проницаемостью от 3 до 10000, температурный коэффициент этой характеристики может варьироваться от ±3-10"5 до ±1 град"1. Такое разнообразие свойств, определяемое рецептурой и соответствующей технологией изготовления керамики, вносят определенные трудности в проектирование технологического процесса их механической обработки.

При построении технологического процесса механической обработки необходимо учитывать нестабильные механические свойства и низкие прочностные характеристики минералокерамики. При предварительном шлифовании на минералокерамических деталях сказывается значительное температурно-деформационное воздействие, так как на этом этапе происходит наиболее значительный съем припуска и формируется качество ее поверхностного слоя.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Яковчик, Евгений Викторович

Основные выводы по работе.

1. Эффективность механической обработки корундовой керамики должна определяется комплексом факторов процесса резания: технологическими условиями, структурой и физико-механическими свойствами обрабатываемой поверхности. Экспериментально установлена корреляционная связь рассеяния параметров шероховатости со значением микротвердости поверхностного слоя и размером зерна кристаллической фазы. Достижение параметра шероховатости Яа < 0,63 мкм возможно с использованием специальных методов обработки - тонкого алмазного шлифования.

2. Установлено, что значительного снижения параметров шероховатости поверхности режимами резания при обычной схеме шлифования керамических поверхностей достичь не удается. Значительно улучшить показатели качества можно путем использования более «мягкой» схемы обработки - тонкого алмазного шлифования с использованием алмазных кругов, работающих торцем.

3. Процесс диспергирования стабилизируется при комплексном воздействии абразивного круга, рабочей среды определенного состава, схемы и технологических режимов операции шлифовании. Технологические режимы назначаются экспериментально в соответствии с приведенной в диссертации методикой в зависимости от конкретных условий организации производства.

4. Установлено, что на операциях обработки связанным абразивом активное влияние оказывает смазочно-охлаждающая технологическая среда (СОТС), осуществляющая комбинированное антиадгезионное, смазочное и диспергирующее действия. Наилучшие результаты обработки и показатели качества поверхности показала используемая в качестве СОТС Экспериментальная СОТС.

5. Получена функциональная зависимость производительности обработки поликорундовой керамики связанным абразивом от технологических условий.

6. Промышленная апробация результатов на базовом предприятии показала, что предложенные технологические мероприятия привели к улучшению показателей качества поверхности, сокращению времени обработки, санитарно-экологических условий производства, повышению коэффициента выхода годных изделий на 10% по всему производственному циклу. л

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Яковчик, Евгений Викторович, 2011 год

1. Абрамзон A.A., Зайченко Л.П. и др. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение. Учебн. пособие для вузов. /Под ред. A.A. Абрамзона Л.: Химия, 1988, с. 200.

2. Алехин В.П. Физика, прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. -М: "Наука", 1983, с. 280.

3. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения. М.: "Машиностроение", 1963, с. 462.

4. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. /Пер. с англ. Белого A.B. под ред. Свириденка А.И. М.: "Машиностроение", 1986, с. 400.

5. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: "Стройиздат", 1984, с. 226.

6. Балыбердин B.C., Бахарев В.П., Смирнов Г.А. К вопросу об отыскании оптимальных критериев оценки механических свойств керамических подложек. /Деп. в ВИНИТИ №5965-В87, Москва, 1987.

7. Балыбердин B.C., Бахарев В.П. О значении физических концепций в исследовании кинетики усталостной повреждаемости материалов. /Деп. в ВИНИТИ №3967-В88, Москва, 1988.

8. Балыбердин B.C., Бахарев В.П., Широкая O.A. Развитие кинетического подхода к суммированию усталостных повреждений. //Известия Вузов. -М.: "Машиностроение", 1994, №7-9, с. 19-28.94j I •

9. Бахарев В.П., Смирнов Г.А., Антюфеева Т.П. Некоторые закономерности финишной обработки изделий из технической керамики. //Технология, автоматизация и организация производства технических систем. Межвузов, об. научн. трудов. М.: МГИУ, 1999.

10. Ю.Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов. -М.: "Машиностроение", 1984, с. 224.

11. П.Божко А.Е., Шпачук В.Г1. Деформационный критерий усталостного разрушения материала. // Проблемы прочности. 1985, №12, с. 66.

12. Булычев С.Н., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. -М.: "Машиностроение", 1990, с. 224.

13. З.Бычков Н.Г. и др. Некоторые особенности кинетики деформирования конструкционных материалов при циклическом упругопластическом деформировании. // Проблемы прочности.- 1986, №11, с. 7.

14. Ваксер Д.Б., Иванов В.А., Никитков Н.В. и др. "Алмазная обработка технической керамики." Д.: "Машиностроение", 1976, с. 160.

15. Вассерман H.H., Гладковский В.А. Закономерности упрочнения и накопления повреждений в процессе циклического нагружения стали. Известия ВУЗов. "Машиностроение" 1965 - №2.

16. Верещака A.C., Третьяков И.П. Режущий инструмент с износостойкими покрытиями. -М: "Машиностроение", 1986, с. 190.

17. П.Виноградов В.Н. и др. Абразивное изнашивание. М.: "Машиностроение", 1990, с. 224.

18. Геминов В.Н., Балыбердин B.C. Обобщенная функция накопления повреждений при усталости. Сб. усталость и вязкость разрушения металлов. Изд-во "Наука. "

19. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности / Г.К.Вороновский, К.В.Махотило, С.Н.Петрашев, С.А. Сергеев. Харьков: Основа, 1997. - 112 с.

20. Гогоци Г.А., Гнессин Г.Г., Грушевский Я.JI. и др. Прочность и трещино-стойкость керамики. // Проблемы прочности. 1987, №5, с.77.

21. Головкина Н.Е., Саратов Н.М. Пути повышения прочности керамических материалов.// Аналитический обзор. Обнинск. ФЭИ, 1980.

22. Горбань А.Н. и др. Методы нейроинформатики. Электронная публикация.

23. Глубинное шлифование деталей из труднообрабатываемых материалов. /С.С. Силин, В.А, Хрульков, Н.С.Рыкунов и др. М.: Машиностроение, 1984. с.64.

24. Гурьев A.B., Богданов Е.П. Закономерности перехода микропластической деформации в макропластическую для структурно-неоднородных металлов. // Проблемы прочности. 1986, №6, с. 35.

25. Дунин Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглых поверхностей. - М.: "Машиностроение", 1978, с. 232.

26. Иванова B.C. Усталостное разрушение металлов. М.: "Металлургиз-дат", 1963.

27. Кабалдин Ю.Г. Трение и износ инструмента при резании. // "Вестник машиностроения", №1, 1995, с. 26 32.

28. Кабалдин Ю.Г. Структурно-энергетический подход к процессу изнашивания режущего инструмента. // "Вестник машиностроения", №12, 1990, с. 62-68.

29. Карзов Г.М., Марголин Б.З. Швецова В.А. Физико-механическое моделирование процесов разрушения. С.-Пб.: "Политехника", 1993, с. 391.

30. Катрич М.Д., Беркович Е.С. и др. Исследование твердости монокристаллов карбида кремния методом царапанья. в сб. "Склерометрия." -М.: "Наука", 1968.

31. Качанов JI.M. Основы механики разрушения. М.: "Наука", 1974.

32. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. М.: "Наука", 1970, с. 247.

33. Кащук В.А. Особенности шлифования конструкционных керамических материалов. //Вестник машиностроения, 1994, №10, с. 21-26.

34. Кисель И.В., Нескоромный В.Н., Ососков Г.А. Применение нейронных сетей в экспериментальной физике, ЭЧАЯ, т.24, вып.6, 1993, с.1551-1595.

35. Клушин М.И. Теория резания. Вводные главы. Горький, 1975.

36. Кобл P.JL, Парих Н.М. Разрушение поликристаллической керамики. /Под ред. Г.Т. Либовица М.: "Мир", т.7, ч.1, с. 634.

37. Ключников C.B. Повышение обрабатываемости поликорундовой керамики при шлифовании путем воздействия на контактные процессы эффективными СОТС. Автореферат диссерт.канд. техн. наук Горький, 1990.

38. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. -М.: "Мир", 1984, с. 624.

39. Костецкий Б.И. и др. Поверхностная прочность материалов при трении. /Под. ред. Б.И. Костецкого Киев: "Техшка", 1976, с. 296.

40. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: "Металлургия", 1976.

41. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: "Машиностроение", 1974, с. 418.

42. Красовский А.Я. Динамика дислокаций и пластический сдвиг в кристаллических твердых телах. // Проблемы прочности. 1969, №1, с.65.

43. Кремень З.И. Доводка плоских поверхностей. Изд-во "Техника", Киев, 1974.

44. Лозицкий Л.П., Игнатович С.Р. Математическая модель процесса накопления повреждений в деформируемых материалах. // Проблемы прочности. 1985, с. 34.

45. Локи М. Оптимизация стохастических процессов. М.: "Мир", 1970, с. 381.51 .Макклинтон Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: "Мир", 1970, с. 443.

46. Маслов E.H. Теория шлифования материалов М.: "Машиностроение", 1974, с. 315.

47. Маталин A.A. Новые направления развития технологии чистовой обработки. -Киев: "Техника", 1972, с. 136.

48. Машиностроение. Терминология: Справочное пособие Вып. 2 - М.: Изд-во стандартов, 1989, с. 432. « . , .

49. Механические свойства металлов. Учебн. для Вузов. /Золотаревский B.C. М.: Металлургия, 1983, с. 352.

50. Мкртчян С.О. Нейроны и нейронные сети. (Введение в теорию фор- < мальных нейронов) М.: Энергия, 1971.-232 с.

51. Новицкий П.В., Зогриф И.А. Оценка погрешностей результатов измерения. JL: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1991, с. 304.

52. Орлов П.Н., Полухин В.А. Стенд П8 ТММ для исследования процесса алмазно-абразивной доводки. /Сб. Алмазы, Вып. 4. - М.: НИИМАШ, 1972, с. 11 — 18.

53. Орлов П.Н., Савелова A.A., Полухин В.А. и др. Доводка прецизионных деталей машин. /Под ред. Ипполитова Г.М./ М.: "Машиностроение", 1978, с. 266. .

54. Орлов П.Н. Технологическое обеспечение качества деталей методами доводки. М.: "Машиностроение", 1988, с. 384.64.0робинский В.М. Прогрессивные методы шлифования и их оптимизация. Учеб. пособие/ВолгГТУ.- Волгоград, 1996.-218с

55. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания. М.: "Машиностроение", 1977, с. 304.

56. Позднышева А.П., Шумячер В.М., Волков М.П. Влияние структурно-механических свойств абразивных суспензий на диспергирование металла при доводке. //Вестник машиностроения, 1986, №1.

57. Полосаткин Г.Д., Соломеин И.А. Исследование механизма образования микроцарапины на металлах в диапазоне скоростей от 0.02 до 120 м/с. -В сб. "Склерометрия., М.: "Наука", 1968.

58. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко JI.M. Алмазно абразивная обработка металлов и твердых сплавов. - М.: "Машиностроение", 1977, с. 263, (Б-ка технолога).

59. Протодьяконов М.М., Тедер Р.Н. Методика рационального планирования экспериментов. М.: "Наука", 1970, с. 75

60. Райхель A.M., Непомнящий O.A., Шведун В.Г. К вопросу о влиянии масштабного фактора на прочность ситаллов. //Проблемы прочности. -1986, №10, с. 43-46.

61. Ребиндер A.A., Калиновская H.A. Понижение прочности поверхностного слоя твердых тел при адсорбции поверхностно-активных веществ. -Ж.Т.Ф. 1932, №2

62. Романов А.Н. Энергетические критерии разрушения при малоцикловом нагружении. // Проблемы прочности, №1, 1974.

63. Семибратов М.Н. Управление формообразованием оптических поверхностей в процессе притирки. "ОМП", 1970 №11, с. 55-60.

64. Скоростная алмазная обработка деталей из технической керамики. /Н.В. Никитов, В.Б. Рабинович и др. Под ред. З.И. Кремня JL: "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1984, с. 131.

65. Словарь справочник по трению, износу и смазке деталей машин. - Киев: Наук, думка, 1979, с. 188.

66. Смазочно-охлаждающая жидкость для полирования керамики. A.C. №1162862 СССР, кл. С10М 141/12 /Смирнов Г.А. и др. 1983, с.6.

67. Сосновский JI.A. Об оценке долговечности при циклических нагруже-ниях. // Проблемы прочности. 1986 №11, с.16. г—,, mj-j.

68. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.-М.: "Машиностроение", 1981, с. 184.

69. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки резанием. Справочник. / Под ред. С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера М.: "Машиностроение", 1986, с. 352.

70. Справочник по теории упругости. / Под ред. Варвака П.М., Рябова А.Ф. -Киев: "Будівельник", 1971, с. 320.

71. Справочник по триботехнике. / Под общей ред., М. Хебды, A.B. Чичи-нидзе. Т.1, М.: "Машиностроение", 1989, с. 400.

72. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. М.Машиностроение, 2002. 684с. с илл.

73. Тамбулатов Б.Я. Доводочные станки. М.: "Машиностроение", 1980, с. 160.

74. Таратынов О.В. Основы процесса суперфиниширования и пути повышения его производительности и качества. Учебн. пособие М.: МАМИ, 1977, с. 86.

75. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика. -М.:Мир, 1992

76. Формообразование оптических поверхностей. /Сб. под ред. Проф. Ку-манина К.Г. М.: Оборонгиз, 1962.

77. Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел -Ташкент: Фан, 1985. „ :.

78. Федоров В.В. и др. Прогнозирование остаточной работоспособности деталей машин. // Проблемы прочности. 1987, №8. •

79. Федоров B.B. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. Ташкент: Фан. 1979.

80. Федяев О.И. Куликов С.А. Многоуровневые нейронные модели типа не-окогшлрон. Архитектура, обучение и распознавание. / Тезисы 8-й Всероссийской конференции «Нейрокомпьютеры и их применение» (НКП-2002). М.: Век книги, 2002. с. 144.

81. Филимонов A.B. Структурирование и обучение нейронных сетей с применениями к задачам физической химии и медицины. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Иваново, 2004. - 80 с.

82. Хартман К., Лецкий X. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. -М.: "Мир", 1977, с. 552.

83. Ходаков Г.С., Кудрявцева H.JT. Физико-химические процессы полирования оптического стекла. -М.: "Машиностроение", 1985, с. 224.

84. Хрульков В.А. Взаимодействие алмазного порошкового инструмента со спеченной алюминиевой керамикой при шлифовании. В кн. Синтетические алмазы - ключ к техническому прогрессу. 4.1 - Киев: Наукова думка, 1977-с. 183-190.

85. Хрульков В.А., Матвеев В,С., Волков В.В. Новые СОЖ, применяемые при шлифовании труднообрабатываемых материалов. М.: "Машиностроение", 1983, с. 64. .1

86. Хрульков В.А., Тародей В.А., Головань А .Я. "Механическая обработка деталей из керамики и ситалов." Изд-во Саратовского ун-та, 1975, с. 352.

87. Цеснек JT.C. Статистическая интерпретация механического изнашивания трущихся тел. В кн. Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. - М: "Наука", 1971, с. 176 - 190.

88. Черняков М.К. Возможности управления технологическим процессом алмазной обработки пластин из хрупких материалов. Автореферат дис-серт. . к.т.н. JI.: 1981, с. 16.

89. Шипилов H.H. Исследование технологических возможностей скоростной алмазной доводки плоских заготовок из керамических материалов. Автореферат диссерт. . к.т.н. JL: 1980, с. 16.

90. Шубников A.B. "Элементарные механические явления при шлифовании и полировании." сб. "Качество поверхности деталей машин." №3. - Изд-во АН СССР, 1957.

91. Эванс А.Г., Лэнгтон Т.Г. Конструкционная керамика. М.: "Металлургия", 1980, с. 256. I103. . Этин О.Л. Выбор оптимальных условий при решении технологических задач. //Станки и инструмент, 1976, №3, с.,24 — 25. < „и,;,;.

92. ЯкимовA.B. Оптимизация „ процессашлифования.

93. М. Машиностроение, 1975.-176с.

94. Ящерицын П.Н. и др. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах: Учебн. для ВУЗов Мн.: Высшая школа 1990, с. 512.

95. Ящерицын и др. Тонкие доводочные процессы обработки деталей и приборов. Минск: Наука и техника, 1977, с. 328.

96. Götz J. Die Polierforschung. Heutiger Stand und neue Erkenntnisse -Sprechsaal Keramik, Glass, Enail., Silik., 1968, bd. 101, N. 13, SS. 539-540, 542-544.

97. Götz J. Untersuchung über den Polierprozess von Glass. Tail 4. Oberflächenfehler beim Polieren mit gebundenen Korn. Glastechnische Berichte, 1967, N. 12, SS. 468 - 479.

98. Kaller A. Einfluß der chemischen, kristallographischen und physikalischen Eigenschaften der Polirmittel beim Polieren des Glases. Silikattechnik, 1983, v. 34, N. 1, pp. 15 - 17.

99. Kaller A. Elementar Vorgänge im Wirkspalt beim Polieren von Funktionsflächen spröder optischer Medien, insbesondere von Glass. Silikattechnik, 1980, v. 31, N. 2, pp. 35 - 40.

100. Mindt U. Zur Färtebestimmung von loosen Schlifmaterialen Schleif- mittelindustrie, 1926. ----- ; . .