Разработка элементов теории, технологии и оборудования термической резки хрупких неметаллических материалов на примере тонкостенных цилиндрических изделий из стекла

• Автор: Орлов, Александр Семенович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 296 с. : ил.

Глава 1. Способы резки тонкостенных цилиндрических

изделий из хрупких неметаллических материалов

1.1. Общие положения

1.2. Механическая резка

1.3. Термическая резка

1.4. Лазерная термическая резка

1.5. Выводы

Глава 2. Механизм термической резки раскалыванием

тонкостенных цилиндрических стеклоизделий

2.1. Свойства стекла и других хрупких тел. Физические процессы в хрупких телах при термической резке раскалыванием

2.2. Термическая резка раскалыванием как система взаимодействующих процессов

2.3. Формулирование задачи лазерной термической резки раскалыванием тонкостенных
цилиндрических изделий
2.4. Физическая модель образования зародышевой трещины
2.5. Основные дифференциальные уравнения, описывающие физические процессы при
термической резке раскалыванием
2.6. Расчетный метод и основные уравнения
численного моделирования физических процессов
2.7. Средства и технология моделирования физических процессов термической резки раскалыванием
2.8. Особенности теплового поля при термической
резке раскалыванием
2.9. Развитие деформаций и напряжений
2.10. Анализ процесса роста трещины
• 2.11.Основные принципы управления
производительностью и качеством процесса
термической резки раскалыванием
Глава 3. Теоретический анализ влияния параметров
режима на производительность и качество лазерной термической резки раскалыванием
3.1. Обоснование модели для теоретического анализа
3.2. Выбор расчетных критериев для сравнения различных режимов лазерной термической резки раскалыванием
3.3. Описание лазерных тепловых источников
3.4. Влияние параметров режима обработки на процесс термической резки раскалыванием СОг-азером
3.5. Влияние геометрических размеров стеклоизделия и свойств стекол на процесс термической резки раскалыванием.
3.6. Влияние диаметра стеклоизделия на процесс термической резки раскалыванием ;••••••••
3.7. Влияние толщины стенки на стеклоизделия на
процесс термической резки раскалыванием

3.8. Влияние свойств материала стеклоизделия на процесс термической резки раскалыванием
3.9. Оценка возможности образования зародышевой трещины на основе аналитических методов теории теплопроводности
3.10. Выводы
Глава 4. Экспериментальное исследование процесса
< лазерной термической резки раскалыванием
1.1.Выбор экспериментальных критериев для сопоставления различных режимов лазерной термической резки раскалыванием
1.2.Влияние параметров режима обработки на
время резки
1.3.Влияние технологических параметров обработки на точность резки
1.4.Влияние возмущающих факторов на время
и точность резки
1.5.Вывод ы
Глава 5. Разработка и реализация технологических
решений и оборудования для лазерной резки раскалыванием изделий из стекла
5.1. Методики выбора параметров режима лазерной
резки раскалыванием
5.2. Разработка технологии и выбор параметров
режима лазерной резки раскалыванием
5.3. Разработка технологических решений и оборудования
Решение задачи о нагреве полуограниченного тела постоянным источником интенсивностью р взятое из монографии [38], для центра луча примет вид:
Т(0,1) = -у^- (1.11)
п ЮЬ
где а - температуропроводность стекла.
Принимая во внимание (1.9) и (1.11) запишем (1.8) в виде:
X - Р + ^1 + °’21>__ п ]о)
шах о, I-т
к /Шй п^.рс
Так как для обеспечения термораскалывания по заданному контуру средняя температура нагрева по всей линии разделения должна достигнуть предела термостойкости стекла, то
-^ЛТ„ (1.13)
71 ШЬ
Находя из (1.13) время разделения и учитывая зависимость термостойкости от толщины стенки [10], получают:

(1.14)

тс2тлт
где [Ь]- толщина стенки, см.
Для осуществления термораскалывания необходимо, чтобы стекло оставалось в твердом состоянии, т.е. его температура не должна превышать температуру стеклования Тс. Тогда, с учетом (1.13), (1.12) примет вид:
0 2Р
Тс =ЛТ + т= (1.15)
з/о113пХ,рс
Из (1.15) можно определить оптимальную частоту вращения трубки: