Повышение эффективности обработки отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов на основе алмазного сверления

• Автор: Балыков, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.03.01, 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 449 с. : ил.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Алмазное сверление хрупких неметаллических материалов

1.1.1 Область применения алмазного сверления

1.1.2 Особенности алмазного сверления отверстий различной глубины и диаметров

1.1.3 Параметры технологического процесса алмазного сверления

1.2 Инструмент для алмазного сверления

1.3 Оборудование для алмазного сверления

1.4 Цель и задачи исследования Глава 2. Исследование задачи выбора оптимальных параметров технологического процесса алмазного сверления
2.1 Показатели технологического процесса и факторы, действующие на процесс, задачи моделирования

2.2 Моделирование процесса алмазного сверления

2.2.1 Фазы, условия микрорезания и объемы диспергируемого материала при моделировании работы сверла одним алмазным
2.2.2 Механизмы изнашивания сверла, объемы диспергированного 7 шлама при работе группы зерен
2.2.3 Роль смазочноохлаждающей жидкости в процессе сверления
2.2.4 Модель поверхностного слоя обрабатываемого материала
2.2.5 Тепловые процессы алмазного сверления
2.2.6 Математические модели алмазного сверления отверстий 6 малых и больших диаметров
2.3 Параметрическая оптимизация процесса алмазного сверления
2.4 Выводы
Глава 3. Классификация, исследование и изыскание новых конструкций и характеристик алмазных сверл
3.1 Исследование геометрии режущей части и создание оригинальных 6 конструкций алмазного инструмента
3.1.1 Классификация алмазных сверл
3.1.2 Подковообразные сверла
3.1.3 Кольцевые тонкостенные и профильные сверла
3.1.4 Универсальные алмазные сверла
3.2 Исследование и изыскание новых характеристик алмазных сверл
3.2.1 Обоснование применения технологии изготовления алмазного 4 инструмента методом пропитки сварки в вакууме
3.2.2 Влияние прочности и металлизации алмазного порошка на 0 работоспособность инструмента
3.2.3 Влияние зернистости алмазного порошка на параметры 9 процесса сверления
3.2.4 Выбор оптимальной концентрации алмазов для сверл на связке 2 МонАлит
3.3 Исследование технологических особенностей алмазного сверления
3.3.1 Выбор схемы сверления
3.3.2 Особенности механизма изнашивания и правки сверл
3.3.3 Исследование влияния состава СОЖ на процесс сверления
3.4 Выводы 3 Глава 4. Исследование адаптивного управления процессом алмазного сверления
4.1 Определение необходимости адаптивного управления процессом 6 обработки
4.2 Измерение показателей процесса
4.3 Исследование акустической эмиссии в процессе алмазного 4 сверления, как средства измерения показателен процесса
4.4 Реализация системы адаптивного управления за счет стабилизации 9 силы резания
4.5 Выводы 1 Глава 5. Разработка станков с ЧПУ для алмазного сверления подложек микросхем
5.1 Разработка технического задания
5.2 Технические характеристики и особенности станков для сверления 8 подложек микросхем
5.2.1 Станок с ЧПУ для алмазного сверления с гравитационной 9 подачей
5.2.2 Станок с ЧПУ для алмазного сверления с адаптивным 0 управлением по силе резания
5.3 Особенности системы управления станков
5.4 Выводы
Общие выводы и результаты
Список литературы


С точки зрения экономической целесообразности существенным резервом для дальнейшего совершенствования эффективности формообразования отверстий и улучшения качества изделий является создание систем активного контроля и адаптивного управления режущей способностью алмазных сверл. Исследование стойкостных характеристик алмазных сверл при сверлении деталей из ситалла, показало, что вследствие значительного разброса стойкости и лавинообразного протекания процесса изнашивания применение жестких систем управления становится малоэффективным. Создание системы диагностики режущей способности алмазноабразивных сверл и адаптивного управления процессом обработки должны базироваться на использовании различных информационных параметров, достоверно характеризующих состояние и степень износа инструментов, а также условия протекания процесса шламообразовання. Это становится возможным только на основе глубоких исследований сущности процессов диспергирования ХТНМ, особенно при анализе явлений, протекающих в зоне контакта сверла с обрабатываемой деталью. Наиболее перспективным методом исследования процесса алмазной обработки является виброакустический метод. В работе рассмотрены вопросы разработки виброакустических устройств диагностики режущей способности алмазных сверл диаметром мм. В результате исследований определены основные виды износа сверл и соответствующие им разрушения обрабатываемых поверхностей. Описано определение информативных диагностических параметров сигнала виброакустической эмиссии. Опыт промышленной эксплуатации алмазных сверл малого диаметра выявил его низкие эксплуатационные показатели. Так у алмазных сверл диаметром 1 мм отношение максимальной стойкости к минимальной достигает 0, а гарантийная стойкость при доверительной вероятности 0, составляет всего ,7 мм, что значительно меньше глубины обрабатываемых отверстий. Таким образом, вследствие значительного разброса его стойкости и лавинообразного протекания процесса изнашивания 0,,5 с автоматизация алмазного сверления отверстий малого диаметра становится невозможной. В результате экспериментов при вариации режимов обработки наблюдался износ различных зон алмазоносного слоя сверл. Можно выделить 3 основных вида износа износ на конус промывочного отверстия, износ на конус калибрующей части, равномерный износ торца алмазоносного слоя, а также их сочетания. Главной причиной развития каждого вида изнашивания является низкая концентрация и прочность удержания алмазных зерен в рабочей зоне алмазоносного слоя. Интенсивность изнашивания сверл зависит от технологических режимов обработки и качества их алмазоносного слоя. При всех видах износа алмазных сверл поверхность отверстий в месте катастрофического износа характеризуется значительным увеличением шероховатости и глубины нарушенного слоя, что является недопустимым для оптических деталей. Задачей разрабатываемых диагностических устройств и систем является прекращение процесса обработки в момент, предшествующий поступлению катастрофического износа. Качество поверхности и точность. Качество обработанной поверхности при алмазном сверлении неметаллических материалов характеризуется шероховатостью, глубиной нарушенного дефектного слоя, остаточными напряжениями и величиной сколов по краям отверстия. Шероховатость обработанной поверхности деталей из неметаллических материалов зависит от характеристик сверла, режимов обработки, структуры, твердости материала и других факторов. В работе показывается, что наибольшее влияние на величину Яа оказывают зернистость алмазов и скорость сверла. Отмечается, что при определенных режимах обработки Р кге и К2,,9 мсек сверлами с природными алмазами зернистостью обеспечивается 7 класс чистоты, а сверлами с синтетическими алмазами той же зернистости 6 класс чистоты. Исследования шероховатости обработанной поверхности при сверлении стекла и керамики перфорированными сверлами показали, что чистота поверхности соответствует 7 классу и не зависит от зернистости алмазов в пределах . Установлено, что при обработке керамики ХС высота микронеровностей больше, чем при обработке стекла К8. Так, при глубоком сверлении керамики сверлом диаметром 1,8 мм с зернистостью Яа 1,,4 мкм, а при сверлении стекла К8 Яа0,,0 мкм. Такое различие объясняется особенностями структуры этих материалов.