Повышение эффективности обработки отверстий в деталях из неметаллических материалов на основе автоматического управления процессом алмазного сверления

• Автор: Листунов, Леонид Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание

Список сокращений.

ГЛАВА 1. Особенности обработки отверстий в неметаллических материалах алмазным сверлением.

1.1 Общие сведения и теория разрушения хрупких неметаллических материалов.

1.2 Технологические особенности алмазного сверления неметаллических материалов, применяемое оборудование и инструмент.

1.3 Существующие модели и основные закономерности процесса алмазного сверления.

1.4 Методики выбора режимов алмазного сверления

1.5 Выводы по главе 1, цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. Моделирование процесса алмазного сверления

2.1 Основные положения теории подобия и метода анализа размерностей

2.2 Исследование процесса алмазного сверления в неметаллических материалах с помощью методов теории подобия и анализа размерностей
2.3 Аналитическое моделирование процесса алмазного сверления.
2.4 Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процесса алмазного сверления в неметаллических материалах.
3.1 Методика экспериментального исследования.
3.2 Экспериментальные исследования процесса алмазного сверления в неметаллических материалах
3.3 Разработка методики выбора режимов алмазного сверления.
3.4 Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. Разработка системы автоматического управления процессом алмазного сверления.
4.1 Анализ процесса алмазного сверления как объекта управления
4.2 Синтез САУ процессом алмазного сверления в неметаллических материалах.
4.3 Рекомендации по аппаратной реализации САУ.
4.4 Выводы по главе 4.
Основные результаты и выводы
Список литературы


Ввиду специфичности технологии формообразования, детали из стекла, керамики и ситаллов нуждаются в дальнейшей механической обработке, которая в ряде случаев по посадочным и рабочим поверхностям ведется по 9му квалитету и шероховатости поверхности Да=0,-0, мкм при соблюдении высоких требований к точности геометрической формы и взаиморасположению поверхностей []. Весьма важной механической характеристикой неметаллических материалов является хрупкость. СЛВ - сопротивление сдвигу; ар - сопротивление на отрыв. Материалы находятся в хрупком состоянии (а не пластическом), если х> 1 []. Рядом исследований установлено, что при обработке неметаллических материалов вследствие высоких контактных температур, сложного напряженного состояния поверхностного слоя, высоких скоростей деформирования обрабатываемый материал в зоне обработки может находиться в хрупком или пластическом состоянии. Аналогичные по кинематике процессу алмазного сверления эксперименты, описанные Ф. Боуденом и Д. Тейбором [], по вдавливанию алмазного индентора в поверхность вращающегося стеклянного диска, показали, что при скоростях выше критической, значение которой зависит от нагрузки на стекло, образуется ровная дорожка износа. Микроскопическое исследование этой дорожки показало характерные признаки течения стекла как вязкой жидкости. Р0'5 (где Р - нагрузка). При скоростях ниже критической стекло деформируется хрупко. Одной из основополагающих работ [] по теории разрушения неметаллических материалов является теория прочности, предложенная А. Гриффитсом. Эта теория основывается на законе сохранения энергии и рассмотрении хрупкого материала как сплошной среды, содержащей дефекты (микротрещины). ДЯ = ДЯ + ДЛ. Здесь Ди - разность упругих энергий в различных состояниях трещины, АА - дополнительная работа внешних сил, при переходе из первого состояния во второе, ДЯ = 2уе, /-удельная поверхностная энергия. Это перенапряжение во много раз превосходит среднее напряжение, рассчитанное на все сечение образца. Если величина перенапряжения у вершины наиболее опасной трещины достигает теоретической прочности, то происходит катастрофическое (со скоростью, близкой к скорости звука) разрушение трещины, и образец разделяется на части. В дальнейшем Дж. Ирвин, [] развивая теорию А. Гриффитса, определил напряжения в окрестности вершины трещины и сформулировал критерий нераспространения трещин. С, , (1. С - критическое напряжение образования трещины. Для определенного материала кс - величина постоянная, как и модуль Юнга, коэффициент Пуассона и т. Теория Гриффитса - Ирвина является в настоящее время основной для описания процессов хрупкого разрушения материалов. Однако она не объясняет временную зависимость прочности и не учитывает механические потери, которые наблюдаются даже при разрушении идеально хрупких тел, а также не всегда обеспечивает получение достоверных результатов в некоторых задачах статики и при динамическом быстром и сверхбыстром нагружении. Отечественными и зарубежными авторами предпринимаются попытки обобщить и по-новому интерпретировать результаты исследований, связанных с механикой разрушения стекол, керамики и хрупких полимеров. Д. Моджисом [] исследован и теоретически описан процесс докрити-ческого роста трещин, не согласующийся с теорией Гриффитса, а также кинетика роста трещин при смачивании их различными жидкостями. Г. М. Бертеневым в работе [] предложена термофлуктуационная концепция разрушения твердых тел. При этом рост микротрещин представляется как последовательный процесс разрыва связей в их вершинах под действием напряжений и возникающих время от времени достаточно больших флуктуации тепловых колебаний частиц, приводящих к разрыву напряженных химических связей. В соответствии с этой теорией разрушение стекла происходит в две стадии: первая связана с медленным ростом первичной микротрещины, вторая - с прорастанием первичной и многих вторичных микротрещин со скоростью, близкой к скорости звука. Исследования показали, что механизм разрушения твердого тела в поверхностно-активной среде отличается тем, что молекулы среды, оказывая локальное давление в вершинах трещин, вызывают перегруппировки атомов твердого тела и облегчают условия разрыва связей.