На начальных этапах поверхностной обработки происходит выравнивание шероховатости, сила давления инструмента на заготовку распределяется на большее количество выступов, и удельное усилие прижима уменьшается, поэтому врезную подачу на начальном этапе обработки можно увеличить. При выравнивании шероховатости и ведении процесса обработки в полном контакте инструмента с поверхностью обрабатываемой заготовки врезная подача должна уменьшаться либо задаваться постоянной для обрабатываемого материала в зависимости от свойств материала (коэффициента упругости, коэффициента Пуассона, коэффициента теплопроводности), условий отвода тепла, типа станка, жесткости системы "инструмент-заготовка" при постоянном осциллографическом контроле.

При постоянном усилии прижима частота сигналов, генерируемых подповерхностным слоем материала при его шлифовании, характеризует качество поверхности. Результаты экспериментальных исследований поверхностной обработки твердых минералов в режиме квазипластичности подтвердили вышеприведенные утверждения. Ненарушенная поверхность лейкосапфира с шероховатостью Ra=1,95нм получена при увеличении частоты акустического сигнала (рис.10) и уменьшении амплитуды сигнала. При обработке образца поликристаллического алмаза перед появлением трещины в образце наблюдалось падение частоты сигнала и одновременно рост амплитуды сигнала (рис. 9). В диссертации приведены результаты осциллографического контроля экспериментальной поверхностной обработки остальных образцов. Взаимосвязь данных осциллографического контроля и результатов обработки поверхности аналогична приведенным выше.

Для расчета коэффициента термоупругости и оценки получения минимально возможной шероховатости была получена экспериментальная зависимость теплового расширения образца лейкосапфира и коэффициента теплового расширения от температуры при непрерывном нагреве.

Были проведены экспериментальные исследования температурного поля образца леейкосапфира в процессе обработки с использованием термографа "ИРТИС-2000" (рис.11). Результаты экспериментальных исследований показали, что наибольшему нагреву в процессе квазипластичной обработки подвергается средняя часть ПС образца. Распределение температуры цилиндрического образца лейкосапфира по радиусу (рис.12) соответствует теоретическому распределению:

(8)

(9)

где Fo - критерий Фурье; - температуропроводность; - безразмерная координата; -безразмерная температура; - радиус образца, м; - текущий радиус, м; , - функции Бесселя нулевого и первого порядка с коэффициентами .

Для конца периода охлаждения Fo = 0,01.

Знание распределения температуры образца по радиусу позволяет оценить изменение формы поверхности образца вследствие неравномерного теплового расширения.

В проведенных исследованиях получены экспериментальные зависимости температуры отдельных участков образца при обработке от изменения врезной подачи и скорости прохода стола станочного модуля (примеры термограмм приведены на рис. 13).

Экспериментально определенные зависимости температуры ОП минерала от скорости продольного прохода стола станочного модуля, определяющей время контакта ОП с инструментом, показали незначительное влияние этого параметра на температурное поле образца. Анализ экспериментальных термограмм процесса квазипластичной обработки образца лейкосапфира при разных врезных подачах показал, что ПС разогревается значительно сильнее остальной массы образца. При режиме квазипластичной обработки основной поток тепла распространяется в ПС обрабатываемого минерала и уносится при удалении мельчайших частиц ПС. Проведенные экспериментальные исследования на образцах алмаза и лейкосапфира показали, что одним из условий обработки поверхности в режиме квазипластичности без перехода в состояние хрупкого разрушения являются соотношения длительности периодов обработки и пассивного воздушного охлаждения (от 0,3с до 10с - для лейкосапфира, от 0,5с до 5с -для алмаза). Традиционное применение СОЖ при квазипластичном удалении поверхностного слоя не дало положительных результатов.

Для установления зависимости комплексного электрического сопротивления лейкосапфира от температуры были проведены дополнительные исследования. Известно, что зависимость сопротивления от температуры для диэлектриков изменяется по экспоненциальному закону. Экспериментально установленная зависимость импеданса (комплексного сопротивления) образца лейкосапфира от температуры (рис. 14) соответствует теоретической зависимости удельной электропроводности диэлектриков. Подобные измерения могут служить средством для оперативного измерения средней интегральной температуры образца непосредственно в процессе обработки с помощью вычисления импеданса (комплексного сопротивления):

, (10)

где Z0 - импеданс при 20?С, Ом; Z- импеданс при температуре обработки, Ом; b - коэффициент пропорциональности, К.

В свою очередь знание средней температуры образца в совокупности с известной зависимостью коэффициента линейного теплового расширения и толщиной образца позволяют определить изменение его размеров в процессе обработки и соответствующим образом скорректировать величину врезной подачи обрабатывающего инструмента. Воздействие физических полей (акустического, электромагнитного) при обработке в режиме квазипластичности повышает производительность процесса обработки поскольку увеличивает подвижность дислокаций. Полностью расчеты температурных и силовых параметров процесса поверхностной обработки минералов в режиме квазипластичности приведены в диссертации.

Четвертая глава посвящена разработке системы критериев, позволяющих анализировать процесс квазипластического удаления поверхностного слоя твердых материалов при механическом воздействии для формирования нанометрового рельефа поверхности, и содержит инженерную методику оценки параметров процесса технологической обработки, обеспечивающую выбор рациональных режимов получения поверхностей нанометрового рельефа с учетом механических и теплофизических свойств материала.

При рассмотрении тепловых процессов, сопровождающих обработку в режиме квазипластичности, автором разработаны критериальные зависимости, определяющие условия, при которых процесс обработки не будет переходить из области квазипластичности в область хрупкого разрушения.

Критерий хрупкого термического разрушения характеризует устойчивость минерала к хрупкому термическому разрушению.

Возникающие в процессе обработки минерала термические напряжения уТ под действием нормальной составляющей силы прижима, определяемой врезной подачей, не должны превосходить предел прочности минерала сжатие. Используя формулу, описанную Гончаровым С.А., дополнительно учитывая зависимость коэффициента теплового расширения материала от температуры, получаем:

, (11)

где - коэффициент линейного теплового расширения материала образца, К-1;- коэффициент Пуассона, - модуль Юнга, Па,

, - температура образца,

К, - температура среды, К, - коэффициент линейного теплового расширения при 20?С.

В первом приближении

.

В результате критерий хрупкого термического разрушения для монокристаллов можно выразить как:

. (12)

Для поликристаллов термическое разрушение происходит, прежде всего, за счет разницы между коэффициентами теплового расширения соседних микрокристаллов 1 и 2. Тогда критерий термического разрушения поликристаллов:

, (13)

где и , и - модули Юнга и коэффициенты температурной зависимости коэффициента линейного теплового расширения соседних микрокристаллов.

Следующим критерием, характеризующим тепловое воздействие на обрабатываемый минерал при поверхностной обработке в режиме квазипластичности, является критерий сохранения формы (рис. 15).

В процессе обработки распределение тепла по обрабатываемому минералу происходит неравномерно. Благодаря внешнему охлаждению при обработке основному нагреву подвергается центральная часть ПС, непосредственно находящаяся в зоне обработки. Усилие прижима и величина съема будут максимальными в центе образца. Толщина центральной части образца при охлаждении до исходной температуры уменьшается на величину , м:

,

где - величина подачи инструмента, м; - начальная толщина образца, м; - разница между средней интегральной температурой образца в процессе обработки и температурой окружающей среды, К.

Основное условие получения ОП заданной неплоскостности будет иметь вид:

. (14)

При соответственном подборе режимов обработки, руководствуясь приведенными выше критериями хрупкого термического разрушения, можно обрабатывать минерал так, чтобы устранить негативное влияние теплового расширения минерала при поверхностной обработке.

При рассмотрении критерия хрупкого термического разрушения для выбора рациональных режимов квазипластичной обработки можно выделить ряд факторов, присущих обрабатываемому минералу, имеющих табличное значение, которые могут определяться до процесса обработки.

При обозначении из формулы (14)

(15)

условие получения бездефектной поверхности при квазипластичной обработке можно представить в виде: АДТ +ВДТ 2= упроцесса ? фсд (18), где фсд - предел прочности на сдвиг.

Критерий хрупкого термического разрушения для монокристаллов:

. (16)

Для разных материалов составлен классификатор температурных областей применения режимов обработки, при которых не будет происходить разрушение материалов. В табл. 3 приведены значения постоянных факторов для лейкосапфира, алмаза и кварца. Подобным образом рассчитаны значения коэффициентов для других материалов.

Таблица 3

Материал	А, К-1	В, К-2
Лейкосапфир || c-оси ? c-оси Алмаз Кварц	2124,77·103 1470,345·103 3683,532·106 822,7714·103	1062,385·k·103 735,1724·k·103 1841,766·k·106 411,3857·k·103

Аналогичные преобразования делаются для критерия термического хрупкого разрушения поликристаллических минералов (15):

; . (17)

Из приведенных выражений можно определить допустимые области изменения температуры при обработке в режиме квазипластичности для различных минералов.

Объективность научно обоснованных рекомендаций, разработанных в данной главе, подтверждена результатами опытно-промышленной апробации. Аналитические исследования образцов до и после экспериментов проводились на оптическом интерферометре белого света Zygo (New Vew 5000) в ЦЕНИ ИОФ им. A.M. Прохорова РАН, разрешение в плоскости объекта 0,45 мкм по оси Y - 1 A. Результаты выбора технологических режимов обработки твердых минералов приведены в табл. 4. Как видно из таблицы, наилучшие результаты шероховатости 2,5 нм на участке поверхности поликристаллического алмаза и 1,95 нм на участке поверхности лейкосапфира получены в процессе обработки шлифовальными кругами с разной крупностью зерна на финишной обработке при определенных режимах процесса квазипластичной обработки. Проведенные экспериментальные исследования косвенно подтвердили модель квазипластичной поверхностной обработки. При квазипластичной обработке формирование нанометрового рельефа поверхности возможно при различной крупности зерна ШК, так как доля хрупкого разрушения при правильно подобранных режимах обработки минимальна (рекомендации по выбору режимов обработки приведены в приложении к диссертации).

По результатам проведенных экспериментов было установлено, что качество поверхности обрабатываемого материала определяется величиной контактных напряжений на микронеровностях, характеризуемых врезными подачами, максимальное значение которых (0,05 мкм для алмаза; 0,03 мкм для лейкосапфира) в области стабильных частот (0,6 кГц для лейкосапфира, 3,5 кГц для алмаза), генерируемых системой "инструмент - обрабатываемый материал" в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя, обеспечивает наилучшую производительность обработки материала в режиме квазипластичности от 50нм/ход до 1нм/ход в зависимости от заданных выходных параметров с получением поверхности нанометрового рельефа (Ra = 2,5 нм для поликристаллического алмаза, Ra =1,9 нм для лейкосапфира).

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический регламент, который обеспечивает обработку в режиме квазипластичности с пассивным воздушным охлаждением плоских поверхностей лейкосапфира с ориентацией для солнечных батарей, удовлетворяющих требованиям ISO 9000 для последующего эпитаксиального наращивания гетероструктур на такие поверхности. При обработке исходной заготовки (диаметр 52,6мм, толщина 0,375 ± 0,007мм) суммарное машинное время при обработке каждой поверхности на шлифовальном станочном модуле АН 15ф 4 складывается из машинного времени трех технологических переходов, при максимальной величине припуска 125мкм. При этом: на первом технологическом переходе удаляется максимальный припуск 53,6 мкм за 322 с, на втором технологическом переходе удаляется максимальный припуск 66,4 мкм за 399 с, на третьем технологическом переходе удаляется максимальный припуск 5мкм за 249с.

Фотографии обработанных поверхностей алмаза и лейкосапфира приведены на рис.16.

Таблица 4

Наименование обрабатываемого минерала	Число экспериментов	Зернистость ШК финишной обработки, мкм	Полученная минимальная шероховатость, Ra, нм	Наличие разрушения
Сапфир	15	5-7	99	да
Поликристаллический алмаз	25	14-20	50	нет
Сапфир	28	2-3	1,946	нет
Поликристаллический алмаз	14	14-20	2,5	нет
Поликристаллический алмаз	7	14-20	18	да

В таблице приведены результаты обработки экспериментальных партий по каждому материалу при выборе режимов обработки. В диссертации приведены технологические параметры настройки оборудования и режимов обработки каждой опытной партии.

Для получения заданных выходных параметров в процессе обработки необходимо осуществлять текущий постоянный контроль процессов деформаций УОС. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что наиболее существенное влияние на процесс поверхностной обработки в режиме квазипластичности оказывают контактные напряжения, характеризуемые усилиями прижима обрабатывающего инструмента и зависящие от температуры в зоне контакта и анизотропии материала. Процесс квазипластичной обработки сопровождается автоколебаниями системы "инструмент-обрабатываемый материал", которые можно использовать для активного контроля процесса обработки.

Постоянный контроль текущей амплитуда сигнала позволяет контролировать усилие прижима. Частота сигнала позволяет контролировать шероховатость ОП, т.к. согласно принятой теоретической модели характеризует величину снимаемых частиц ПС (мезообъемов). При поверхностной обработке анизотропных твердых материалов собственные частоты колебаний частиц ПС зависят от кристаллографических направлений ОП. Диапазон генерируемых частот, наиболее характерных для обрабатываемого материала, позволяет оценить упругие свойства материала в направлении поверхностной обработки ("твердое" или "мягкое" направление).

Частотный контроль акустического сигнала производится путем анализа осциллограмм за вычетом собственных колебаний системы, выходящих за пределы собственных колебаний элементов ПС. Для идентификации автоколебаний, относящихся к воздействию на мезообъемы ПС, необходимо учесть технические "шумы", не относящиеся к процессу микрошлифования. Для осуществления процесса обработки в режиме квазипластичности после достижения полного контакта заготовки с ШК контактные напряжения поддерживаются постоянными в пределах (0,1-10)·105 МПа в зависимости от свойств, условий отвода тепла, типа станка, жесткости системы "инструмент-заготовка". Акустический сигнал, генерируемый в процессе квазипластичной обработки поверхности минералов, может использоваться не только для контроля качества ОП, но и для управления процессом обработки.

При изменении кристаллографического направления ОП управление врезной подачей может производиться в соответствии с изменением частоты акустического сигнала, генерируемого заготовкой при поверхностной обработке. Как только в процессе обработки происходит падение частоты акустического сигнала, генерируемого заготовкой, необходимо осуществлять управляющее воздействие по снижению усилия прижима. Увеличение частоты акустического сигнала, генерируемого в процессе шлифования обрабатываемым материалом, после дополнительной тарировки по величине заданной шероховатости в соответствии с техническими возможностями оборудования, может служить сигналом к окончанию процесса шлифования при достижении заданной шероховатости обрабатываемой поверхности. Осциллографический контроль процесса обработки позволяет осуществлять контроль тепловых параметров. Увеличение врезной подачи, увеличивает силу трения и, как следствие, вызывает повышение температуры в зоне резания, отражается в осциллограммах процесса. Путем измерения импеданса системы (11) стр. 28, являющегося функцией температуры, можно контролировать тепловые процессы, сопровождающие шлифование твердых кристаллических материалов.

Осциллографический контроль процесса обработки, а также совмещение его с тестовыми методами, дают возможность косвенного контроля тепловых параметров. Тестовые методы увязывают статическую (характеризующую выходные размерные параметры) и динамическую (характеризующие шероховатость ОП) составляющие упругой деформации в УОС путем проведения вычислений соответствующих параметров.

В основу диагностирования обработки твердых хрупких материалов электронной техники были положены зависимости процесса микрошлифования металлов, изложенные в работах А.С. Чубукова, в которых основным параметром для диагностирования процесса микрошлифования рассматривается время переходных процессов резания в УОС. Время переходных процессов резания Тп характеризует время перехода из одного стационарного состояния в другое стационарное состояние и является параметром, характеризующим факторы воздействия на УОС: площадь контакта режущего инструмента изделия, изменение режущей способности ШК, свойства обрабатывающего и обрабатываемого материалов, жесткость УОС. Время переходных процессов Тп характеризует поведение УОС как в статике, так и в динамике. Идентифицируя Тп в любой момент можно контролировать фактические выходные параметры обработки (размер и шероховатость) в реальном масштабе времени.

Модель диагностирования параметров размерно-регулируемого микрошлифования включает в себя анализ уравнений: (18), являющегося решением уравнения шлифования, описанного в работах Михелькевича В.Н., (19), определяющего статическую составляющую упругой деформации в установившемся режиме обработки (д.т.н. Сильченко О.Б.), (20), выполненного автором диссертации, определяющее фактическую динамическую составляющую упругих деформаций в УОС.

, (18) , (19) , (20)

где - упругая деформация, накапливаемая в УОС, мкм; - упругая деформация, накапливаемая в УОС, мкм; -знаменатель затухания врезной подачи по закону геометрической прогрессии; - количество проходов; - время одного прохода, с; - время переходных процессов, c.

Систему уравнений непрерывно в реальном времени анализируют численными методами в устройстве ЧПУ (на базе персонального компьютера) шлифовального станка путем соответствующей переработки информации об упругих деформациях в УОС, поступающей с пьезоэлектрических датчиков. На основании анализа информации постоянно, в реальном масштабе времени обработки, диагностируют основные технологические параметры поверхностной обработки автономно на каждом отдельном изделии как при индивидуальной, так и при групповой обработке. Анализ температурного и частотного параметров, связанных между собой, позволяет принимать адаптивные действия по смене режимов обработки, препятствующие хрупкому разрушению обрабатываемого минерала. Принимая температурный и частотный параметры в качестве управляющих параметров для автоматизации процесса квазипластичной поверхностной обработки, автором разработана концептуальная модель процесса механической обработки поверхности твердых минералов в режиме квазипластичности (рис.17).

Блок-схема процедуры контроля собственных колебаний образца при обработке, составленная автором, представлена на рис. 18. В диссертации представлена блок-схема алгоритма автоматизированного выбора рациональных режимов размерного шлифования изделий из твердых материалов.

Шестая глава посвящена оценке эффективности и перспективам развития способа удаления ПС твердых минералов в режиме квазипластичности при их обработке с получением нанометрового рельефа поверхности.

Способ обработки твердых материалов в режиме квазипластичности является перспективным для автоматизации процесса обработки, поскольку имеет возможности осуществления диагностики процесса различными аппаратными средствами, дополнительного контроля качества обрабатываемых изделий и групповой обработки изделий из твердых материалов. Способ может быть применен для серийного производства изделий микро-наноэлектроники, медицины и других технологических изделий в области нанотехнологий.

Экономический эффект достигается за счет получения на этапе алмазного шлифования поверхности обрабатываемых твердых материалов шероховатости нанометрового уровня при минимуме дефектов, привнесенных технологическим процессом обработки по сравнению с существующим шлифованием лейкосапфировых пластин свободным и связанным абразивом.

Например, достигнутый в настоящее время в России технический уровень алмазного шлифования сапфировых подложек обеспечивает получение уровня шероховатости 100 -200нм. Финишная обработка полученных полуфабрикатов твердых хрупких материалов до необходимой шероховатости осуществляется в основном зарубежными фирмами. Стоимость полуфабрикатов, отправляемых на финишную обработку напрямую зависит от шероховатости ОП. Использование предложенной технологии позволит сократить количество технологических операций, а в некоторых случаях - исключить операцию полировки, что позволит не только сократить брак и снизить себестоимость заготовок, но и увеличить продажную цену заготовок после алмазного шлифования. Сравнительная стоимость лейкосапфировых пластин на различных этапах обработки по базовой и предлагаемой технологиям, полученная на основании исследования конъюнктуры рынка, приведена на рис. 19.

Поскольку традиционное применение СОЖ при квазипластичном удалении поверхностного слоя не дало положительных результатов, для повышения производительности поверхностной обработки твердых хрупких минералов перспективно применение устройств принудительного воздушного охлаждения, охлаждения жидким азотом.

Кроме того, проведенные автором исследования позволяют высказать предположение о рассмотрении квазипластичности твердых хрупких минералов, как отдельного фазового состояния, возникающего в момент обработки при определенных условиях.

Заключение

В настоящей диссертационной работе дано новое решение актуальной научной проблемы обработки поверхностного слоя твердых хрупких материалов для создания нанометрового рельефа поверхности - физико-техническое обоснование параметров квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических материалов при их механической обработке для создания нанометрового рельефа поверхности, имеющее важное значение для использования этих материалов при изготовлении высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий в машино- и приборостроении, микроэлектронике, медицине, светотехнике, ювелирной и других отраслях промышленности, а именно:

1. Разработаны теоретические положения, описывающие закономерности процесса квазипластичной обработки с пассивным воздушным охлаждением поверхностной твердых хрупких кристаллических материалов (алмаза, лейкосапфира).

2. Разработана методология формирования нанометрового рельефа поверхности и активного контроля процесса квазипластичной обработки на основе выделения и оценки информативных характеристик процессов, сопровождающих квазипластичное удаление поверхностного слоя, т.е. поверхностную обработку твердых хрупких кристаллических материалов (алмаза, лейкосапфира).

3. Предложена классификация состояния поверхностного слоя минерала при механическом воздействии по величине удельной энергии при обработке в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя осуществляется при величине удельной энергии в интервале от предела потенциала Пайерлса (для лейкосапфира 3Дж*м-3), соответствующего началу движения дислокаций, до хрупкого разрушения (для лейкосапфира 605 кДж* м-3).

4. Разработана система тепло-физических, и прочностных критериев, позволяющих анализировать процесс квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых минералов при механическом воздействии, использование которых обеспечивает возможность выбора рационального диапазона технологических параметров процесса механической обработки твердых минералов с получением нанометрового рельефа поверхности.

5. Разработана модель квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких минералов при их обработке на основе определения напряженно-деформированного состояния точек поверхностного слоя под действием распределенной нагрузки в интервале допустимых контактных напряжений, для получения нанометрового рельефа поверхности, составляющем доли процента от величины предела прочности минерала на растяжение.

6. Сформулировано, что при квазипластичном удалении поверхностного слоя твердого материала для получения заданного качества поверхности при расчете контактных напряжений необходимо учитывать влияние теплового расширения, которое определяется влиянием интегральной средней температуры по объему образца и практически не зависит от более высокой температуры поверхностного слоя. Проведенные экспериментальные исследования на образцах алмаза и лейкосапфира показали, что одним из условий проведения обработки поверхности в режиме квазипластичности без перехода в состояние хрупкого разрушения является соотношение длительности периодов обработки и пассивного воздушного охлаждения (от 0,5с до 10с - для лейкосапфира, от 0,3с до 5с - для алмаза)

7. На основании проведенных экспериментальных исследований, проведенных на предприятии "Анкон-Е.М.", установлено, что спектры акустических сигналов, генерируемых системой "инструмент-обрабатываемый материал" в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя, находятся в килогерцовом диапазоне и являются совокупностью колебаний, специфичных для каждого исследуемого материала. При поверхностной обработке в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя алмаза и лейкосапфира установлена прямо пропорциональная зависимость частот генерируемого акустического сигнала от модуля упругости (Юнга) для различных кристаллографических направлений, которая не связана с размерами образца и может быть использована при диагностике неоднородностей упругих свойств поверхностного слоя в процессе механического воздействия и связанного с ними необходимого изменения усилия прижима инструмента.

8. Разработан рациональный диапазон технологических параметров для получения нанометровой шероховатости поверхности твердых хрупких кристаллических материалов при квазипластичном удалении поверхностного слоя на этапе алмазного шлифования, определяющийся критерием хрупкого термического разрушения для обрабатываемого минерала и пределом прочности на сдвиг.

9. Разработана концептуальная модель квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов на основе предложенного комплекса критериев (прочностных, теплофизических и упруго-механических), которая представляет возможность автоматизации процесса поверхностной обработки в режиме квазипластичности для серийного производства изделий с нанометровым рельефом поверхности, с использованием в качестве управляющего параметра процесса обработки акустического сигнала, генерируемого системой "инструмент - обрабатываемый материал".

10. На основании проведенных экспериментальных исследований, проведенных на предприятии "Анкон-Е.М.", было установлено, что для получения высококачественной поверхности нанометрового рельефа на этапе алмазного шлифования твердых хрупких кристаллических материалов (алмаз, лейкосапфир) в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя, необходимо уменьшать усилие прижима при уменьшении собственной частоты сигнала, генерируемого системой "инструмент - обрабатываемый материал" .

11. На основании проведенных автором настоящей работы экспериментальных исследований на предприятии "Анкон-Е.М." было установлено, что качество поверхности обрабатываемого материала определяется величиной контактных напряжений на микронеровностях, определяется величиной контактных напряжений на микронеровностях (характеризуемых врезными подачами, максимальное значение которых 0,05 мкм для алмаза; 0,03 мкм для лейкосапфира) в области стабильных частот (0,6 кГц для лейкосапфира, 3,5 кГц для алмаза), генерируемых системой "инструмент - обрабатываемый материал" в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя, обеспечивает наилучшую производительность обработки материала в режиме квазипластичности от 50нм/ход до 1нм/ход в зависимости от заданных выходных параметров с получением поверхности нанометрового рельефа.

12. Составлены алгоритмы для управления в автоматическом режиме процессом поверхностной обработки твердых материалов с получением поверхности заданного качества, которые были реализованы на предприятии "Анкон-Е.М." при обработке поликристаллического алмаза и лейкосапфира на станочном модуле АН 15ф 4 с числовым программным управлением.

13. Предложены технические решения, позволяющие непосредственно в процессе квазипластичной обработки оценивать динамику изменения шероховатости поверхности образца по соотношению тангенциальных и нормальных усилий прижима на образец со стороны обрабатывающего инструмента и по изменению параметров собственных колебаний постоянной частоты системы "инструмент - обрабатываемый материал". Предложены перспективные методы повышения производительности процесса квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких материалов с применением воздействий магнитного, электрического и акустического полей, а также их сочетания. Предложенные решения находятся в стадии оформления заявки на патент.

14. По результатам экспериментальных исследований внесены корректировки в методику настройки оборудования, при обеспечении выбора параметров настройки приводов, траектории обработки, при назначении режимов обработки для получения нанометрового рельефа поверхности при квазипластичном удалении поверхностного слоя для станочного модуля АН 15ф 4 с ЧПУ.

15. Научные результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, положены в основу рекомендаций по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей моно - и поликристаллических алмазов и лейкосапфира в режиме квазипластичности, применение которых в производственном процессе на предприятии "Анкон-Е.М." позволило получить плоские поверхности поликристаллических алмазов с шероховатостью Ra=18 нм, Ra=2,5 нм, и плоские поверхности монокристаллов лейкосапфира с шероховатостью Ra=1,9 нм (опытная партия в количестве 28 штук).

16. Намечены дальнейшие пути интенсификации, т.е. повышения производительности и качества обработки твердых хрупких минералов с поверхностью нанометрового рельефа, включающие в себя: совершенствование системы охлаждения, разработку оперативного контроля шероховатости поверхности в процессе квазипластичной обработки, воздействия электрическими, магнитными, акустическими полями на зону обработки поверхности минерала.

По теме диссертации опубликованы

1. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Коньшин А.С. Анализ путей повышения эффективности обработки алмазов. - ГИАБ. - 2000. - №9.- С. 184-187.

2. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Коньшин А.С. Технологические аспекты диагностики бездефектной обработки кристаллов. - ГИАБ. - 2000. - №11. - С.218-220.

3. Теплова Т.Б., Коньшин А.С., Сильченко О.Б. Обработка твердоструктурных минералов резанием на шлифовальных станочных модулях с ЧПУ с применением новой технологии. - Горные машины и автоматика. - 2001. - № 11. - С.31-33.

4. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Морозов В.И. Тестовые методы диагностирования параметров квазипластичного шлифования кристаллов / Мат-лы конф. "V Юбилейная Школа Геомеханики". - Польша, Устрань, 16-19 ноября 2001г.

5. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Диагностирование параметров пластичного микрошлифования в мезообъемах/ Мат-лы X Международного симпозиума "GEOTECHNIKA - GEOTECHNICS" Польша, Устрань, 15-18 октября 2002г. - С 127-135.

6. Коньшин А.С., Теплова Т.Б., Соловьев В.В. Особенности микрошлифования кристаллов лейкосапфира на станочном модуле с числовым программным управлением. - ГИАБ. - 2005. - №3. - С. 52-56.

7. Теплова Т.Б., Коньшин А.С., Соловьев В.В., Ашкинази Е.Е. О выборе рациональных режимов процесса микрошлифования монокристалла лейкосапфира. - ГИАБ. - 2005. - №9. - С. 76-83.

8. Теплова Т.Б., Гридин О.М., Петронюк Ю.С., Левин В.М. О перспективах применения ультразвуковой микроскопии для оценки качества кристаллов после микрошлифования на станочном модуле с ЧПУ. - ГИАБ. - 2005. - №11. - С. 124-129.

9. Коньшин А.С., Теплова Т.Б., Переселенкова Е.И., Проектирование технологического процесса огранки ювелирной вставки из алмаза со сферической гранью на станочном модуле с ЧПУ. - ГИАБ. - 2005. - №5. - С. 258-262.

10. Теплова Т.Б., Могирева Е.С., Переселенкова Е.И. Методы принятия решений создания алгоритма автоматического выбора рациональных режимов шлифования для размерно-регулируемой обработки твердых материалов/ XLIV Sympozjonu ptmts Modelirowanie w mechanice,Wisla, 2005.- С. 443-450.

11. Теплова Т.Б., Коньшин А.С., Гридин О.М. Осциллографический метод контроля процесса микрошлифования на станочном модуле с ЧПУ. - ГИАБ. - 2005. - №10. - С. 84-88.

12. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Могирева Е.С. Разработка модели и алгоритма автоматического выбора рациональных режимов шлифования для размерно-регулируемой обработки твердых минералов/ XLIV Sympozjonu ptmts Modelirowanie w mechanice, Wisla, 2005. - С. 407-412.

13. Ашкинази Е.Е., Коньшин А.С, Теплова Т.Б. и др. Получение лейкосапфировых подложек с критически контролируемыми параметрами шероховатости нанометровой величины/ Международный симпозиум "Образование через науку", Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 17-19 мая 2005г.

14. Теплова Т.Б., Могирева Е.С. Разработка алгоритма осциллографического контроля качества поверхности при размерно-регулируемом шлифовании / International Scientific Conference; 55th anniversary of founding the Faculty of Mechanical Engineering of VSB Technical University of Ostrava, Czech Republic, September 7-9, 2005г.

15. Обработка поликристаллических CVD алмазов в упругой обрабатывающей системе, Е.Е. Ашкинази, В.Г. Ральченко, А.С. Коньшин, Т.Б. Теплова и др. / Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технологии его изготовления и применения / Сборник научных трудов.- Киев, ИСМ им. В.Н. Бакуля, выпуск 8, 2005г.- С.216-220.

16. Теплова Т.Б., Самерханова А.С. Тенденции развития применения твёрдых высокопрочных минералов в микроэлектронике, медицине и ювелирных изделиях. - ГИАБ. - 2006. - №10. - С. 338-346.

17. Гридин О.М., Теплова Т.Б., Самерханова А.С. Исследование зависимости диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления лейкосапфира от температуры. - ГИАБ.- 2007. - №4. С. 365-370.

18. Теплова Т.Б., Самерханова А.С. Обзор методов контроля дефектности твердых материалов. - ГИАБ. - 2007. - №5. - С. 365 - 369.

19. Теплова Т.Б. Коньшин А.С., Гридин О.М., Плотников С.А. Влияние теплового расширения на качество плоских поверхностей монокристалла лейкосапфира. - ГИАБ. - 2006-№11, С. 345-350.

20. Теплова Т.Б. Самонастраивающееся управление со стабилизацией выходных параметров обработки на основе диагностирования параметров пластичного резания в мезообъемах. - ГИАБ. - 2002. - №5. - С. 157-161.

21. Теплова Т.Б. Шлифование поверхностей в режиме пластической деформации как способ получения твердых минералов с заданной шероховатостью / Мат -лы ХI Международного симпозиума "GEOTECHNIKA - GEOTECHNICS " Польша, Устрань, 19-22 октября 2004г. - С 86-93.

22. Теплова Т.Б. Перспективы технологии размерно-регулируемого шлифования твердых высокопрочных материалов. - ГИАБ. - 2005. - №1. - С. 90-94.

23. Теплова Т.Б. Энергетические особенности процесса микрошлифования твёрдых кристаллов. - М. - ГИАБ. - 2006. -№12. - С. 326-333.

24. Теплова Т.Б. Учет акустических и температурных параметров при определении управляющих параметров микрошлифования твёрдых материалов. - ГИАБ. - 2007. -№1. С. 103-104.

25. Теплова Т.Б. Функциональная управляющая модель процесса механической обработки поверхностей твёрдых материалов, обеспечивающая получение шероховатости нанометрового уровня. - ГИАБ. - 2007. -№1. - С. 357-359.

26. Теплова Т.Б. Теоретическая интерпретация процесса размерно-регулируемого микрошлифования твёрдых материалов. - ГИАБ. - 2007. -№2. - С. 363 - 370.

27. Теплова Т.Б. Учет упругих постоянных упругой обрабатывающей системы при микрошлифовании твёрдых материалов. - ГИАБ. - 2007. - №3. - С. 351 -354.

28. Теплова Т.Б. Физические процессы при механической обработке твердых минералов на ультразвуковых частотах. - Горный журнал. - 2007. - №1. - С.45-47.

29. Теплова Т.Б. Тепловые процессы при механической обработке твердых минералов. - Горный журнал. - 2007. - №12. - С. 42-45.

30. Теплова Т.Б. Анализ энергетических и силовых параметров усталостного разрушения поверхностного слоя твердых минералов при механическом воздействии. - ГИАБ. - 2007. - №7. - С.91 - 98.

31. Теплова Т.Б. Частотные характеристики минералов при поверхностном разрушении под воздействием периодического механического поля. - ГИАБ. - 2007. - №4. - С 370 -373.

32. Теплова Т.Б. Критерии квазипластичного режима при направленном поверхностном разрушении твердых материалов. - ГИАБ. - 2007. - № 4. С. 241 - 243.

33. Теплова Т.Б. Особенности взаимодействия инструмента и твердых материалов при направленном разрушении поверхностного слоя. - ГИАБ. - 2007. - № 4, - С.180 -181.

34. Tatiana B. Teplova," The modelling of thermal processes at the mechanical

35. grinding of hard materials", Materialy konferencyjne, XLVI Sympozjon PTMTS

36. "Modelowanie w mechanice", Politechnika Slaska, Katedra Mechaniki

37. Teoretycznej i Stosowanej, Gliwice 2007, s. 31-35.

38. Теплова Т.Б. Исследование возможности обработки хрупких твердых кристаллических материалов электронной техники в режиме квазипластичности для совершенствования качества обрабатываемой поверхности. - Нано-и микросистемная техника. -2008.- №2. -С. 45-47

39. Теплова Т.Б. Физико-технологические принципы получения нанометрового рельефа поверхности при обработке твердых хрупких материалов электронной техники. - Нано-и микросистемная техника. - 2008. -№7. -С. 33-37.

40. Теплова Т.Б. Контроль качества обрабатываемой поверхности в процессе квазипластичной обработки твердых хрупких минералов. - Контроль. Диагностика. 2008. -№9. - С 25 -27.

38. Теплова Т.Б. Диагностирование процесса формирование бездефектной поверхности нанометровой шероховатости на основе синтеза физико-технических процессов обработки поверхности. - СТИН.- 2009. -№4. -С 40.

39. Теплова Т.Б. Физико-технологические принципы получения нанометрового рельефа поверхности при обработке твердых хрупких материалов электронной техники.- СТИН.- 2009. -№5. -С 34 -40.

В других изданиях:

40. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Коньшин А.С. Технологическая диагностика размерно - регулируемого критически бездефектного микрорезания натуральных алмазов на станках с ЧПУ / Тез. Международной науч.-техн. конф. "Состояние и перспективы развития электротехнологии".- Иваново. - 2001. - С.222.

41. Обработка алмазных пластин, выращенных в СВЧ плазме до наноразмерных величин микронеровностей Ашкинази Е.Е., Ральченко В.Г., Коньшин А.С., Теплова Т.Б. и др. Научно-техническая конференция "Аэрокосмические технологии" Реутов ФГУП "НПО машиностроения"25 мая 2005г.- С. 127

42. Теплова Т.Б., Физическая модель процесса размерного квазипластического обработки твердых минералов / Тез. Международной науч.-техн. конф. "Состояние и перспективы развития электротехнологии".- Иваново.- 2005.- С.158.

Размещено на Allbest.ru

...