WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЛИПАТОВА АННА БОРИСОВНА ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПЛАСТИН АЛМАЗНЫМИ КРУГАМИ Специальность: 05.03.01 –Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2008 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор А.В.Балыков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.А. Рогов кандидат технических наук, доцент Е.И.Ивкин Ведущее предприятие: ОАО ЦНИТИ «ТЕХНОМАШ» (г. Москва)

Защита состоится «_» 2008 г., в часов на заседании Диссертационного Совета Д212.142.01 при ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» по адресу: 127994, ГСП, Москва, Вадковский пер., д.3а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН».

Просим Вас принять участие в обсуждении работы и направить свой отзыв в 2-х экземплярах, заверенный печатью организации, по адресу диссертационного совета.

Автореферат разослан «_» _ 2008г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат технических наук М.А.Волосова 3

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В машиностроении, приборостроении и радиоэлектронике, в оптической, часовой и ювелирной промышленностях, в строительстве и быту широкое применение находят конструкционные хрупкие неметаллические материалы – кварц, стекло, керамика, ферриты, ситаллы, драгоценные и полудрагоценные камни, граниты и мрамор. Эти материалы отличаются высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, повышенной хрупкостью и, как следствие, сложностью обработки. Особое место в ряду прецизионных деталей из хрупких неметаллических материалов занимают кристаллографически ориентированные элементы (пластины), изготавливаемые из монокристаллов.

Для производства пьезоэлектрических резонаторов и фильтров, полупроводниковых приборов, твердотельных лазеров, изделий оптоэлектроники и ряда других компонентов электронной техники используют пластины из монокристаллов кварца, танталата и ниобата лития, кремния, германия, сапфира и др. Существенной особенностью их изготовления является точная ориентация кристаллических элементов (пластин) относительно кристаллографических осей.

Прогресс в области разработки устройств для частотной стабилизации требует развития серийного производства высокочастотных, высокостабильных и высокодобротных кварцевых резонаторов.

Основным элементом кварцевого резонатора является кварцевая пластина.

Пластины в зависимости от электрических параметров резонаторов отличаются по форме, виду колебаний, углу среза и точности ориентации относительно кристаллографических осей, геометрической точности и качеству обработанной поверхности.

Операции механической обработки кварцевых пластин имеют решающее значение, так как определяют уровень и стабильность электрических параметров кварцевых резонаторов. Существующий уровень технологии механической обработки пластин, основанный на старых методах оптической технологии, характеризуется широким использованием почти на всех операциях, кроме алмазной резки, суспензий из электрокорунда белого или карбида кремния зеленого и применением ручного труда. Даже сегодня, одна из самых трудоёмких операций: исправление угла среза кристаллографически ориентированных пластин, выполняется в ряде случаев вручную.

Одним из наиболее эффективных методов механизации и автоматизации исправления угла среза партии пластин, с точным ориентированием их базовой стороны на специальном приспособлении, является обработка пластин на плоскошлифовальных станках алмазными кругами.

В теоретических исследованиях шлифования хрупких неметаллических материалов алмазными кругами не раскрыты особенности и условия реализации процесса, а имеющиеся немногочисленные экспериментальные исследования не определяют его общие закономерности.

Поэтому повышение эффективности операции алмазного шлифования на основе раскрытия сущности механизма диспергирования (разрушения) поверхности детали и изнашивания алмазного инструмента, установления связи между характеристиками кругов и технологическими условиями обработки с одной стороны и производительностью процесса, качеством детали и износостойкостью инструмента с другой, является актуальной задачей. Получение математической модели алмазного шлифования, выбор рациональных характеристик алмазного инструмента, разработка специальной технологической оснастки и оптимизация процесса позволят повысить эффективность обработки кристаллографически ориентированных пластин из хрупких неметалличесих материалов.

Цель работы. Повышение производительности и качества обработки поверхности кристаллографически ориентированных пластин из хрупких неметаллических материалов на основе алмазного шлифования.

Методы исследований. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается корректным применением методов моделирования и результатами экспериментальных исследований с применением статистических методов их обработки, применением основных положений технологии машиностроения, теории случайных функций, теории упругости и механики хрупкого разрушения.

Научная новизна работы заключается в:

o выявленных условиях диспергирования поверхности хрупких неметаллических материалов при алмазном плоском шлифовании в зависимости от силы резания процесса;

o математической модели процесса алмазного шлифования деталей из хрупких неметаллических материалов, устанавливающей взаимосвязи сил резания и производительности обработки от режимов алмазного плоского шлифования при ограничениях по силе резания Py;

o регрессионных моделях, описывающих зависимость высоты микронеровностей и глубины нарушенного слоя кварцевых пластин от вида обработки и зернистости алмазно-абразивных инструментов;

o регрессионных моделях зависимости коэффициента режущей способности кругов и шероховатости обрабатываемой поверхности от относительной эффективной контактной поверхности профилей исследуемых кругов;

o получении моделей рельефа режущей поверхности кругов и шероховатости обрабатываемой ими поверхности;

o алгоритме выбора рациональных характеристик алмазных кругов и оптимальных режимов обработки при стабильном ходе процесса диспергирования неметаллических материалов.

Практическая значимость и реализация работы заключается в:

o получении в условиях плоского шлифования алмазными кругами меньшей шероховатости обрабатываемой поверхности и глубины нарушенного слоя деталей из хрупких неметаллических материалов, по сравнению со шлифованием суспензиями на основе карбида кремния той же зернистости;

o разработке методики выбора оптимальных режимов алмазного шлифования при обеспечении требуемого качества поверхности деталей из хрупких неметаллических материалов;

o разработке рекомендаций по характеристикам алмазных кругов, режимам обработки, технологических наладкам алмазного шлифования, повышающих точность, стабильность и производительность исправления угла среза и устранения клина кристаллографически ориентированных пластин;

o автоматизации процесса настройки партии кристаллографически ориентированных пластин для исправления их угла среза методом плоского алмазного шлифования на устройстве с ЧПУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 6-ой международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», (г.Брянск, 2008г.), на XI-ой международной научно-практической конференции МГУПИ «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономике», (г.Москва, 2008г.), на XI-ой научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН», «Математическое моделирование и информатика», (г.Москва, 2008г.). Диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования», МГТУ «СТАНКИН» (г.Москва, 12 ноября 2008г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях, в том числе 2 публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (121 наименование) и приложения.

Основная часть работы изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 39 таблиц.

Содержание работы В первой главе приводится краткий обзор основных неметаллических конструкционных материалов, механики их разрушения, рассмотрены основные закономерности процессов механической обработки хрупких твёрдых неметаллических материалов, включая методы исправления угла среза кристаллографически ориентированных пластин, и методики выбора оптимальных режимов алмазного шлифования.

Конструкционные неметаллические материалы – монокристаллы кварца, танталата и ниобата лития, кремния, германия, сапфира находят все более широкое применение для производства пьезоэлектрических резонаторов и фильтров, полупроводниковых приборов, твердотельных лазеров, изделий оптоэлектроники и ряда других компонентов электронной техники. Существенной особенностью их изготовления является точная ориентация кристаллических элементов (пластин) относительно кристаллографических осей.

Известно, что при механической обработке хрупких неметаллических материалов преобладает процесс хрупкого разрушения, в основе которого лежит механизм трещинообразования. Изучению механики разрушения неметаллических материалов посвящены исследования А.Гриффитса, Ф.Боудена, Д.Teйбора, Д.Ирвина, Д.Моджиса, А.Еванса, Б.Лоуна, Г.М.Бертенева, Е.М.Морозова, В.М.Пострикова, Н.В.Морозова. Теория Гриффитса–Ирвина является в настоящее время основной для описания процессов хрупкого разрушения материалов.

Наиболее массовым является производство кварцевых резонаторов и фильтров. Прогресс в области разработки устройств для частотной стабилизации требует развития серийного производства высокостабильных и высокодобротных кварцевых резонаторов. Поэтому проблема повышения эффективности обработки кристаллографически ориентированных пластин была рассмотрена на примере исследования пьезоэлементов из кварца.

Вопросам изучения и разработки технологии механической обработки кварцевых пластин пьезорезонаторов посвятили свой труд многие ученые:

А.В.Шубников, Н.Н.Качалов, П.Г.Поздняков, М.И.Ярославский, В.Б.Боровский.

А.Г.Смагин, С.Н.Кибирев, А.С.Мошковский, М.Н.Коган, У.Кеди, У.Мезон, Р.А.Хайзинг и другие.

Анализ исследований и существующей серийной технологии по механической обработке кристаллографически ориентированных пластин показал следующее.

Наиболее ответственные операции технологического процесса (доводка угла среза, устранение клина) выполняется с применением ручного труда. Широкое применение шлифовально-доводочных станков приводит к повышенному расходу суспензий, трудности исправления и сохранения точности ориентации пластин, необходимости частой правки притиров для восстановления их геометрической формы.

Сформированный при абразивной обработке поверхностный слой имеет технологические нарушения. Его структура отличается от структуры исходного материала и, в отличие от пластичных материалов, представляет собой совокупность микротрещин и шероховатостей, образованных в результате выкола отдельных участков поверхности. Имеющиеся исследования по шлифованию кварцевых пластин устанавливают в основном только зависимости шероховатости поверхности пластин и глубины нарушенного слоя от вида и зернистости применяемого абразива, и не содержат данных по оптимизации технологического процесса с целью снижения трудоемкости обработки и повышению производительности труда. Исследования по шлифованию кварцевых пластин алмазными кругами, особенно, на операциях исправления угла среза, не дают однозначного ответа об эффективности их применения и выбора режимов шлифования.

В связи с вышеизложенным, в работе намечено решить следующие задачи:

1. Провести сравнительные исследования качества поверхности кварцевых пластин при шлифовании кругами и абразивно-алмазными суспензиями.

2. Получить зависимости между основными параметрами процесса и факторами характеристик инструмента и режимов обработки, определить возможность и эффективность алмазного шлифования кварцевых пластин алмазными кругами.

3. Исследовать рельеф режущей поверхности алмазных кругов и определить его параметры, влияющие на параметры процесса шлифования.

4. Получить модели алмазного шлифования кварцевых пластин и провести параметрическую оптимизацию процесса.

5. Разработать алгоритм выбора рациональных характеристик алмазных кругов и оптимальных режимов обработки.

Вторая глава посвящена моделированию процесса плоского алмазного шлифования с целью формирования критерия оптимальности и установления связей между выходными переменными параметрами, входными и управляющими факторами.

Большой вклад в создание теоретических основ шлифования связанным абразивом внесли ученые: Е.Н.Маслов, Л.А.Глейзер, А.Ю.Албагачиев, В.Г.Митрофанов, Д.Г.Евсеев, В.К.Старков, А.В.Балыков, Г.И.Саютин, В.М.Пачевский, С.Н.Корчак, В.Н.Старов, В.А.Гречишников, С.А.Попов, Л.П.Калафатова, А.Л.Ардамацкий.

Рассмотрим основные показатели процесса алмазного шлифования, и факторы, влияющие на технологический процесс. Для определения структуры и взаимосвязей показателей и факторов процесса, ограничений основных параметров и диапазонов варьирования факторов, управляющих переменных будем рассматривать технологическую систему алмазного шлифования деталей из хрупких неметаллических материалов как управляемый ориентированный объект (рис.1), обладающий входами и выходами.

Р Py Q t И l F Д ТС h Т Rz Rw П Y Рис.1. Технологическая система алмазного плоского шлифования деталей из хрупких неметаллических материалов.

Выделим входные переменные процесса алмазного шлифования, характеризующие технологическую систему перед обработкой.

Входные параметры (факторы):

И – параметры алмазного круга – структурные параметры;

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.