Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Процессы механической обработки, станки и инструменты
- Название:
- Сідорко Володимир Ігорович. Наукові основи процесів фінішної алмазно-абразивної обробки природного та синтетичного каменю
- Альтернативное название:
- Сидорко Владимир Игоревич. Научные основы процессов финишной алмазно-абразивной обработки природного и синтетического камня Sidorko Volodymyr Ihorovych. Scientific bases of processes of finishing diamond-abrasive processing of natural and synthetic stone
- ВУЗ:
- Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля
- Краткое описание:
- НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля
На правах рукописи
Сидорко Владимир Игоревич
УДК 621.923
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ФИНИШНОЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНОГО И СИНТЕТИЧЕСКОГО КАМНЯ
Специальность 05.03.01
Процессы механической обработки, станки и инструменты
Диссертация
на соискание научной степени
доктора технических наук
Научный консультант
Филатов Юрий Даниилович
доктор технических наук,
старший научный сотрудник
Киев 2006 СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ..............................
9
ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................
12
ГЛАВА 1
Проблема повышения эффективности финишной алмазно-абразивной обработки природного и синтетического камня (аналитический обзор).......................................................................
24
1.1.
Анализ процессов финишной обработки поверхностей деталей из неметаллических материалов...........................................................
24
1.1.1.
Закономерности процессов шлифования деталей из ПСК алмазным инструментом...........................................................
25
1.1.2.
Физико-химические закономерности полирования деталей из НМ инструментом со связанным полировальным порошком....................................................................................
29
1.1.3.
Особенности процессов финишной обработки изделий из неметаллических материалов методом алмазного микроточения.............................................................................
37
1.2.
Анализ требований к инструментам, применяемым в технологических процессах финишной обработки ПСК...................
41
1.2.1.
Алмазный инструмент для шлифования.................................
41
1.2.2.
Инструмент со связанным полировальным порошком для полирования неметаллических материалов......................
43
1.3.
Параметры и характеристики точности формообразования и состояния поверхностей изделий из неметаллических материалов при финишной обработке.................................................
49
1.3.1.
Влияние режимных и кинематических параметров процесса шлифования на точность формообразования поверхностей..............................................................................
49
1.3.2.
Состояние поверхностей изделий из неметаллических материалов при финишной обработке.....................................
50
1.4.
Выводы. Основные задачи исследования............................................
56
ГЛАВА 2
Методика проведения исследований.............................................
60
2.1.
Условия проведения исследований......................................................
62
2.1.1.
Обрабатываемые материалы.....................................................
62
2.1.2.
Инструменты для проведения исследований..........................
65
2.1.3.
Оборудование для проведения исследований и режимы обработки деталей из ПСК........................................................
69
2.2.
Оценка эффективности финишной обработки деталей из природного и синтетического камня....................................................
71
2.2.1.
Методика определения производительности обработки, интенсивности и равномерности износа рабочего слоя инструмента................................................................................
72
2.2.2.
Методика исследования износа кристаллов природного алмаза в процессе финишной обработки неметаллических материалов....................................................
73
2.2.3.
Исследование состояния поверхностей обрабатываемой детали и рабочего слоя инструмента.......................................
78
2.2.3.1.
Оценка шероховатости обработанных поверхностей....
79
2.2.3.2.
Оценка отражательной способности обработанных поверхностей деталей из неметаллических материалов..........................................................................
81
2.2.3.3.
Исследование оптических констант неметаллических материалов с помощью метода эллипсометрии..............
87
2.2.3.4.
Исследование частиц шлама обрабатываемого материала............................................................................
91
2.2.3.5.
Исследование поверхности рабочего слоя инструмента и характеристик алмазных и полировальных порошков.................................................
94
2.2.3.6.
Химический состав обрабатываемых материалов..........
96
2.2.3.7.
Методика определения глубины нарушенного слоя обработанных поверхностей.............................................
101
2.3.
Выводы к главе.......................................................................................
107
ГЛАВА 3
Исследование закономерностей съема обрабатываемого материала при финишной обработке поверхностей изделий из ПСК...................................................................................
109
3.1.
Теплофизический анализ взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности в контактной зоне...............................
109
3.2.
- Список литературы:
- ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
В результате выполненных экспериментально-аналитических исследований взаимодействия инструмента с изделием в контактной зоне при финишной алмазно-абразивной обработке различных видов природного и синтетического камня установлены закономерности формирования высококачественной поверхности изделия и износа рабочего слоя инструмента с учетом особенностей массопереноса и статистического характера распределения частиц шлама по размерам. На основе этого решена научно-техническая проблема повышения производительности и качества финишной алмазно-абразивной обработки природного и синтетического камня инструментами со связанными алмазными и другими по составу полировальными порошками путем усовершенствования технологических процессов обработки и применения новых инструментов с функционально-ориентированными конструкциями и характеристиками рабочего слоя. Полученные в диссертационной работе результаты рекомендованы и используются на камнеобрабатывающих предприятиях при применении новых инструментов и технологических процессов финишной алмазно-абразивной обработки ПСК в соответствии с современными требованиями к производительности производственных операций и качеству изделий.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:
1. Разработана модель образования и направленного удаления частиц обрабатываемого материала и формирования высококачественной поверхности при финишной алмазно-абразивной обработке ПСК, согласно которой: частицы шлама обрабатываемого материала образуются в результате силового воздействия инструмента на поверхность изделия и перемещаются в объеме контактной зоны; удаление обрабатываемого материала представляется как массоперенос частицами шлама; возникновение и распространение дефектов и повреждений в поверхностном слое изделия обусловлены удалением частиц шлама и перемещением границы раздела инструмент-обрабатываемая поверхность.
2. На основе разработанной модели и экспериментально-аналитического исследования взаимодействия инструмента с изделием и изменения состояния их контактирующих поверхностей получены следующие закономерности:
- объем удаленного материала зависит от объема и концентрации частиц шлама с учетом статистического характера их распределения по площадям поверхности и определяется законом движения границы раздела инструмент-обрабатываемая поверхность;
- концентрация частиц шлама, удаленных в процессе финишной алмазно-абразивной обработки ПСК, тем больше, чем меньше коэффициент объемного износа, а их размеры удовлетворяют неравенствам: Rmax для процесса полирования и Rmax для процесса шлифования;
- энергия переноса обратно пропорциональна коэффициенту массового износа, линейно зависит от коэффициента теплопроводности материала изделия и температуры и определяет энергетические затраты на удаление обрабатываемого материала в процессе финишной алмазно-абразивной обработки ПСК (величина при полировании в тысячу раз превосходит значение, характерное для шлифования);
- производительность финишной алмазно-абразивной обработки ПСК экспоненциально возрастает при уменьшении параметра согласно формуле ( предельная величина производительности обработки);
- скорость износа рабочего слоя инструмента зависит от режимных и кинематических параметров процесса обработки, геометрических размеров и формы поверхности изделия, коэффициента удельного износа инструментального материала и определяется для существующих технологических систем и кинематических схем обработки коэффициентами заполнения поверхности инструмента рабочим слоем, при которых обеспечивается его равномерный износ.
3. Экспериментально показано, что при взаимодействии поверхностей инструмента и изделия в процессе полирования показатели преломления и поглощения, коэффициент отражения света ПСК и состояние поверхности рабочего слоя инструмента периодически изменяются вследствие образования продуктов износа (частиц шлама и частиц износа инструмента), их локализации на контактирующих поверхностях в виде пластов налета и удаления с СОТС.
4. Расчетно-экспериментальным методом определены параметры, которые совместно с параметрами шероховатости Ra, Rq и Rmax характеризуют качество поверхности изделия и в совокупности дают возможность ее комплексной оценки:
- глубина нарушенного слоя поверхности изделия из ПСК, которая при шлифовании и полировании определяется законом движения границы раздела инструмент-обрабатываемая поверхность и зависит от средневероятностного размера частиц шлама и параметров шероховатости обработанной поверхности;
- показатель поглощения света изделия из природного камня, который линейно зависит от глубины нарушенного слоя обработанной поверхности;
- коэффициент отражения света поверхностей изделий из ПСК (на длине волны 530нм), который экспоненциально увеличивается при уменьшении параметров их шероховатости;
- эллипсометрический параметр , который чувствителен к колориметрическим характеристикам ПСК и линейно уменьшается с увеличением параметров шероховатости Ra, Rz, Rmax;
- эллипсометрический параметр Ψ, зависимости которого от параметров шероховатости описываются возрастающими функциями, имеющими два линейных участка и разрыв при значениях параметров шероховатости, которые являются предельными при переходе от шлифованной к полированной поверхности;
- характеристика идиохроматической окраски (отношение спектров рассеяния света обработанной и эталонной поверхностями).
5. Разработаны методики: расчета производительности обработки ПСК (ТАШ, СТАШ, полирования инструментом со связанным полировальным порошком); расчета коэффициентов заполнения поверхности инструмента рабочим слоем, при которых обеспечивается его равномерный износ, для существующих технологических систем и кинематических схем финишной обработки ПСК; оптимизации характеристик рабочего слоя инструмента и прогнозирования его работоспособности; комплексной оценки качества поверхностей изделий с ПСК.
6. Разработаны новые инструменты с функционально-ориентированными конструкцией и характеристикой: для финишной обработки плоских поверхностей изделий из ПСК на станках радиально-консольного типа и мостовых шлифовально-полировальных станках (Патенты Украины №№ 51091, 64524А); для ТАШ, СТАШ и полирования ПСК и способы их изготовления (Патенты Украины №№ 55047А, 55048 А, 10751, 15433) из алмазных микропорошков, нетоксичных порошков оксида алюминия и ультрадисперсных алмазов, ПЭТФ после вторичной переработки и кремнийорганических соединений, которые обеспечивают повышение производительности и качества обработки.
7. Усовершенствован технологический регламент финишной обработки природного и синтетического камня новыми инструментами, который включает комплексную оценку качества обработанной поверхности по шероховатости, отражающей способности, идиохроматичности окраски, глубине нарушенного слоя и эллипсометрическим параметрам. По сравнению с технико-экономическими показателями процессов обработки природного и синтетического камня по традиционным технологиям обеспечивается повышение производительности обработки в 1,5 раза, параметров шероховатости поверхностей изделий из природного камня (габбро, гранита) с Ra0,10-0,12 до Ra0,012-0,030, отражающей способности поверхностей изделий из синтетического камня (керамического гранита) в 1,2-2,0 раза.
8. Научные и практические результаты прошли опытно-промышленную проверку и применены на 10 предприятиях камнеобрабатывающей, оптико-механической и электронной промышленности.
- Стоимость доставки:
- 150.00 грн