Повышение эффективности финишной обработки металлических зеркал тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Рубан, Игорь Викторович

• Рубан, Игорь Викторович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Рубан, Игорь Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ состояния вопроса изготовления металлических зеркал

1.2. Основные научно-технические задачи при создании зеркал

1.3. Формообразование поверхностей при алмазном

микроточении и полировании

1.4. Особенности процесса алмазно-абразивной доводки поверхности

Выводы

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Подготовка объектов исследования

2.2 Определение режущей способности полирующей абразивной

суспензии

2.3. Приборы, стенды, контрольно-измерительная аппаратура,

применяемые для регистрации оптических характеристик

зеркала

/

2.4. Измерение интегрального количества поглощенной энергии

2.5. Определение параметров скоростного режима обработки

Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ

3.1 Взаимосвязь состояния и физико-химических свойств поверхностного слоя деталей после механической обработки

3.2 Контроль отражательной способности после механической обработки

3.3 Оптимизация технологического процесса механического полирования

зеркал

3.4 Установление необходимого количества операций и оптимальной

зернистости абразива при доводке зеркал

Выводы

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗЕРКАЛ

4.1. Разработка и анализ математической модели технологического процесса полирования, выбор оптимальных режимов полирования

4.2. Расчёт съёма материала при автоматизированном формообразовании поверхности оптических деталей

4.3. Выбор материала полировальника

4.4. Выбор абразивных материалов

4.5. Выбор неабразивных составляющих суспензии для полирования

металлических зеркал из различных материалов

4.6. Изготовление оптических деталей методом алмазного

микроточения

4.7 Влияние различных способов обработки на кристаллическую структуру поверхностного слоя металлов

Выводы

4.8 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

4.9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ.

ЦКП-целевая комплексная программа; ТЗ-техническое задание; ПАВ-поверхностно активные вещества; ХАВ-химически активные вещества; РВЭ-работа выхода электрона, эВ; КРП-контактная разность потенциалов мВ; КП - коэффициент поглощения, %; БКГ - блоки когерентного рассеивания; КДР-коэффициент диффузионного рассеяния, %; УЗГ - ультразвуковой генератор; ЭХО - электрохимическая обработка; ЭЭО - электроэрозионная обработка; ^ -длина волны, мкм; ЯБ-отражательная способность, %; Яг-шероховатость поверхности, мкм; А ^промежуток времени, мин; Р-давление, кПа;

Во - полуширина дифракционной линии эталонного образца, рад.; В-полуширина дифракционной линии обработанной поверхности рад.; Ь-глубина нарушенного слоя, мкм; Н^" -микротвёрдость, МПа; У-скорость движения, м/с; ^глубина резания, мм; Т- температура, К°;

(^-производительность обработки, (г/мин.): Е - энергия разрушения, Дж; Р - удельное давление на образец, МПа; Их- контактная разность потенциалов, мВ;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности финишной обработки металлических зеркал»

ВВЕДЕНИЕ.

В последнее время в России и за рубежом резко возрос объем исследований в области создания лазерной техники, её широкое внедрение в различные отрасли народного хозяйства, что обусловило необходимость проектирования и изготовления лазерной оптики, обеспечение высокой мощности лазерных установок и их надёжной работы. Возросли требования к качеству оптических деталей, поскольку усилилась конкурентная борьба на мировом рынке среди производителей лазерной техники.

В настоящее время жёсткие требования предъявляются к эффективности работы лазеров, которая определяется высокой отражательной способностью лазерных зеркал. Для этого требуется создание прогрессивных технологических процессов обработки металлических зеркал для лазеров.

Решению проблемы получения отражающих металлических поверхностей высокого качества посвящены многие отечественные и зарубежные публикации, журнальные статьи, авторские свидетельства и патенты [25, 36, 38].

Анализ практики эксплуатации отечественной и зарубежной лазерной техники показывает, что только путём систематически проводимых исследований методов получения отражающих металлических поверхностей, безотказности их работы, влияиие на мощность лазерных установок можно научно обосновать требования к точности технологии обработки и качеству металлических зеркал в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

Однако до сих пор в исследованиях не выявлены технологические условия проведения финишных операций механической обработки металлических зеркал, которые обеспечивают требуемые эксплуатационные параметры зеркал. В этом направлении недостаточно изучены аспекты влияния структуры поверхностного слоя зеркал на отражательную способность и общую работоспособность зеркал.

Цель работы состоит в разработке и исследовании методов финишной доводки и полирования металлических поверхностей зеркал незакреплённым абразивом в условиях серийного производства на основе оптимизации процесса обработки при обеспечении требуемых параметров качества обработанных поверхностей.

При этом необходимо выявить и изучить приемлемые для производства зеркал высокопроизводительные способы доводки и полирования, установить объективные методы оценки параметров качества поверхности после финишной обработки, разработать модель процесса полирования, определить аналитические зависимости эксплуатационных характеристик зеркал, интенсивности съёма металла и шероховатости поверхности от основных факторов процесса, создать эффективные полирующие составы.

Для достижения этой цели необходимо:

1. Разработать методику оценки состояния поверхностного слоя зеркал. Выявить и исследовать влияние параметров поверхностного слоя на отражательную способность зеркала;

2. Установить влияние технологических факторов на состояние поверхностного слоя, а также связь между отражательной способностью и параметрами технологического процесса обработки;

3. Разработать математическую модель состояния обработанной поверхности, учитывающую свойства поверхностного слоя.

Работа выполнена в Московском Государственном Открытом Университете в соответствии с целевой комплексной программой (ЦКП), обеспечивающей разработку основ технологии изготовления металлических зеркал для обеспечения реализации программы "ЛОТОС" (тема ОЛ-202).

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Анализ состояния вопроса изготовления металлических зеркал.

Одной из задач при конструировании систем приёма и обработки оптической информации, включающих в себя узлы линзовой и зеркальной оптики, является обеспечение стабильности принимаемого сигнала в заданном диапазоне спектра. Этих целей можно достичь, используя металлические зеркала, пришедшие на смену зеркалам из специальных стёкол. Они позволяют существенно снизить весовые характеристики, повысить механическую прочность, а также перейти к использованию нетрадиционных форм поверхностей.

Работа посвящена исследованию различных методов обработки металлических зеркал для лазерной техники, с учётом их влияния на повышение отражательной способности.

Основными направлениями развития технологии производства металлических зеркал являются [2]:

- разработка новых и совершенствование существующих способов обработки металлических поверхностей;

- применение новых видов смазочно-охлаждающих жидкостей;

- объединение отдельных технологических процессов в один;

- внедрение средств автоматизированного контроля и управления, компьютеризация технологического процесса;

- совершенствование технологических режимов полирования и доводки.

Все эти направления оказывают непосредственное влияние на качество

металлических поверхностей и представляют собой перспективы дальнейшего развития их производства.

Оптические параметры зеркала характеризуются величиной погло-щательной способности и уровнем порога разрушения поверхности (Дж/см 2 )

при повышении которого катастрофически ухудшаются оптические характеристики зеркала.

На рис. 1.1 показано рабочее зеркало диаметром 100мм.

Рис. 1.1. Рабочее зеркало диаметром 100мм.

Таблица 1.1

Требования, предъявляемые к отражающей поверхности зеркала

1*8,% мкм ДЫ.мкм ЦРП% ЛПДж/см2 И,мкм Т, К°

99,3 0,025 0,25 1 100 3 373

Ресурс работы лазерных установок в значительной степени зависит от лучевой и эксплуатационной стойкости оптических зеркал, входящих в их состав. Средний ресурс работы зеркал для мощных лазерных установок

составляет порядка 100 часов. Если зеркало работает меньше этого времени, то ресурс считается неудовлетворительным. Зеркало необходимо демонтировать, восстанавливать, производить монтаж и юстировку. Эти операции снижают экономические показатели работы лазерной установки.

Рис. 1.2. Зеркало с системой охлаждения.

1 - отражающая пластина, 2 - корпус зеркала, 3 - штуцер входа-выхода охлаждающей жидкости, 4,5 - гайка.

Зеркала, применяемые в лазерных установках, испытывают нагрузку до 100кВт и более лучевой энергии на см2 площади, требуют охлаждения, поэтому их изготавливают из металла.

Требования к металлическим зеркалам описанные в работе [2], дополняются ТЗ заказчика (см. табл. 1.1). Они состоят в одновременном обеспечении максимально возможной отражательной способности лазерного излучения (при длине волны А,=10,6 мкм, Яэ > 99%, при заданных параметрах шероховатости поверхности Кх < 0,025мкм. и геометрические характеристики отклонения от плоскостности поверхности 1Ч+- 0,25-0,5мкм на диаметре 100мм.

Однако показатели производимых металлических зеркал не соответствуют требованиям, предъявляемым к их рабочим поверхностям. Одной из причин отставания являются традиционные ограничения при разработке технологических процессов, связанные со стремлением достичь минимальных параметров шероховатости поверхности без учёта физических особенностей взаимодействия электромагнитных волн различной длины с этими поверхностями.

При воздействии лазерного луча возможно разрушение металла, образование микротрещин. Эти дефекты поверхностного слоя увеличивают рассеяние и поглощение светового потока, значительно ухудшают энергетические характеристики излучения лазеров.

Поэтому для обеспечения длительного ресурса работы металлических зеркал в различных условиях эксплуатации необходимо контролировать не только оптические параметры, но и структуру металла, а также исследовать связь между ними. Научно обоснованно управлять этими связями можно, руководствуясь знанием физико-механических и химических процессов, протекающих на поверхности металла. Для производства зеркал использовались металлы, приведённые в таблице 1.2.

В некоторых лазерных установках используются зеркала, имеющие в диаметре более 1000мм. При разработке этих зеркал первостепенное значение приобретает анализ возможных причин искажения формы (источников размерной нестабильности), способных свести эти искажения к минимуму.

По своему происхождению источники размерной нестабильности можно разделить на две группы - внешние и внутренние (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Источники размерной нестабильности.

К внешним источникам относятся упругие деформации при действии силы тяжести или при изменении гравитационных условий, например, при переходе в состояние невесомости. Кроме того, упругие деформации могут быть вызваны градиентами температуры в объёме зеркала вследствие возможной неоднородности окружающих тепловых условий.

Внутренняя размерная нестабильность связана с необратимыми изменениями размеров, сопровождаемыми различного рода релаксационными процессами, протекающими в материале зеркала. Основными механизмами внутренней нестабильности являются релаксации остаточных напряжений различной природы и эволюции структурного состояния, а также возможная неоднородность и анизотропия температурного коэффициента линейного расширения.

Необходимо отметить, что основные требования, предъявляемые к металлам для изготовления зеркал, были сформулированы Д.Д. Максутовым [12] и сводятся к следующим параметрам:

- минимальный удельный вес У ;

- максимальный модуль упругости Е;

- минимальный температурный коэффициент линейного расширения а;

- максимальные тепло - и температуропроводности X и а т .

Развитие исследований в области металлооптики и необходимость выпуска мощных лазеров, в которых используются металлические зеркала, выдвинули следующие дополнительные требования:

- материал зеркала должен обладать высокой отражательной способностью и лучевой прочностью.

Переходя к рассмотрению технологических свойств материалов, важно отметить возможность получения сверхгладких поверхностей одним из существующих ныне или вновь разработанным методом.

С точки зрения изложенных требований, проведём сравнительный анализ свойств различных металлов, для изготовления зеркал (таблица 1.2).

Таблица 1.2.

Свойства металлов, применяемых для изготовления зеркал

Параметр Оптические материалы

Ве Si Al Cu Мо W

Плотность р,Ю3 кг / м3 1,85 2,3 2,7 8,9 10,2 19,3

Модуль упругости Е, Гпа 280 157 69 115 325 41

Удельная жёсткость, Е/у, 10 6 15,1 6,8 2,7 1,3 3,2 1,96

Теплопроводность А., Вт/мк 159 160 220 400 145 130

TKJIP а, 10-б K-i 11,4 2,5 23,9 16,5 5 -

а IX, Ю-8 м/Вт 7,2 1,6 11 4,1 3,5 4,4

Отражательная способность Rs, % 97,4 - 98,2 99,3 97,3 97,9

При сравнительных количественных оценках свойств часто используют различные комбинации из вышеназванных параметров. Таким, например, является удельная жёсткость Е/у, которая обратно пропорциональна деформации под действием собственного веса изделий одинаковой конфигурации.

В зависимости от характера тепловых усилий при эксплуатации зеркала возникают различные комбинации теплофизических параметров, характеризующие его отклик на внешнее возмущение. Среди них часто используют отношение а т /у, которое пропорционально величине термических деформаций при наличии теплового потока.

Как и следовало ожидать, трудно найти материал, который по всем интересующим нас свойствам в равной степени соответствовал бы нашим представлениям об "идеальном" металле. Традиционные оптические металлы обладают умеренной удельной жёсткостью а7-/у. Среди нетрадиционных металлов по величине удельной жёсткости резко выделяется бериллий, превосходящий по этому параметру другие материалы в 5 и более раз. Этот металл имеет высокую теплопроводность, коррозионную стойкость, размерную стабильность.

Расчёты по простейшей методике круговых пластин показывают, что применение бериллия способно в 3 и более раз уменьшить массу зеркала при одинаковой деформации. По удельной жёсткости температуры выделяются такие металлы как, кремний, карбид кремния. Зеркала (при равной жёсткости) из которых уступают по массе бериллиевым зеркалам в 2 раза.

Металлы с присущими значениями теплопроводности позволяют реализовать альтернативный подход к проблеме снижения термодеформаций зеркал. Особо следует выделить кремний, который по этому параметру не уступает даже легированному плавленому кварцу с ультра малым расширением. При этом следует помнить, что время жизни температурных деформаций обратно пропорционально температуропроводности, а в металлических зеркалах на полтора-два порядка меньше, чем в зеркалах из стекла.

1.2 Основные научно-технические задачи при изготовлении

металлических зеркал. Успех создания оптического зеркала для современных лазеров в общем случае зависит от решения ряда сложных научно-технических задач, а именно:

- разработка физической и математической модели технологического процесса обработки и алгоритмов оптимизации параметров зеркал;

обеспечение возможности получения сверхгладких оптических поверхностей;

- разработка средств и методов формообразования поверхностей;

- исследование внутренних источников размерной нестабильности структуры поверхности и разработка методов размерной стабилизации.

Все перечисленные проблемы имеют место при создании зеркал из любого металла. Некоторые из них приобретают особую актуальность.

Обработка оптических поверхностей шлифованием и полированием является сложнейшим многофакторным процессом и до настоящего времени не поддающимся достоверному прогнозу о предельно допустимой шероховатости на данном конкретном металле. Эта задача решается эмпирическим путём варьирования различных параметров процесса.

Накопленный опыт обработки стеклообразных материалов не может быть механически перенесён на металлы, имеющие другую физическую природу, механические и химические свойства. Поэтому основные усилия необходимо направить на разработку методов обработки этих металлов.

Следует учитывать также, что такие дефекты, как пористость, наличие инородных включений, соединений, образованных легирующими элементами, способны существенно повлиять на качество оптической поверхности.

Нашими исследованиями установлено, что сверх чистый бериллий даёт возможность создавать поверхности, сравнимые по качеству со стеклянными. В бериллии промышленных сортов содержится окись бериллия, частицы которой слабо связаны с матрицей и могут выкрашиваться при обработке, ухудшая качество поверхности. Сходные проблемы возникают и для карбида кремния.

Механическая обработка даёт возможность получить наиболее тонко отполированную поверхность, микронеровности которой имеют величину менее половины длины световой волны. Поверхность зеркала, характеризующаяся физико-химическими параметрами металла, параметрами шероховатости и структурой поверхностного слоя, полностью определяет отражательную способность, лучевую повреждаемость, а вместе с тем, ресурсную способность и мощность лазерной установки.

Глубина и степень нарушений структуры поверхности характеризуют в целом воздействие механической обработки на поверхностный слой зеркала. Контроль этих параметров позволит выбрать способы и эффективные режимы обработки, а также последовательность выполнения технологических операций, обеспечивающих требуемые свойства поверхностного слоя.

В литературе имеются ограниченные сведения о влиянии различных способов и режимов обработки на отражательную способность зеркал. В последние годы появился ряд новых работ, в которых излагаются некоторые общие рекомендации по созданию новых методов обработки. В первую очередь это работы по алмазному точению.

Эти материалы связны с получением конкретных параметров, и в частности высоты шероховатости поверхности. Кроме того, что они носят описательный характер, в них не даются необходимые рекомендации о сущности данного метода при обработке зеркальных поверхностей.

Традиционный метод изготовления зеркал заданной геометрической формы заключается в использовании шлифования незакреплённым абразивом. Трудность получения поверхности металлов с низким коэффициентом рассеяния обуславливается тем, что они имеют поликристаллическую структуру. Кроме того, примеси и другие несовершенства структуры по границам зёрен отрицательно влияют на процесс полирования. Основным преимуществом этого традиционного метода является то, что он не требует дополнительного оборудования.

Исследование параметров качества заготовок после алмазного точения показало, что этот метод обработки обеспечивает получение шероховатости поверхности менее 0,05 мкм, точности геометрической формы зеркал от 1мкм. на 100 мм. длины и менее, имеющие малое рассеяние отражённого излучения [7,17].

В работе [16] рассмотрено влияние различных методов обработки поверхности на отражательную способность плоских образцов, изготовленных из проката алюминиевых сплавов AMT 3, Д16 и меди М1, где показано, что максимальное значение отражательной способности достигаются посредством подготовки поверхности точением и последующим механическим полированием незакреплённым абразивом с применением поверхностно активных веществ.

Известны работы Шлоттера [47], установившего зависимость между отражательной способностью и высотой микронеровностей поверхности после алмазного точения, однако, влияние физико-химического состояния поверхности им практически не учтено.

В этой связи при исследовании параметров качества поверхности зеркал необходимо сопоставить новые и уже изученные вопросы, научно обосновать их правомочность с точки зрения данной задачи, так как ранее это не было объяснено.

Анализ известных методов получения высокой отражательной способности и формы поверхности позволит нам разработать классификацию технологических методов обработки заготовок с учётом того, что "точной" в оптике считается поверхность с отклонениями микрогеометрической формы от идеала, измеряемая долями световой волны, такого же типа требования предъявляются и к шероховатости поверхности (рис. 1.3). Это позволяет выбрать методы предварительной и окончательной обработки для обеспечения заданных стабильных оптических свойств.

Заканчивая рассмотрение различных методов формообразования оптических зеркал для лазеров, необходимо сделать вывод о том, что из всего многообразия наибольший интерес для обработки представляют следующие:

1. Обработка "точечным" алмазным резцом.

2. Полирование незакреплённым абразивом с использованием поверхностно-активных веществ. Этому методу принадлежит совершенно особая роль в практике современного производства зеркал.

Не смотря на то, что метод является малопроизводительным, применение его при обработке тугоплавких материалов оправдано, так как он обеспечивает получение поверхностей с высокой степенью точности, высокой отражательной способностью при минимальных параметрах шероховатости. Используя этот метод, можно автоматизировать процесс обработки поверхностей металлических зеркал. При этом- необходимо обеспечить отсутствие оксидных плёнок и прожогов на поверхности, сохранить в поверхностном слое доведённых поверхностей свойства исходного материала. Нужна однородность микрорельефа по всей доведённой поверхности. В поверхностном слое не должно быть шаржированных зёрен абразива.

Учитывая трудоёмкость современных процессов оптической обработки и контроля правильности формы оптической поверхности, легко представить себе препятствия, возникающие на этом пути.

Технология изготовления зеркал из различных металлов не может быть общей вследствие различных их физико-химических свойств. Однако, подход к решению данной задачи должен быть единым. Поэтому необходимо создать единую технологическую схему с определённой последовательностью аналогичных операций.

1.3. Формообразование поверхностей механической обработкой

Зависимость износа заготовки и притира при абразивной доводке и полировании для различных сочетаний действующих факторов процесса и их

взаимодействия носят сложный характер, поэтому многие исследователи пытались отыскать частные или упрощённые решения этого вопроса. При проектировании процесса доводки практическое применение получили методики расчёта, основанные на гипотезе Ф.Престона о прямой пропорциональности износа поверхности и механической работы, затраченной на изнашивание. Ясная по своей физической природе гипотеза Ф.Престона получила подтверждение и дальнейшее развитие в трудах М.И. Семибратова [31], В.М. Рубана [27], Л.С. Цеснека [36], Е. Фишера [45].

Сложность явлений, происходящих при абразивном полировании деталей, заключается в том, что изменение одного и более факторов (кинематических, технологических, динамических и геометрических) приводит к изменению показателей абразивного изнашивания взаимодействующих поверхностей заготовки и притира.

Рис. 1.4 Классификация технологических методов обработки зеркал.

Поэтому при абразивной доводке деталей из различных металлов П.Н.

Орловым предложена теория формообразования поверхности [25], основанная

на использовании интенсивности абразивного изнашивания материалов,

являющегося постоянным свойством материала и зависящего от совокупности

факторов процесса. Одни факторы процесса полирования могут быть

стабилизированы на постоянном уровне, а другие являются переменными во

19

времени, например, V скорость, Р давление, толщина абразивной прослойки между взаимодействующими поверхностями заготовки и притира.

Определение распределения абразивного износа по рабочей поверхности полировальника и обрабатываемой поверхности заготовки за промежуток времени /М является сложной задачей, вследствие отсутствия постоянства толщины абразивной прослойки на отдельных участках взаимодействующих поверхностей [21,25].

Из рассмотренных основных положений указанных подходов к расчёту формы поверхности заготовки и притира следует, что изменяются толщина абразивной прослойки и контактное давление Р по отдельным участкам взаимодействующих поверхностей. Следовательно, изменяется механизм воздействия абразивного зерна на поверхности заготовки и притира. Различные зёрна работают не в одинаковых условиях, осуществляя процесс упругого и пластического деформирования или микрорезания при непрерывном контакте с поверхностными слоями заготовки и притира, либо микровыкалывания или микрорезания при прерывистом контакте зёрен с заготовкой и притиром. Поэтому изучение закономерностей формообразования поверхностей деталей и притира (полировальника) во времени позволяет определить те факторы процесса, которые обеспечивают сохранение постоянства режущей способности абразивной прослойки во времени.

Наиболее перспективным является тот процесс, который обебспечивает требуемые эксплуатационные характеристики. Это может быть достигнуто в двух случаях:

1) При обработке на жёстких притирах (полировальниках) с разноразмерным изнашиванием их поверхностей и сохранением формы рабочей поверхности. В этом случае обеспечивается постоянство механизма разрушения металла заготовки.

2) При обработке на мягких притирах (полировальниках), создающих постоянное контактное давление Р на участках взаимодействующих

поверхностей притира и заготовки. В этом случае наибольшая эффективность достигается при работе абразивных зёрен в шаржированном состоянии.

1.4. Особенности процесса алмазно-абразивной доводки поверхности.

При абразивной доводке и полировании в зоне взаимодействия зёрен, неабразивной части пасты или суспензии с заготовкой происходят изменения определяющие свойства поверхности слоя деталей.

Развитие теории абразивной доводки и полировании связано с появлением ряда основных гипотез о физической сущности процесса взаимодействия поверхностей заготовки и инструмента, которые мы и рассмотрим.

Механическая теория процесса абразивного полирования металлов под воздействием абразивных зёрен впервые предложена Р.Гуком, и в дальнейшем наиболее полно описана в работах академика A.B. Шубникова [37]. Он считал, что в процессе абразивной доводки (шлифования и полирования) твёрдых тел основными доминирующими процессами, влияющими на характер разрушения материалов твёрдого тела и качество обработанной поверхности, являются элементарные механические процессы.

При шлифовании и полировании твёрдых тел происходят следующие механические процессы: выкалывание и отрывание-выдирание частиц,

отделение стружки и наклёп (упрочнение обработанной поверхности материала) в результате пластических деформаций. При механическом воздействии на пластичные тела происходит пластическое деформирование и упрочнение поверхностного слоя или пластическое и хрупкое разрушение. При этом химическим явлениям не уделяется должного внимания.

При полировании твёрдых тел грубой пастой ГОИ производительность обработки значительно выше, чем при полировании тонкой. Если исключить возможность окисления металла кислородом воздуха и осуществлять

обработку в среде водорода, то наблюдается некоторое снижение производительности обработки.

Однако и эта гипотезе не может объяснить полноту явлений, происходящих при полировании и доводке. По мнению авторов работы [1] при полировании не происходят указанные выше процессы в чистом виде, а одновременно действуют следующие факторы:

1) химическое воздействие поверхностно-активных полирующих веществ;

2) резание абразивными зёрнами или размельчение (диспергирование) тончайшего поверхностного слоя;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рубан, Игорь Викторович, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Хрульков В.А., Головань А.Я и др. Алмазные инструменты в прецизионном приборостроении. М., Машиностроение, 1977, 223с.

2. Ардамацкий A.A. Алмазная обработка оптических деталей. М: Машиностроение. 1978, 231с.

3. Богомолов Н.И. Основные процессы при взаимодействии абразива и металла Диссертация д.т.н., Киев, 1967, 481с.

4. Рубан И.В, Дудко П.Д, Рубан В.М.//Влияние режимов обработки на степень структурных изменений поверхностного слоя материала зеркал. Оптико-механическая промышленность, 1991, №7, 71с.

5. Голованова М.Н. О роли фракций в составе микропорошков при обработке свободным абразивом. Алмазы и сверхтвёрдые материалы, 1981, №8, с. 23-25.

6. Дудко П.Д. Прецизионная обработка деталей с применением абразивных составов.//Прогрессивные методы финишной обработки деталей машин и приборов, Киев, общество «Знание», 1977, №7, Зс.

7. Шульман П.Т, Созин Ю.И и др. Качество поверхности обработанной алмазами. Киев, 1972, 280с.

8. Рубан В.М, Дудко П.Д. Алмазно-абразивные составы с полимерными вставками, применяемые при доводке прецизионных деталей. //Станки и инструменты, 1982, №27, с. 12-14.

9. Козлов В.М. Влияние отжига на структуру и микротвёрдость электрической меди. //ФММ, 1978, №6, с. 132.

10. Рубан И.В, Назаров Ю.Ф. Машиностроение, Композиционный полировальник для алмазно-абразивной обработки зеркальных поверхностей. //Алмазы и сверхтвердые материалы. 1983, №11, 10с.

11. Кремень З.И. Выбор оптимальных условий абразивной доводки металлов. //Вестник машиностроения, 1969, №5, 48с.

12. Максутов Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. ГИТТЛ, М: 1967, №6, с 26-29.

13. Маркова А.А.Изменение работы выхода электрона при трении, резании, смазке твёрдых тел. М.: Наука, 1973, 28-34с.

14. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974,315с.

15. Маталин A.A. Влияние алмазной обработки на состояние поверхностного слоя. //Алмазы и сверхтвёрдые материалы, 1980, № 1, с.18.

16. Некрасов В.П. Вероятностно-статистические основы процессов шлифования и доводки. //Л: Северо-западный ЗПИ, 1974, с52-61.

17. Рубан В.М, Дуд ко П. Д. Оптимизация режима обработки при полировании отражателей из меди с применением алмазных суспензий. Алмазы и сверхтвёрдые материалы, 1981, № 7, с.9-10.

18. Рубан В.М, Назаров Ю.Ф, Лурье Г.Б. Оптимизация процесса абразивной обработки зеркальных металлических поверхностей. //Алмазы и сверхтвёрдые материалы, 1981, № 4, с. 11-12.

19. Рубан И.В, Рубан В.М, Дудко П. Д. Овализация алмазных микропорошков. //Оптико-механическая промышленность, 1988, №9, с.37.

20. Рубан И.В, Рубан В.М, Мельников О.Н. Оптимизация процесса абразивной обработки рабочих поверхностей оптических деталей. //ЦНИТИ, Поиск, №5,. 1983, с.55-57.

21. Рубан И.В, Назаров Ю.Ф. Оценка процесса шаржирования при абразивной обработке металлических зеркал. //ЦНИТИ, Поиск, №8,1990

23. Орлов П.Н, Рубан В.М. Качество и производительность обработки поверхностей прецизионных деталей методами чистовой доводки. М.: Машиностроение, 1987. //Тезисы конференции в ТТИ (г. Горький), 1984, с.7-8.

24. Рубан В.М, Рубан И.В, Назаров Ю.Ф. Особенности процесса алмазного микрорезания цветных металлов. // ЦНИТИ, Поиск, №11,. 1990, с.58-60.

25. Орлов П.Н. Технологическое обеспечение параметров качества деталей при абразивной доводке. Диссертация на соискание д.т.н. М: МВТУ им. Баумана 1981,509с.

26. Адлер Ю.П, Макарова Е.В, Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений.//М: Наука, 1999, № 1, с. 27-34.

27. Рубан И.В, Рубан В.М, Мельников О.Н. Практика обработки поверхностей металлических деталей. // ЦНИТИ, Поиск, №6,. 1990, с.73-76.

28. Рубан В.М, Мельников О.Н, Назаров Ю.Ф. Свойства металлических отражателей для когерентных источников излучения оптоэлектронных устройств. //Вопросы оборонной техники, 1987, № 4, с. 11-13.

29. Семибратов М.Н. Управление формообразованием оптических поверхностей в процессе доводки. //Оптико-механическая промышленность, 1970, №11, с.55-60.

30. Смирнов В.И. Курс высшей математики машин.//М: Наука, 1967, №1, с.83-87

31. Технология оптических деталей. //Под редакцией Семибратова М.Н, М: Машиностроение, 1978, 415с.

32. Топорец A.C. Отражение света шероховатой поверхностью. //Оптико-механическая промышленность, 1979, №1, с.34-40.

33. Точность производства в машиностроении. Под редакцией Гаврилова А.Н. //М: Машиностроение, 1973,565с.

34. Тимошенко С.П, Гудервер Д.А. Теория упругости. //М: Наука, 1976, 576с.

35. Химельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. //М: Мир, 1973, 930с.

36. Цеснек JT.C. Основные направления процесса абразивного формообразования. //М: Оборонгиз, 1962, с.329.

37. Шубников A.B. Элементарные механические явления в шлифовании и полировании. //Качество поверхностей деталей машин. М: АН СССР, ТЗ, 1967, с.5-16.

38. Ящерицын П.И. Влияние технологической наследственности на формирование физико-механических свойств поверхностного слоя шлифованных деталей. //Прогрессивная технология машиностроения. 1972, №4, с.5-16.

39. Рубан И.В, Рубан В.М, Дудко П.Д. Полировальная суспензия. Авторское свидетельство № 910714.

40. Рубан И.В, Рубан В.М, Дудко П.Д. Доводочный алмазно-абразивный состав. Авторское свидетельство № 2861281.

41. Рубан В.М, Вобликов B.C. Абразивная суспензия Авторское свидетельство № 1241700.

42. Рубан В.М, Романов И.В. Состав для полирования металлических поверхностей. Авторское свидетельство № 1102799.

43. Influence of some factors on gas evolving in ammonia electrolytes at electrochemical treatment. Soviet surface engineering and applied electrochemistry. Allerton press. Inc. New-York, 1985, USA.

44. Применение нанотехнологий и оценка эффективности их внедрения/

З.А. Годжаев, В.М. Рубан, СП. Козырев, С.Д. Зайцев, И.В. Рубан -Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2008 г., № 4 с 54-55.

45. Твердые наноструктурные алмазно-кластерные покрытия/ И.В. Рубан, З.А. Годжаев, В.М. Рубан, С.Д. Зайцев - Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2008 г., № 7с 53-54.

46. Применение нанотехнологий в машиностроении/ З.А. Годжаев, В.М. Рубан, И.В. Рубан, А.И. Рубан - Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2008, №9 г., с 51-52.

47. Принцип построения гибких производственных систем (ГПК). Республиканская научно-техническая конференция. Сборник тезисов, докладов, 1989г., г. Харьков.

48. Нанотехнологические процессы обработки изделий конструкционного назначения в машиностроении Рубан И.В., Зайцев С.Д., З.А. Годжаев. -Вестник машиностроения, 2009 г., № 4.

49. Исследование влияния тепловых процессов взаимодействия лазерного излучения с металлом на его физико-механические свойства с целью повышения эксплуатационных свойств обработанных деталей. И.В. Рубан, Сборник тезисов докладов «Прогрессивные технологические процессы в машиностроении и стимулирование их внедрения в производство», 1991 г., г. Харьков.

50. Специфические особенности свойств металлов, как материалов для оптики. Рубан И.В., Д.Н. Клауч - Новые технологии. 2012, №6, стр. 31-35.

51. Расчет параметров контура рабочей поверхности зеркала. Рубан И.В., Клауч Д.Н., Рубан А.И. - Вестник машиностроения, №5, 2012г.

52. Патент РФ №2271902 В23Д65/02 (2006.01). Способ изготовления ножовочных полотен. И.В. Рубан. Опубликовано 20.03.06 БЮ №8.

53. Патент РФ №2279736 В23Д65/00 (2006.01). Устройство для изготовления ножевых полотен. И.В. Рубан. Опубликовано 10.07.06 БЮ №19.

54. Выбор оптимального процесса обработки зубчатых колес/ И.В. Рубан, З.А. Годжаев, В.М. Рубан, Е.Д. Зайцев, Вестник машиностроения, 2008г., № 7 с. 4042.

55. A.C. 905256 (СССР) Доводочный алмазно-абразивный состав/ П.Д. Дудко, И.В. Рубан/БИ. 1982 МКИ С096. УДК 667. 634.

56. Качество и производительность обработки поверхностей прецизионных деталей методами чистовой доводки. М.: Машиностроение, 1987.//Тезисы конференции в ГТИ (г. Горький), 1984, с. 7-8. Рубан В.М, Рубан И.В.

57. Обработка деталей с заданной отражательной способностью./И.В. Рубан, В.М. Рубан, З.А. Годжаев. / Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2008г., № 5