автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии притупления острых кромок изделий методом лазерного управляемого термораскалывания

На правах рукописи

ТРУБИЕНКО Олег Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИТУПЛЕНИЯ ОСТРЫХ КРОМОК ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОГО УПРАВЛЯЕМОГО ТЕРМОРАСКАЛЫВАНИЯ

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0034884

Москва - 2009

003488416

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор КОНДРАТЕНКО Владимир Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор АСТАХОВ ; Владимир Петрович

кандидат физико-

математических наук,

профессор ТРЕТЬЯКОВА' Ольга Николаевна

Ведущая организация: ОАО «НИИ технического стекла» - - - - -(г. Москва)

Защита состоится « 22 » декабря 2009 года в зале-Советов-в ¡2 часов ка-заседании диссертационного Совета Д212.119.01 при-Московском — " государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107846, г. Москва, ул. Стромынка, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПИ.

Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять но адресу: 107846, г. Москва, ул. Стромынка, 20, Ученый Совет.

Автореферат разослан «20» ноября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета, д. т. н., профессор

В. В. Филинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Данная работа посвящена решению проблемы, существующей в производстве современных приборов и изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, а именно, проблемы притупления острых кромок изделий (снятия фаски) за счет разработки нового высокоэффективного технологического процесса лазерного управляемого термораскалывания (ЛУТ).

Актуальность работы вызвана, с одной стороны, постоянно растущими требованиями к качеству, конструкционным и эксплуатационным параметрам прецизионных изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, используемых в электронной, приборостроительной, автомобильной и других отраслях промышленности, а также массовостью и все возрастающей номенклатурой их выпуска. С другой стороны, актуальность продиктована несовершенством существующих технологических процессов обработки острых кромок стекла, наличием большого количества трудоемких ручных операций, низким процентом выхода годных изделий. Кроме того, в ряде случаев существующие технологические процессы несовместимы с современными технологическими процессами, применяемыми при изготбкленйи дисплейных панелей и других изделий микро- и оптоэлектроники. Это объясняется тем, что изготовление таких устройств происходит в помещениях с повышенной вакуумной гигиеной, в так называемых «чистых комнатах», где не допускается наличие пыли и посторонних частиц. " ~

Традиционные технологические процессы обработки острых 'кдомок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, базируются на использовании алмазно-абразивного инструмента или оплавлении острых кромок пламенем газовых горелок или с помощью лазерного излучения.

Следует выделить следующие основные недостатки традиционных технологий притупления острых кромок изделий: .

, - низкая производительность притупления острых кромок изделий; . низкая культура производства;

необходимость отмывки изделий после притупления острых кромок с целью удаления абразива и остатков материала;

низкая прочность изделия за счет наличия дефектной зоны на кромке после притупления острых кромок алмазно-абразивным инструментом;

необходимость проведения отжига изделий после оплавления острых кромок для снятия остаточных температурных напряжений;

высокая стоимость оборудования для притупления острых кромок.

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью разработки нового высокоэффективного технологического процесса притупления острых кромок изделий, а также необходимостью разработки соответствующего этому процессу оборудования.

Целью работы является разработка нового технологического процесса притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания, а также разработка специализированного технологического оборудования для реализации этой технологии.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

- выработать принципиально новый критерий к подходу притупления острых кромок, базирующийся на передовых технологиях в производстве изделий приборостроения, микро- и оптоэлектроники, с целью исключения основных недостатков существующих технологий;

- разработать математическую модель притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания;

- разработать новый высокоэффективный технологический процесс притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания;

- оптимизировать технологические режимы притупления острых кромок изделий методом лазерного управляемого термораскалывания;

- разработать методику и провести анализ прочностных характеристик изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов в зависимости от способа притупления острых кромок;

разработать конструкцию технологической установки для притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов, содержащей два лазера и две оптические фокусирующие системы.

Научная новизна работы состоит в том, что в данной работе впервые сформулирован критерий J выбора технологического процесса притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания, учитывающий следующие требования и параметры:

где требования ГОСТ Р ИСО 14644-1-2002 по чистоте помещений (К), скорость притупления острых кромок (V), плотность потока мощности лазерного излучения (0, прочность изделия после обработки (<т).

Разработана математическая модель процесса притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания, учитывающая взаимосвязи параметров

лазерного излучения и материала, для получения фаски с заданными размерами и формой.

Исследована взаимосвязь между основными параметрами процесса лазерного притупления острых кромок изделий из различных типов хрупких неметаллических материалов, используемых в приборостроении, микро - и оптоэлектронике, позволившая оптимизировать скорость перемещения лазерного луча в зависимости от достижения требуемой прочности изделия в процессе обработки.

Разработана конструкция технологической установки для лазерного притупления острых кромок с изделий из различных материалов.

Практическая значимость. Исследования, проведенные в рамках диссертации, позволили разработать технологию и конструкцию оборудования для притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания. Это позволит повысить скорость снятия фаски, производить обработку изделий в соответствии с требованиями по чистоте обработки и обеспечить повышение прочности изделий после обработки, не прибегая к дополнительному упрочнению (таблица 1).

Таблица 1.

Сравнительные характеристики традиционных и разработанного

методов снятия фаски и притупления острых кромок

Технологические параметры и операции Механическое снятие фаски Оплавление кромки Притупление острых кромок методом ЛУТ

Скорость обработки, мм/с до 10 до 50 до 1000

Прочность изделия после обработки, МПа 55 81 155

Дополнительная операция по отмывке изделий требуется требуется не требуется

Упрочнение изделий после обработки требуется не требуется не требуется

Термический отжиг изделия не требуется требуется не требуется

Обработка в чистых помещениях не производится не производится производится

Совместимость с современными методами обработки в общем технологическом цикле не совместим не совместим совместим

Кроме этого разработанная технология позволила решить ряд практических задач, которые были поставлены производителями современных приборных пластин, а именно:

- избежать процедуры отмывки изделий, которая обязательно проводится после снятия фаски традиционными способами;

- резать материал и производить притупление острых кромок в одном технологическом процессе лазерного управляемого термораскапывания;

- избежать разупрочнения изделий после притупления острых кромок.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный технологический процесс и специализированное технологическое оборудование нашли практическое применение и внедрены в ряде компаний, в том числе:

- ОАО «Московский завод «Сапфир»;

- ООО «Прецизионные процессы» (г. Москва);

- Институт СВЧ - полупроводниковой электроники РАН (г. Москва);

- Агентство технологических исследований «ЮниСаф» (г. Зеленоград);

- "Grander Technology Ltd." (Китай);

- "Jenoptik AT" (Германия);

- НИИ «Технического стекла», (г. Москва).

Технико-экономическая эффективность нового процесса лазерного притупления острых кромок значительно превышает эффективность существующих технологических процессов и оборудования.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании», 21-26 ноября 2006 г., Египет;

- Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 12-19 октября 2008 г., Тунис;

- Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 14-21 ноября 2009 г., Египет;

- Международной научно-технической конференции «Стеклопрогресс-XXI», 27-30 мая 2008 г., г. Саратов;

- за рубежом на семинарах и научных конференциях немецкой компании "Jenoptik AT" (Jena - 2008), тайваньской компании "Foxconn Technology Group" (Shenzhen - 2009);

- в России на семинарах и научных конференциях Московского государственного университета приборостроения и информатики, Института СВЧ - полупроводниковой электроники РАН, ОАО «Московский завод «Сапфир», научно-исследовательского института технического стекла (г. Москва).

Результаты диссертационной работы демонстрировались на Международных выставках «Высокие технологии XXI века - 2008», и удостоены дипломов и золотой медали, на Международном салоне «Архимед - 2007» удостоены золотой медали.

На защиту выносятся следующие положения:

- критерий выбора технологического процесса Л притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов с использованием метода лазерного управляемого термораскалывания;

- математическая модель притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания;

- оптимизированные технологические режимы лазерного притупления острых кромок изделий из различных материалов методом лазерного управляемого термораскалывания;

- технологический процесс притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскальгеания;

- методика и результаты анализа прочностных характеристик изделий в зависимости от способа снятия фаски;

- конструкция технологической установки для лазерного притупления острых кромок изделий из различных материалов, содержащей два лазера и две оптические фокусирующие системы.

Публикации. Основные научные результаты диссертации отражены в 7 публикациях, в том числе, в 5 опубликованных тезисах и докладах Международных конференций и в 2 статьях, опубликованных в научно-технических журналах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 136 страниц текста, включая 43 фотографии, 49 рисунков, 36 таблиц и 84 наименования цитируемой литературы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы по разработке и внедрению в производство нового технологического процесса притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов методом ЛУТ. Обоснован выбор метода ЛУТ, как наиболее эффективного метода лазерного притупления острых кромок изделий.

Сформулирована цель, научная новизна и практическая значимость работы. Представлены сведения об апробации и о реализации результатов работы, а также основные положения и результаты, выносимые на защиту.

Первая глава диссертационной работы посвящена анализу традиционных технологий и оборудования притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов.

Наиболее распространенный традиционный способ притупления острых кромок изделий заключается в шлифовании кромок с помощью абразивного или алмазного инструмента. Этот способ используется давно и постоянно усовершенствуется за счет создания нового сложного

оборудования. Недостатком данного способа является низкая производительность, низкая культура производства, сложность и высокая цена используемого оборудования, низкое качество получаемых изделий из-за наличия дефектного слоя после алмазно-абразивного снятия фаски. Поэтому в ряде случаев при изготовлении ответственных изделий с повышенными требованиями к прочностным параметрам прибегают к последующей механической или огневой полировке фасок.

Кроме того, известен способ формирования фаски на изделиях из стекла путем оплавления их кромок с помощью лазерного излучения, включающий нагрев кромки изделия сфокусированным лазерным пучком и относительного перемещения изделия и пучка. Недостатком данного способа, как и способа оплавления кромок стекла пламенем газовых горелок, является необходимость последующего дополнительного температурного отжига для снятия остаточных термических напряжений.

Установлены и научно обоснованы основные недостатки существующих технологий, которые ограничивают дальнейшее развитие в области разработки новых приборов и изделий приборостроения, микро - и оптоэлектроники из-за некачественного снятия фаски с исходных материалов. Сформулирован критерий Л выбора технологического процесса притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов с использованием метода лазерного управляемого термораскалывания.

Вторая глава диссертационной работы посвящена теоретическим исследованиям процесса лазерного притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов и разработке математической модели этого процесса.

Сущность этого способа притупления острых кромок заключается в следующем. При нагреве поверхности стекла вдоль кромки лазерным пучком с длиной волны излучения 10,6 мкм (излучение С02-лазера), для которого стекло непрозрачно, вся энергия поглощается в тонком поверхностном слое. Дальнейшее распространение энергии лазерного излучения вглубь материала происходит за счет теплопроводности. Следовательно, степень нагрева поверхности стекла или другого материала под действием лазерного излучения зависит от следующих факторов: мощности и плотности мощности лазерного излучения, скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала, а также от скорости отвода тепла от поверхности вглубь материала, которая определяется коэффициентом теплопроводности материала. В результате локального нагрева до температуры, не превышающей температуры плавления, в поверхностных слоях стекла возникают высокие напряжения сжатия, которые компенсируются напряжениями растяжения, расположенными в объеме стекла. В случае выполнения определенных условий нагрева, а именно: выбора соответствующей плотности мощности излучения, размеров и формы пучка, а также скорости относительного перемещения изделия и лазерного пучка, можно обеспечить условие, когда

напряжения растяжения превысят предел прочности стекла. Это приводит в свою очередь к отделению от кромки стекла узкой полоски стекла, за счет чего и обеспечивается притупление острой кромки пластины, т. е. образование фаски.

Подбор экспериментальным путем оптимальных технологических режимов образования фаски для различных типов стекла, а также для других хрупких неметаллических материалов является весьма сложной и трудоемкой задачей. Это связано с необходимостью учета и взаимосвязи множества параметров лазерного излучения и материала для получения фаски с заданными размерами и формой.

В связи с этим в данной работе рассмотрена математическая модель процесса лазерного притупления кромок под действием термоупругих напряжений, обеспечивающих отделение узкой полоски материала вдоль кромки нагреваемого лазерным излучением материала. На основании анализа математической модели проведена оптимизация технологических режимов процесса лазерного притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов.

Задача нагрева стекла движущимся лазерным пучком для полубесконечного пространства решается методом функций Грина. Расчеты показывают, что такое приближение оправдано в большинстве случаев нагрева стеклянных пластин, так как глубина прогрева стекла из-за низкой его теплопроводности невелика и не достигает нижней поверхности пластины. Однако для нагрева кромки тонкой пластины такой подход не применим. В этом случае ЗБ задача теплопроводности решается методом разделения переменных (метод Фурье), а возникающие ряды удобно суммировать, применяя алгоритм быстрого Фурье-преобразования.

На рис. 1 представлена схема нагрева кромки стеклянной пластины 1 лазерным пучком 2 эллиптической формы при снятии фаски (а) и фотография образующейся фаски (б).

\

\

\

ч А

а)

б)

Рис.1. Схема нагрева поверхности кромки пластины 1 лазерным пучком 2 (а) и фотография образования фаски (б).

Для решения задачи теплопроводности нагрева лазерным излучением кромки тонкой теплоизолированной пластины, которую нельзя считать полубесконечным пространством, применим метод разделения переменных.

Так как неоднородность уравнения задачи теплопроводности (нагрев лазерным пучком ТЕМоо моды) представляется в виде произведения трёх одномерных множителей по х, у, г - соответственно то, сведем задачу к одномерным в трёх направлениях пластины.

М

дТ Рк ( 2(х-г¡У

ср--ЛАТ =-ехр —-—т-1-

д/ лпЬ Ч а1

ехр

хр(- Ь)

Одномерная задача для поглощения излучения по закону Бугера решается аналитически и выражается рядом Фурье по Соз^гп/И) - где г текущая координата, И - толщина пластины, п - натуральное целое число.

I-(-!)" -ехр(-А;-А)

1 +

г \2 к ■ п

к-к

Для каждого значения п определена двумерная задача, которая также представляется двумя одномерными задачами по х, у. Одномерная задача по у также выражается рядом Фурье по Соз(лу]/В) - где у - текущая координата, В - ширина пластины, у - натуральное целое число. Коэффициенты этого ряда представляются интегралом, который вычисляется численно.

<4

Гв \

\о

ехр

-2- У

Ф

Для каждого значения пи] определена задача по х, которую решаем методом функций Грина.

, ехр

о "I

а + 8ат('

ехр

_/_[ п-а-} >о

В

ехр

к )

у1а2+йат1'

(1 -К)-Г-а ,, _

д = ----, где к - коэффициент отражения, Р - мощность лазерного

яг-А-Я

X

излучения, А - коэффициент теплопроводности; ат =- - коэффициент

с-р

температуропроводности, с - удельная теплоемкость, р - плотность.

Нагревание кромки пластины по схеме, приведённой на рис. 3 можно представить как сумму двух задач нагрева половиной лазерного пучка падающего на плоскость ХОУ и X0Z соответственно. Решение задачи проведено средствами МаЛСаё. Приведем примеры расчета температурных полей при лазерном снятии фаски для следующих параметров процесса:

- мощность лазерного излучения Р = 60 Вт;

- размер поперечного сечения лазерного пучка - эллипс с размером главных осей 2ах2Ь = 6х1 мм2;

- скорость перемещения V = 300 мм/сек;

- размер расчетной области пластины А х В х 11 = 30 х 2 х 1.1 мм.

На рис. 2 представлено распределение температуры вдоль оси ОХ на острие кромки стекла (у=0) вдоль перемещения пучка на поверхности стекла (г=0), то есть Т(х, 0, 0). Как видно из этого графика, температура нагрева поверхности достигает своего максимального значения - около 800°С в центральной части лазерного пучка (х=0), а затем резко снижается по мере удаления от пучка.

т'с

600

400

200

О

Рис. 2. Распределение температуры вдоль оси ОХ на поверхности стекла.

На рис. 3 представлено распределение температуры T(x=const, у, 0) вдоль оси 0Y (по ширине пластины) при лазерном нагреве кромки пластины из стекла Corning 1737 в центре пучка (х=0) и на расстоянии -2а после него. Здесь приведено распределение температуры на поверхности стекла (z=0). Видно, что температура достигает максимума в очень узкой зоне материала вдоль кромки материала при у=0 и резко уменьшается по мере смещения от оси пучка. т,*о

600

«о

200

о 0.2 0.4 0.6 0.8 1 12 1.4 1.6 1.8 у,мм

Рис.3. Распределение температуры вдоль оси ОУ по ширине пластины в центре пучка (х=0) и на расстоянии -2а после него.

На двух предыдущих графиках было представлено распределение температуры на поверхности материала при z=0, что позволяет определить ширину фаски. Однако для определения формы фаски важно знать распределение температуры в объеме материала. На рис. 4 представлено распределение температуры T(x=const, 0, z) вдоль оси ОZ по толщине пластины при лазерном нагреве кромки пластины из стекла Corning 1737 в

Рис.4. Распределение температуры вдоль оси 0Z в центре пучка (х=0) и на расстоянии х=2а после него.

На рис. 5 представлено распределение температуры в сечении 0YZ при лазерном нагреве кромки пластины из стекла Corning 1737 в виде изотерм (а) и в виде пространственной формы распределения (б).

При относительно большой скорости перемещения v = 300 мм/сек, тепло не достигает нижней поверхности пластины и при симметричном расположении пучка относительно грани распределение температуры в сечении перпендикулярном оси ОХ практически симметрично вдоль 0Y и 0Z. Небольшая толщина пластины сказывается, в этом случае, в различии нижнего значения температуры в » 40 °С и в смещении зоны нагрева вглубь материала, что хорошо видно на изотермах рис. 7а. Из рис. 5 также можно сделать вывод, что сильному нагреву (около 800°С) подвержена очень узкая зона (красный цвет изотерм) вблизи кромки пластины. Эта часть пластины и откалывается после остывания, образуя фаску вдоль кромки пластины шириной около 200 мкм.

Следует отметить, что при более интенсивном нагреве поверхности может происходить оплавление стекла в зоне воздействия лазерного пучка. По мере перемещения пучка стекло затвердевает. Под действием возникающих при этом термических напряжений может происходить отделение узкой полоски стекла, которая была нагрета до температуры плавления. Однако в этом случае существует большой риск появления остаточных термических напряжений вдоль кромки стекла, которые могут

привести к образованию микротрещин. Таким образом, притупление кромки может происходить при широком диапазоне температур.

0,75

г,шгл 0,75

у, mm

Рис.5. Распределение температуры в сечении 0YZ при лазерном нагреве кромки пластины из стекла Coming 1737 а) - изотермы, б) -пространственная форма распределения.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований процесса притупления острых кромок изделий из стекла методом ЛУТ.

Экспериментальные данные, полученные при выполнении работы, позволяют достаточно глубоко исследовать возможность управления геометрическими размерами фаски и прочностными характеристиками обработанного изделия. Немаловажное значение имеет выбор на основании полученных данных таких вариантов реализации лазерного притупления острых кромок, которые позволяют достаточно легко использовать новую технологию в серийном производстве. В частности, большое внимание уделено расширению диапазона технологических параметров процесса снятия фаски, с целью обеспечения надежности и повторяемости процесса. Кроме того, важной задачей экспериментальных исследований является

создание технологического оборудования для лазерного притупления острых кромок с высокой степенью автоматизации процесса.

Очень важно определить возможность управления размерами фаски в процессе их образования. На рис. 6 представлена графическая зависимость размеров фаски от скорости перемещения лазерного пучка относительно кромки материала при различной мощности лазерного излучения, а именно, при 30, 60 и 100 Ваттах.

мкм

200 ¿ЮТ 600 800 V, мм/с

Рис. 6. Зависимость ширины фаски от скорости перемещения лазерного пучка при различной мощности лазерного излучения: 1-30 Вт; 2 -

60 Вт; 3 - 100 Вт.

Из приведенного графика можно сделать вывод, что размеры фаски и скорость притупления кромки находятся в очень широком диапазоне. Кроме того, не требуется применения большой мощности лазерного излучения. В частности, мощности 100 Вт достаточно для снятия фаски со скоростью около 1000 мм/сек. Это делает новую технологию весьма привлекательной для широкого промышленного применения и конкурентно способной по отношению к традиционным способам снятия фаски.

На рис. 7 приведен график зависимости скорости снятия фаски от мощности лазерного излучения. Зависимость носит линейный характер. Из представленных результатов экспериментальных исследований можно сделать вывод, что варьируя скоростью относительного перемещения лазерного пучка и материала, мощностью лазерного излучения и размерами лазерного пучка можно получить фаску заданных размеров в очень широком диапазоне. В ходе проведения исследований были получены размеры фасок от 50 мкм до нескольких миллиметров. Большое внимание в данной работе было уделено исследованию влияния способов и режимов снятия фаски на механическую прочность изделий. В работе [3] было показано, что метод

лазерного управляемого термораскалывания обеспечивает значительное повышение механической прочности стеклоизделий по сравнению с контрольными образцами, фаски с которых были сняты традиционными способами. Например, после механической резки с помощью твердосплавного ролика средняя прочность стеклянных пластин составляет 55 МПа. Шлифованная фаска на кромке пластины обеспечивала увеличение прочности до 70 МПа, а полированная фаска - до 81 МПа. В то же время средняя механическая прочность стеклянных пластин на поперечный изгиб после снятия фаски методом ЛУТ достигла значения 130 МПа.

20 40 60 80 Р,Вт

Рис. 7. Зависимость скорости образования фасок различной ширины (1 - 0,35 мм; 2 - 0,25 мм; 3 - 0,15 мм) от мощности лазерного излучения.

На рис. 8 приведены результаты исследований по влиянию различных способов обработки кромок изделий из стекла на их механическую прочность. Видно, что прочность стеклянной пластины на поперечный изгиб, то есть прочность кромки изделия после снятия фаски методом ЛУТ увеличивается до 155 МПа, то есть почти в 3 раза выше, чем прочность после механической резки и более чем в 2 раза выше по сравнению с традиционным способом снятия фаски с помощью алмазно-абразивного инструмента.

160 1

140 -

120 ■

1 100 •

о ш -

а е 60 -

40-

20 ■

о -

Рис. 8. Прочность изделий из стекла на поперечный изгиб при различных

способах обработки кромки: 1 - механическая резка, 2 - шлифованная фаска, 3 - полированная фаска, 4 -лазерное термораскалывание, 5 - притупления острой кромки методом ЛУТ.

Следует отметить, что прочность кромки стекла после снятия фаски очень существенно зависит от технологических режимов лазерного притупления острых кромок. На рис. 9 представлена зависимость прочности кромки стекла от скорости снятия фаски.

Рис. 9. Зависимость прочности кромки стекла от скорости снятия фаски.

Как следует из приведенного графика, процесс притупления кромки изделия из стекла может проходить в очень широком диапазоне скоростей: от 50 до 1000 мм/сек. Установлено также, что размер фаски увеличивается практически линейно с уменьшением скорости относительно перемещения. Однако, как следует из этого графика, попытка увеличения размера фаски за счет снижения скорости приводит к уменьшению механической прочности за счет появления остаточных термических напряжений. Для обеспечения высокой прочности кромки нагрев кромки следует осуществлять при относительном перемещении лазерного пучка и материала со скоростью в

диапазоне V = (0,5-1,0) Утах, где V - оптимальная скорость относительного перемещения, Утах - максимальная скорость образования фаски при заданной мощности лазерного излучения. В этом диапазоне скоростей прочность кромки стекла изменяется всего на 15%.

Следует отметить, что в процессе снятия фаски при образовании длинной полоски отделяемого материала в виде стружки зачастую происходит обламывание этой стружки и прекращение процесса образования фаски. Поэтому необходимо производить удаление образующейся стружки за счет ее оплавления или пережигания. На рис. 10 представлена оптимальная схема притупления острых кромок, обеспечивающая стабильность и повторяемость процесса, в которой происходит образование фаски 3 первым лазерным пучком 2 и пережигание или оплавление образующейся стружки 4 вторым лазерным пучком 5. Расстояние от места образования фаски (образования стружки 4) до места ее пережигания вторым пучком 5 может колебаться от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров. Оплавленная стружка 6. Что касается температуры нагрева отделяемой полоски стекла или другого материала, то она может изменяться в широком диапазоне: от температуры плавления до температуры испарения материала.

Рис. 10. Схема притупления острой кромки с одновременным удалением стружки материала.

Формой и размерами фаски можно управлять в широких пределах. Размеры фасок при обработке острых кромок стекла могут варьироваться в диапазоне от 0,05 мм до 2 и более мм. Это зависит от параметров лазерного пучка и скорости снятия фаски.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о необходимости применения способа лазерного управляемого термораскалывания при резке хрупких неметаллических материалов и притуплении острых кромок с помощью лазерного излучения для изготовления ответственных изделий с повышенными требованиями к механической прочности и эксплуатационной надежности.

Новая технология лазерного притупления острых кромок обеспечивает следующие преимущества:

- повышение механической прочности изделий в 5-5,5 раза по сравнению с традиционной технологией обработки кромок с помощью алмазно-абразивного инструмента;

- высокая производительность процесса - скорость притупления острых кромок до 1000 мм/сек и выше;

- высокое качество фаски, обеспечиваемое отсутствием нарушенного слоя и концентраторов напряжений;

- отсутствие продуктов загрязнения поверхности изделий в процессе притупления острых кромок, что позволяет осуществлять операцию притупления острых кромок в условиях повышенной чистоты и вакуумной гигиены;

- экологическая чистота процесса;

- возможность полной автоматизации процесса притупления острых кромок на изделиях любой формы и размеров.

В настоящее время совместно с тайваньской компанией "Foxconn Technology Group Ltd." проводится комплекс работ по промышленному освоению этой технологии в области производства дисплейных панелей.

В ходе выполнения диссертационных исследований была разработана конструкция лазерной технологической установки для притупления острых кромок изделий из различных материалов.

Четвертая глава диссертации посвящена анализу и методам исследования прочностных свойств изделий при различных способах их обработки.

Разработана методика и стенд для исследования прочности изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов на поперечный изгиб, опробованные и используемые не только в России, но и за ее пределами.

На рис. 11 показаны фотографии сравнительных испытаний прочности кромок изделий из стекла после традиционного притупления острых кромок и после притупления острых кромок методом ЛУТ. Слева показан момент перед началом разрушения стеклянной пластины после традиционного способа, то есть после снятия фаски с помощью алмазного инструмента, а справа - после лазерного снятия в соответствии с разработанной технологией.

а) б)

Рис. 11. Стенд для испытаний изделий из стекла толщиной 1 мм (защитный экран дисплея) на поперечный изгиб: а - максимальная прочность после механической обработки кромки - 93 МПа; б - максимальная прочность после обработки ЛУТ - 497 МПа.

В результате выполненных исследований впервые в мире совместно с компанией "Foxconn Technology Group" (Тайвань) разработан новый лазерный технологический комплекс, используемый в производстве плоских дисплейных панелей, для прецизионной резки стекла и снятия фаски на вырезанных заготовках в одном технологическом цикле.

Схема разработанной многофункциональной технологической установки для вырезки стеклянных деталей и притупления острых кромок представлена на Рис. 12. В состав установки входят два С02-лазера 11 и 12. При этом лазер для резки 12 имеет не гауссову, а специальную модовую структуру ТЕМоь обеспечивающую не только устойчивое термораскалывание с помощью микротрещины в широком технологическом диапазоне, но и докалывание стекла по замкнутому контуру относительно линии надреза. Лазер 11 предназначен для снятия фаски и удаления стеклянной стружки из зоны обработки. Излучение обоих лазеров формируется в пучки с различными заданными параметрами с помощью специальной оптической фокусирующей системы 8, снабженной линейным приводом Ъ\ (4) и поворотным Q (3) приводом. Для позиционирования и перемещения заготовки стекла установка содержит систему линейных прецизионных приводов Xi (1), Y, (2). Во время обработки заготовка фиксируется с помощью вакуумного столика 9. После снятия фаски с одной стороны заготовка переворачивается и позиционируется с высокой точностью на вакуумном столе 9 с помощью специальной вакуумной

лопатки, имеющей линейные приводы (5), Ъ2 (6) и поворотный привод С2 (7). Далее процесс снятия фаски со второй стоны повторяется.

1 - линейный двигатель по оси XI, 2 - линейный двигатель по оси VI, 3-поворотный двигатель С1, 4 - линейный двигатель по оси 21, 5 - линейный двигатель по оси У2, 6 - линейный двигатель по оси ¿2, 7 - поворотный двигзтель Сг, 8 - лазерная оптическая головка, 9 - вакуумный столик, 10 - компьютер, 11 - 120 Вт лазер с Гауссовым распределением, 12 - 50 Вт лазер со специальной модой.

Рисунок 12. Схема многофункциональной технологической установки для вырезки стеклянных деталей и притупления острых кромок.

На рис. 13 показан общий вид лазерного технологического комплекса для обработки стекла в производстве дисплейных панелей.

Рисунок 13. Общий вид лазерного технологического комплекса для резки и снятия фаски в производстве дисплейных панелей.

Технические характеристики установки

мощность лазерного излучения для резки мощность лазерного излучения для снятия фаски режим работы обоих лазеров длина волны излучения рабочий ход стола, не менее

-50-150 Ватт

- 100 - 200 Ватт

- непрерывный

-10,6 мкм

точность позиционирования, не более угол поворота объективов диапазон скорости резки

по координате «X» - 1000 мм по координате «У» - 800 мм -0,010 мм -0-360° 50-500 мм/сек

точность габаритных размеров вырезанной пластины - ± 0,020 мм

В заключении обобщены результаты исследований и разработки технологического процесса лазерного притупления острых кромок изделий методом ЛУТ, на основании которых

сформулированы основные выводы:

1. Проанализирована и обоснована необходимость применения принципиально нового критерия Л выбора технологического процесса притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов в области современных технологий приборостроения, микро- и оптоэлектроники с целью исключения основных недостатков существующих технологий обработки, а именно: низкой производительности притупления острых кромок изделий; необходимости отмывки изделий после притупления острых кромок с целью удаления абразива и остатков материала; низкой прочности изделий за счет наличия дефектной зоны на кромке после обработки (снятия фаски) алмазно-абразивным инструментом; необходимости проведения отжига изделий после оплавления острых кромок для снятия остаточных температурных напряжений; высокая стоимость оборудования притупления острых кромок.

2. Впервые разработаны теоретические основы притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов методом лазерного управляемого термораскалывания, заключающиеся в разработке математической модели процесса притупления, учитывающей взаимосвязи параметров лазерного излучения и материала, для получения фаски с заданными размерами и формой.

3. Разработана методика оптимизации технологических режимов лазерного притупления острых кромок изделий, заключающаяся в выборе скорости снятия фаски в диапазоне V = 500^-1000 мм/с для получения требуемой прочности изделий в процессе обработки.

размер установки Ьх\УхН масса установки потребляемая мощность

2400 х1800x2200 мм - 4800 кг -20 кВт

4. Разработан новый высокоэффективный технологический процесс лазерного снятия фаски, позволяющий в 5^5,5 раз повысить прочность изделий.

5. Разработана методика и проведен анализ прочностных характеристик изделий обработанных традиционным и лазерным методами и режимов снятия фаски, при мощности лазерного излучения Р=30-И00 Вт.

6. Разработана конструкция технологической установки для лазерного притупления острых кромок изделий из различных материалов, содержащей два лазера и две оптические фокусирующие системы.

7. Оборудование и технология внедрены в производство в России и за рубежом.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Кондратенко B.C., Гундяк В.И., Трубиенко О.В. Формирование кромок изделий с помощью лазерного излучения. Труды международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании», 12-19 ноября 2006 г., Египет, М.: МГУПИ. 2007. - с. 94 -98.

2. Кондратенко B.C., Трубиенко О.В., Кобыщ Н.И., Наумов A.C., Гиндин П. Д., Илюхин СЛ. Влияние способов обработки кромки стекла на прочность изделия. Труды МНТК «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 12-19 октября 2008 г., Тунис. - с. 60-65.

3. Кондратенко B.C., Гиндин П.Д., Трубиенко О.В., Hsu Muchi, Наумов A.C. Лазерное упрочнение кромки стекла. «Оптический журнал». Том 76. №11.2009. - с. 79-83.

4. Kondratenko V.S., Gindin P.D., Trubienko O.V., Hsu Muchi, Naumov A.S. Laser hardening of a glass edge. "Journal of Optical Technology". Vol. 76. No. 11.2009.

5. Кондратенко B.C., Трубиенко O.B., Наумов A.C. Разработка и внедрение технологии лазерного притупления острых кромок из стекла. Труды МНТК «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 14-21 ноября 2009 г., Египет. - с. 14-18.

6. Трубиенко О.В. Разработка методики и проведение анализа прочностных характеристик изделий в зависимости от способа их изготовления. Труды МНТК «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 14-21 ноября 2009 г., Египет. - с. 95-98.

7. Борисовский В.Е., Кондратенко B.C., Наумов A.C., Трубиенко О.В. Математическая модель процесса лазерного притупления острых кромок изделий. Труды МНТК «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 14-21 ноября 2009 г., Египет. - с. 18-22.

J1P № 020418 от 08 октября 1997 г.

Подписано к печати 16.10.2009 г. Формат 60 х 84.1/16 Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 201

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики 107846, Москва, ул. Стромынка, 20

Введение.

Глава I. Анализ традиционных технологий снятия фаски с изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов (обзор).

1.1. Отопка краев изделия.

1.2. Механическое шлифование и полирование.

1.3. Прецизионная шлифовка.

1.4. Снятие фаски с помощью лазерного излучения.

1.5. Обобщенный показатель качества технологического процесса.

1.6. Выводы и постановка задачи исследования.

Глава 2. Теоретические исследования процесса лазерного снятия фаски с изделий из хрупких неметаллических материалов. Разработка математической модели этого процесса.

2.1. Способ снятия фаски (притупления острых кромок) с изделий из стекла с помощью лазерного излучения.

2.2. Разработка математической модели процесса снятия фаски.

2.3. Исследования математической модели средствами

MathCad.

2.4. Сравнительные исследования математической модели без учета толщины стеклопластины и ее учетом средствами MathCad.

2.5. Выводы по разделу.

Глава 3. Экспериментальное исследования процесса притупления острых кромок изделий из стекла методом ЛУТ.

3.1. Анализ факторов, влияющих на процесс лазерного управляемого термораскалывания.

3.2. Разработка конструкции установки для притупления острых кромок.

3.2.1. Лазер.

3.2.1.1. Лазер ИЛГН

3.2.1.2. Лазер LCD-50.

3.2.2. Высокочастотный источник питания.

3.2.3. Коллиматор.

3.2.4. Заслонка.

3.2.5. Поглотитель.

3.2.6. Поворотное зеркало.

3.2.7. Объектив.

3.2.8. Форсунка.

3.2.9. Координатный стол.

3.2.10. Блок управления.

3.3. Получение и обработка экспериментальных данных.

3.4. Выбор оптимального распределения энергии при притуплении острых кромок.

3.5. Выбор мощности лазера для получения фаски заданного размера при различных скоростях перемещения источника лазерного излучения

3.6. Выбор скорости притупления кромки в зависимости от размера фаски при заданной мощности.

3.7. Выбор мощности и скорости притупления при заданном размере фаски.

3.8. Разработка технологического процесса лазерного притупления кромок.

3.8.1. Технологический маршрут.

3.8.2. Последовательность технологических операций.

3.9. Исследования возможности управления геометрическими размерами притуплённой кромки (фаски).

ЗЛО.Выводы по разделу.

Глава 4. Анализ и метод исследования прочностных свойств изделий при различных способах их обработки.

4.1. Прочность стеклянных изделий при различных способах лазерной обработки кромок.

4.2. Методика измерения предела прочности при поперечном изгибе

4.2.1. Условия проведения испытаний.

4.2.2. Обработка, анализ и оценка результатов испытаний.

4.2.2.1. Непараметрическая оценка.

4.2.2.2. Обработка по нормальному закону распределения

4.2.2.3. Обработка по закону распределения Вейбула.

4.3. Методика измерения предела прочности стекла при центрально-симметричном изгибе.

4.3.1. Условия проведения испытаний.

4.3.2. Обработка, анализ и оценка результатов испытаний.

4.3.2.1. Непараметрическая оценка.

4.3.2.2. Оценка результатов испытаний по нормальному закону распределения.

4.3.2.3. Обработка по закону распределения Вейбула.

4.4. Методика измерения предела прочности на универсальной испытательной машине «Zwick 1445».

4.5. Экспериментальные данные.

4.6. Выводы по разделу.

Данная работа посвящена решению проблемы, существующей в производстве современных приборов и изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, а именно, проблемы снятия фаски (обработки острых кромок) с изделий за счет разработки нового высокоэффективного технологического процесса лазерного управляемого термораскалывания (ЛУТ).

Актуальность работы вызвана, с одной стороны, постоянно растущими требованиями к качеству, конструкционным и эксплуатационным параметрам прецизионных изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, используемых в электронной, приборостроительной, автомобильной и других отраслях промышленности, а также массовостью и все возрастающей номенклатурой их выпуска. С другой стороны, актуальность продиктована несовершенством существующих технологических процессов обработки острых кромок стекла, наличием большого количества трудоемких ручных операций, низким процентом выхода годных изделий. Кроме того, в ряде случаев существующие технологические процессы несовместимы с современными технологическими процессами, применяемыми при изготовлении дисплейных панелей и других изделий микро- и оптоэлектроники. Это объясняется тем, что изготовление таких устройств происходит помещениях с повышенной вакуумной гигиеной, в так называемых «чистых комнатах», где не допускается наличие пыли и посторонних частиц.

Традиционные технологические процессы обработки острых кромок изделий из* стекла и других хрупких неметаллических, материалов, базируются на использовании алмазно-абразивного инструмента или оплавлении острых кромок пламенем газовых горелок или с помощью лазерного излучения.

Следует выделить следующие основные недостатки традиционных технологий притупления острых кромок изделий: низкая производительность; низкая культура производства; необходимость отмывки изделий с целью удаления абразива и остатков материала; низкая прочность изделия за счет наличия дефектной зоны на кромке; необходимость проведения отжига изделий после оплавления острых кромок для снятия остаточных температурных напряжений; высокая стоимость оборудования.

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью разработки нового высокоэффективного технологического процесса притупления острых кромок изделий для исключения недостатков традиционных технологий.

Целью работы является разработка нового высокоэффективного технологического процесса и специализированного технологического оборудования для притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести критический анализ существующих технологических процессов обработки кромок изделий из хрупких неметаллических материалов, с целью выявления основных показателей, определяющих качество этого процесса;

- сформулировать обобщенный показатель качества технологического процесса (ТП) обработки изделий из хрупких неметаллических материалов J, учитывающий совокупность основных технологических показателей и позволяющий выбрать высокоэффективный технологический процесс на основе многокритериального оценивания;

- разработать математическую модель выбранного метода обработки острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов;

- проверить достоверность полученной математической модели методом компьютерного моделирования;

- разработать новый высокоэффективный ТП притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, обеспечивающий существенное преимущество по всем составляющим показателя качества J;

- оптимизировать технологические режимы притупления острых кромок изделий; разработать конструкцию технологической установки для притупления острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов, реализующую автоматизированное управление технологическими операциями.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- выявлено существенное улучшение характеристик после резки изделий из хрупких неметаллических материалов методом ЛУТ, определяющих качество и направления совершенствования этого технологического процесса для притупления острых кромок; предложен новый обобщенный показатель качества технологического процесса - J, учитывающий основные показатели и позволяющий проводить многокритериальное оценивание технологического процесса; по обобщенному показателю качества выбран новый высокоэффективный способ обработки острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов, основанный на методе ЛУТ;

- разработана математическая модель процесса притупления острых кромок изделий из- хрупких неметаллических материалов методом ЛУТ, устанавливающая зависимости между параметрами, лазерного излучения, скоростью обработки и материалом изделия для образования фаски;

- проведено компьютерное моделирование тепловых процессов при нагреве плоской стеклянной пластины лазерным лучом, которое подтвердило достоверность, реализуемость и высокую эффективность предложенной математической модели; разработана методика измерения и анализа прочностных характеристик изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов при поперечном и центрально-симметричном изгибе;

- разработана технология притупления острых кромок изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, которая обеспечивает:

- совмещение резки и притупление кромки с заданным размером и формой в одном технологическом цикле;

- высокую скорость процесса (до 1000 м/с);

- повышение прочности изделия после обработки (до 155.497 МПа);

- высокий уровень автоматизации.

Практическая значимость работы определяется следующим:

- разработана конструкция технологической установки для вырезки стеклянных изделий и притупления острых кромок, основанная на методе ЛУТ. Внедрение этой установки на трех Российский предприятиях подтвердило ее высокую эффективность по сравнению с другими используемыми в промышленности технологическими процессами (табл. 1);

- разработан метод оперативного удаления стружки в процессе притупления острых кромок изделий из стекла, основанный на ее пережигании с помощью специального лазера;

- разработаны рекомендации по выбору оптимальных режимов притупления- изделий из стекла и других хрупких неметаллических материалов, обеспечивающих максимальную прочность изделия в зависимости от свойств материала, мощности лазерного излучения и скорости.резания;

- разработан совместно с зарубежной компанией «Foxconn Technology Group» лазерный технологический комплекс, используемый в производстве дисплейных панелей для прецизионной резки стеклш и снятия фаски на вырезанных заготовка в одном технологическом цикле;

- разработан испытательный стенд, позволяющий измерять прочность защитных экранов дисплеев после механической и лазерной обработки кромки;

Таблица 1

Технологические параметры и операции Способы снятия фаски

Механическое Оплавление Лазерное термораскалывание

Скорость обработки, мм/с до 10 до 50 до 1000

Прочность изделия после обработки, МПа 55 81 155

Степень загрязнения помещений отходами высокая средняя минимальная

Дополнительные операции (отмывка, сушка, транспортировка) требуются требуются не требуются

Упрочнение изделий после обработки требуются требуются не требуются

Совместимость с высокотехнологичными методами обработки в общем технологическом цикле не совместим не совместим совместим

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанный технологический процесс и специализированное технологическое оборудование нашли практическое применение и внедрены в ряде компаний, в том числе:

- ОАО «Саратовский институт стекла» (г. Саратов);

- ОАО «Московский завод «Сапфир» (г. Москва);

- ООО «Прецизионные процессы» (г. Москва);

- Институт СВЧ - полупроводниковой"электроники РАН (г. Москва);

- Агентство технологических исследований «ЮниСаф» (г. Зеленоград);

- "Grander Technology Ltd." (Китай);

- "Jenoptik AT" (Германия);

- НИИ «Технического стекла», (г. Москва). и

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании», 21-26 ноября 2006 г., Египет;

- Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 12-19 октября 2008 г., Тунис;

- Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 14-21 ноября 2009 г., Египет;

- Международной научно-технической конференции «Стеклопрогресс-XXI», 27-30 мая 2008 г., г. Саратов;

- за рубежом на семинарах и научных конференциях немецкой компании "Jenoptik AT" (Jena — 2008), тайваньской компании "Foxconn Technology Group" (Shenzhen - 2009);

- в России на семинарах и научных конференциях Московского государственного университета приборостроения и информатики, Института СВЧ - полупроводниковой электроники РАН, ОАО «Московский завод «Сапфир», научно-исследовательского института технического стекла (г. Москва).

Результаты диссертационной работы демонстрировались на Международных выставках «Высокие технологии XXI века - 2008», и удостоены дипломов и золотой медали, на Международном салоне «Архимед - 2007» удостоены золотой медали.

- в России на семинарах и научных конференциях Московского государственного университета приборостроения и информатики, Института СВЧ — полупроводниковой электроники- РАН, ОАО «Московский завод «Сапфир», научно-исследовательского института технического стекла (г. Москва).

Результаты диссертационной работы демонстрировались на Международных выставках «Высокие технологии XXI века - 2008», и удостоены дипломов и золотой медали, на Международном салоне «Архимед - 2007» удостоены золотой медали.

Основные научные результаты диссертации отражены в 7 публикациях, в том числе, в 5 опубликованных тезисах докладов на Международных конференций и в 2 статьях, опубликованных в научно-технических журналах.

4.6. Выводы по разделу При притуплении острой кромки методом ЛУТ происходит повышение механической прочности изделий в 2-5 раз по сравнению с традиционной технологией обработки кромок алмазно-абразивным инструментом из-за отсутствия концентраторов напряжений на кромках изделий. Повышение прочности позволяет избежать процедуры упрочнения стекла после обработки, тем самым сокращается время обработки заготовки и количество технологических операций при производстве.

заключение

В заключении обобщены результаты исследований и разработки технологического процесса лазерного притупления острых кромок изделий методом ЛУТ, на основании которых сформулированы основные выводы:

1. Предложенный обобщенный показатель качества технологического процесса J позволяет оценить и выбрать технологический процесс обработки острых кромок изделий из хрупких неметаллических материалов в области современных технологий.

2. Разработанная математическая модель процесса притупления, кромок позволяет осуществить моделирование физических процессов нагрева хрупких неметаллических материалов лазером.

3. Разработанный новый высокоэффективный технологический процесс лазерного снятия фаски позволяет в 2-5 раз повысить прочность изделий.

4. Оптимизированные технологические режимы лазерного притупления острых кромок: скорость обработки F=500-1000 мм/с и мощность лазерного излучения Р=30-100 Вт позволяют получить требуемую прочность и размеры фаски изделий в широком диапазоне.

5. Разработанная методика исследования прочностных характеристик позволяет проводить исследования качества обработки острых кромок изделий, при традиционных методах притупления и притуплении методом лазерного управляемого термораскалывания.

6. Испытательный стенд для исследования прочности защитных экранов дисплейных панелей на поперечный изгиб после резки и обработки кромки предлагаемым методом, позволяет проводить выборочный' контроль прочности изделий.

7. Разработанная конструкция технологической установки для лазерного притупления острых кромок изделий из различных хрупких материалов позволяет резать и притуплять острые кромки в одном технологическом цикле с удалением образующейся фаски.

1. Технология оптических деталей / Под ред. М. Н. Семибратова. М.: Машиностроение, 1978. - 415 с.

2. Стекло. Справочник. / Под ред. Н.М.Павлушкина. — М.: Стройиздат,1973.-487 с.

3. Бутт Л.М., Полляк В.В. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1991.368 с.

4. Мачулка Г.А. Лазерная обработка стекла. — М.: Советское радио, 1979. 134 с.

5. Мачулка Г.А., Гурьянов В.М., Муратова Л.П. Резка стекла лазерным лучом // Стекло и керамика. 1972. № 10. С. 10-12.

6. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка / Г. М. Ипполитов. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1969. - 335 с.

7. Коваленко B.C. и др. Малоотходные процессы резки лучом лазера / В.С.Коваленко, В.В.Романенко, Л.М.Олегцук. — Киев: Техника, 1987. 112 с.

8. Обработка металлов резанием: справочник технолога / Г.А. Монахов, В.Ф. Жданович, Э.М. Радинский и др.; Под ред. Г.А. Монахова. -3-е изд. М.: Машиностроение, 1974. - 600 с.

9. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник/ А. Н. Резников, Е. И. Алек-санцев, Я. К. Барау и др. М.\ Машиностроение, 1977. -391 с.

10. Пат. 3932726 США, МКИ СОЗ В 33/00. Способ резки стекла.

11. Пат. 3935419 США, МКИ СОЗ В 33/00. Способ резки стеклянных и стеклокерамических изделий.

12. Пат. 1441650 Англия, МКИ СОЗ В 33/02. Способ резки листового стекла и,устройство для его осуществления.

13. Алмазный инструмент: Каталог. —М.: НИИмаш, 1974. — 168 с.

14. Ардаматский А. Л. Алмазная обработка оптических деталей. — М., 1955.—231 с.

15. Семко М. А., Грабченко А. И., Ходаревский М. Г. Алмазное шлифование синтетических сверхтвердых материалов. — Харьков: Выща школа, 1980.— 191 с.

16. Смирнов В. А. Обработка оптического стекла.—Л.: Машиностроение, 1980. 180 с.

17. Шлифование и полирование стекла и стеклоизделий : учеб. / О. Л. Альтах, П. Д. Саркисов. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1988. -231 с.

18. Химическая технология стекла и ситаллов / Под ред. Н.М. Павлушкина, М., 1983. — 432 с.

19. Вацек М. Купф В. Химическая обработка стекла / Пер. с чесшск., М., 1994.-347 с.

20. Гоэрк Г. Производство тянутого листового стекла: Пер. с чешек. -М.: Стройиздат, 1972. 304 с.

21. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. Под ред. д-ра техн. наук проф. А.Н. Резникова. М., «Машиностроение», 1977. -391 с.

22. Шуваев Г.В., Сорокин В.К., Зимницкий Ю.Н. Резка неметаллических материалов алмазными кругами. М.: Машиностроение, 1989. — 80 с.

23. Давыдова Г.Е. Исследование прочностных свойств абразивов и алмаза. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. Грузинский политехнический институт, 1973. 22 с.

24. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М., «Машиностроение», 1974. — 320 с.

25. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М., «Машиностроение», 1975. — 176 с.

26. Кащук В.А., Верещагин А.Б. Справочник шлифовальщика. М., «Машиностроение», 1988. 480 с.

27. Шальное В.А. Шлифование и полирование высокопрочных материалов. М., «Машиностроение», 1978. 176 с.

28. Кондратенко B.C. Разработка и внедрение новых высокоэффективных методов прецизионной обработки изделий из стекла: Дис. докт. техн. наук. — Л., 1989.

29. Кондратенко B.C., Танасейчук А.С., Шершнев Е.Б. Новые эффективные способы лазерной обработки листового стекла // Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1986. № 4(40). С. 38.

30. Кондратенко B.C., Шершнев Е.Б. Получение стеклянных пластин заданной толщины методом лазерного управляемого термораскалывания // Специальная электроника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. — 1985.-Вып. 1 (11).-с. 12

31. Белоусов Е.К., Кондратенко B.C., Чуйко В.В. Термораскалывание диэлектрических материалов с помощью излучения С02-лазера // Электронная техника. Сер. 7. Технология, организация производства и оборудование. 1979. Вып. 1(92). С. 11.

32. Кондратенко B.C. Исследование и разработка процесса резки стекла методом лазерного управляемого термораскалывания: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1983. 26 с.

33. Кондратенко B.C. и др. Анализ процесса сквозного лазерного термораскалывания листового стекла / Кондратенко B.C., Танасейчук А.С., Шершнев Е.Б. М.: Деп. ЦНИИ «Электроника». Р 4776.

34. Симагава М. Лазерная обработка материалов // Кикай-но кэнюо. — 1972. т. 23, № 12, т. 24, № 5. с. 1-31 (яп.)

35. Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. 1985г. -208с

36. Григоръянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. Москва «Машиностроение» 1989г.-301с.

37. Григоръянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная техника и технология 1988г.-191с.

38. Рыкалин Н.Н. Лазерная обработка материалов. «Машиностроение» 1975г. -296с.

39. Григорьянц А. Г., Соколов А. А. Лазерная обработка неметаллических иатериалов. — М.: Высш. шк., 1988.— 187 с.

40. Запорожский В. П., Лапишнов Б. А. Обработка полупроводниковых материалов. — М.: Высш. шк., 1988. — 184 с.

41. Карбанъ В. И., Борзаков Ю. И. Обработка монокристаллов в микроэлектронике. — М.: Радио и связь, 1988. — 103 с.

42. Лазеры в технологии/Под ред. М. Ф. Стельмаха. — М.: Энергия, 197Б. —216 с.

43. Московский JI. Н., Ошарин В. И. Фотохимическое фрезерование. — М.: Машиностроение, 1978. — 93 с.

44. Новые технологические процессы в точном приборостроении: Пер. с нем./Под ред. И. Б. Литицкого. — М.: Энергия, 1973. — 439 с.

45. Основы лазерной и электронно-лучевой обработки материалов / Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, В. И. Зуев и др.—М.: Машиностроение, 1976.—339 с.

46. Пат. 2527080 ФРГ, МКИ С03 В 33/00. Способ резки стеклянной ленты. Опубл. 19.01.81; В кн.: Неорганические диэлектрики в электронике. Вып. 6. С. 20.

47. Кондратенко В. С., Гиндин П. Д. Особенности лазерного управляемого термораскалывания анизотропных материалов // XIII Международная конференция "Лазеры 2002", сентябрь 2002, Сочи.

48. Кондратенко B.C. Лазерное управляемое термораскалывание стекла и других материалов электронной техники. Учебное пособие по курсу "Перспективные технологии", М., МГУПИ, 2003.-194 с.

49. Глава 2 Список литературы к главе 2:

50. Патент № 2163226 РФ, МКИ СОЗ В 33/02. Способ притупления острых кромок изделий (Варианты)/ Кондратенко В. С.; Заявл. № 2000116613/03 от 28.06.2000; Опубл. 20.02.2001; Бюл. № 5

51. Кондратенко B.C. Лазерное управляемое термораскалывание хрупких материалов. Учебное пособие. Изд. 2 испр. и доп. М.: МГУПИ, 2007. - 194 с.

52. Бартенев Г.М. Механические свойства и тепловая обработка стекла. -М.: Стройиздат, 1960. 166 с.

53. Мачулка Г.А. Разрушающие напряжения в стекле при лазерном термораскалывании // Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1979. № 3. С. 37-48.

54. Паркус Г. Неустановившиеся температурные напряжения. — М.: Физматгиз, 1963. -252 с.

55. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. — М.: Мир, 1964. 517 с.

56. Новацкий В. Теория упругости. — М.: Мир, 1975. 872 с.

57. Коваленко Л.Д. Основы термоупругости. — Киев: Навукова думка, 1970.-307 с.

58. Даниловская В. И. Температурные напряжения в упругом полупространстве, возникающие вследствие внезапного нагрева его границы //ПММ, 1950. Т. 14. Вып. 3. С. 316-318.

59. Кошкин Н. И., Ширкевич М.Г. «Справочник по элементарной физике», Изд. «Наука», Москва, 10-е изд., М.: Наука, 1988. 208 с.

60. Селиванов В.В. Изд.: "МГТУ им. Н.Э. Баумана", 2006.-419 с.

61. Патент РФ №2163226, МКИ7 СОЗ В 33/02. Способ притупления острых кромок изделий (Варианты)/ B.C. Кондратенко. 2000.

62. Кондратенко B.C., Сердюков А.Н. Нагрев материалов движущимся лазерным источником // Тез. докл. Всесоюзн. сем. 1982 г. по лазерной технологии в приборостроении. -М., 1983.

63. Кондратенко B.C., Сердюков А.Н. Расчет температурных полей при лазерном управляемом термораскалывании // Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. — 1984.

64. Термоупругие поля в твердых телах при его обработке лазернымипучками специальной формы / Б.В.Бокутъ, В.С.Кондратенко, В.Н.Мышковец и др. Минск: Изд-во ИФ АН БССР, 1987.

65. Кондратенко B.C., Сердюков А.Н., Шалупаев С.В. Лазерный нагрев материалов при термораскалывании с учетом теплоотдачи // Электронная техника. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1987.

66. Л Карслоу, Д. Егер. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964.-488 с.

67. В. Dwork, G. Gerotto, F.J. Sullivan. An Introducion to G-Function. -Princeton university press, New Jersey 08544 USA, 1994. 323 c.

68. Левитов JI.C., Шитов A.B. Функции Грина. Задачи с решениями. 2-е изд., дополн.-М.: Физматлит, 2002. 392 с.

69. Борисовский В.Е., Кондратенко B.C., Наумов А.С., Трубиенко О.В. Математическая модель процесса лазерного притупления острых кромок изделий. //Труды МНТК «Инновационные технологии в науке, технике и образовании», 14-21 ноября 2009 г., Египет. С. 18-22.

70. Список литературы к главе 3:

71. Справочник по технологии лазерной обработки /Под ред. В. С. Коваленко.— Киев: Техника, 1985. — 167 с.

72. Справочник технолога-оптика /Под ред. С. М. Кузнецова, М. А. Окатова. — Л.: Машиностроение, 1983. — 414 с.

73. Излучатель ИЛГН-802. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТСЗ.970.028 ТО, М. 2000.

74. Излучатель LCD-50. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ТС3.528.034 ТО, Воронеж. 2002.

75. Высокочастотный источник питания RFPS 2x250. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЦАТИ 435.128.001 ТО, Воронеж. 2002.

76. Кондратенко B.C., Борисовский В.Е., Гиндин П.Д., Наумов А.С., Ли С.-Д. Разработка технологии лазерного управляемого термораскалывания плоских дисплейных панелей. //Приборы. №4 (58). 2005.

77. Кондратенко B.C., Гиндин ПД, Файстелъ У., Акер Ш., Ли С.-Д. Лазерное технологическое оборудование для резки стекла и других материалов // Научн.-техн. сб. «Лазерные технологии и опыт их внедрения» (приложение к бюлл. «Лазер-информ»). Москва. 2002.

78. Прочность стеклоизделий при различных способах лазерной обработки кромок / Кондратенко B.C., Солинов В.Ф., Танасейчук А.С., Шершнев Е.Б. II Электронная промышленность. 1988. № 1. С. 30.

79. Кондратенко B.C., Гиндин П.Д., Трубиенко О.В., Hsu Muchi, Наумов А.С. Лазерное упрочнение кромки стекла. «Оптический журнал». Том 76.11.2009.-с. 79-83.

80. Kondratenko V.S., Gindin P.D., Trubienko О. К, Hsu Muchi, Naumov A.S. Laser strengthening of the edge of glass. // "Journal of Optical Technology". Vol. 76. No. 11. 2009. pp733-736.

81. Список литературы к главе 4:

82. Писаренко Г.С. Конструкционная прочность стекол и ситаллов. -Киев.: Наукова думка, 1979. С. 13-14.

83. Методика Т 1.232.44-87. Определение предела прочности стекла при поперечном изгибе; М: НИИ Стекла. 1987.

84. Методика 1.232.46-87. Определение предела прочности стекла при центрально симметричном изгибе; М: НИИ Стекла. 1987.

85. JENOPTIK AT. Октябрь 1.2003 JENA.