автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Комплексная технология формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях электрофизикохимическими методами

На правах рукописи

ГУНИН Сергей Владимирович

КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЛОСКИХ И ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Тула 2005

Работа выполнена на кафедре «Физико-химические процессы и технологии» в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Любимов Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Шадский Геннадий Викторович;

кандидат технических наук, Тимофеев Юрий Сергеевич

Ведущее предприятие: ООО «ОбщеМашЦентр» г. Тула

Защита диссертации состоится «13» октября 2005г. в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, г. Тула, пр Ленина, 92-6, 9 - 101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан «12» сентября 2005 г.

1оов'Ч

£/233 3у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Тенденция постоянной миниатюризации оборудования и соответствующего повышения точности его изготовления обусловила переход значительной части производства на гибкие производственные линии Подобные комплексы способны обеспечивать воспроизведение геометрических размеров деталей до величин порядка неско тьких десятков микрометров при широкой выпускаемой гамме изделий. Создание формующей оснастки для изготовления таких изделий как корпуса и фурнитура сотовых телефонов, плееров, цифровых камер и прочих изделий объясняет необходимость не только точности исполнения, но и быстрой смены производимой номенклатуры в зависимости от требований рынка сбыта.

Важной технологической задачей является воспроизведение на поверхностях деталей заданных поверхностных элементов для придания определенной фактуры. Это необходимо для повышения качественных показателей поверхностного слоя и расширения области применения текстурированных поверхностей.

Решение данной технологической задачи позволяет получить более долговечные в использовании поверхности с улучшенными эксплуатационными характеристиками' меньшая запыливаемость, стойкость к образованию на поверхности жировых пятен от контакта с руками, а также поверхностей, имитирующих натуральные и синтетические материалы.

Геометрические размеры элементов поверхности могут отличаться на порядок: от 0,01 до 3 мм по высоте и от 0,01 мм до сотен миллиметров по ширине Нижняя граница такого рельефа граничит с микрорельефом В ряде случаев на поверхностях создается система поверхностных элементов, занимающих по геометрическим параметрам промежуточное положение между шероховатостью поверхности и макрогеометрией. К таким элементам можно отнести регулярные рельефы с высотой от 0,32 мм до нескольких миллиметров. Параметры подобных элементов ГОСТ не нормированы. Термин «микрорельеф» определяется ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 24773-81 (регулярный микрорельеф).

Для получения элементов на поверхностях деталей в промышленности в настоящее время наиболее широко применяются механические и химические (травление) методы. Эти методы обладают целым рядом существенных недостатков, не позволяющих формировать поверхностные элементы сложной формы, ограничивающих реализацию геометрических параметров поверхностных элементов.

Использование методов электрохимической обработки с применением фото-резистивных или других типов слоев, наносимых на поверхность в виде защитных масок, делает затруднительным или невозможным процесс формирования поверхностных элементов на сложных криволинейных поверхностях, в том числе, имеющих небольшие размеры (площадью менее 10 мм2) и сферических поверхностях. Это обусловлено сложностью формирования равномерного слоя фоторезиста, поскольку раскрой защитного покрытия и укладку фотошаблонов необходимо вести по сложной поверхности, что представляет трудоемкую задачу.

Использование ручных операций при формировании защитных масок на поверхностях деталей резко ограничивает диапазон поверхностей, на которых возможно создание поверхностных элементов. I рос Национальная

i библиотека"**i

Г

Создание эффективных технологий и методов формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения является актуальной задачей.

Цель работы.

Создание технологии и методов электрофизикохимических воздействий на материалы защитных масок и деталей для формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка математический модели формирования геометрических элементов защитных масок в предварительно сформированных на поверхностях деталей диэлектрических слоях лазерным испарением фрагментов слоя.

2. Разработка математической модели формирования геометрии поверхностных элементов после электрохимической обработки материалов деталей с применением диэлектрических защитных масок.

3. Экспериментальные исследования процессов формирования геометрии элементов защитных масок после лазерного испарения участков предварительно сформированного диэлектрического слоя на поверхностях деталей.

4. Экспериментальные исследования процессов формирования геометрии поверхностных элементов после электрохимической обработки материалов деталей с применением диэлектрических защитных масок, а также выбор и обоснование оптимальных условий процессов анодного растворения материалов деталей.

5. Разработка технологического регламента и экспериментального оборудования для процессов комплексного формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения.

Методы исследования.

Теоретические исследования выполнены с использованием уравнений Лапласа для процессов теплопереноса в материале диэлектрической пленки при воздействии источника лазерного излучения и метода граничных элементов для решения поставленной задачи. Теоретические исследования процессов формирования геометрии поверхностных элементов после электрохимической обработки поверхностей деталей с применением диэлектрических защитных масок выполнены методом Ливенберга - Маркгуарда по модели, построенной на основании статистической обработки экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Модель процессов формирования геометрических элементов защитных масок в предварительно сформированных на поверхностях деталей диэлектрических слоях лазерным испарением фрагментов слоя.

2. Установленные зависимости влияния технологических параметров лазерного воздействия на материал диэлектрического слоя, предварительно сформированного на поверхностях деталей, и параметров электрохимической обработки поверхностей деталей на геометрию поверхностных элементов.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния характеристик формируемых поверхностных элементов (ширины пробельных участков, типа геометрического элемента) и параметров процесса анодного растворения материала детали (плотности тока, концентрации электролита, времени обработки) на точность формообразования, в том числе на фасонных поверхностях деталей с применением порошковых масок.

4. Технология получения поверхностных элементов, в том числе на многоуровневых на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения с использованием защитных масок, сформированных из диэлектрического слоя, предварительно нанесенного на поверхность.

5. Технология получения поверхностных элементов на поверхностях деталей различного назначения с использованием трафаретных масок для последующего формирования защитных масок методом электростатического напыления порошковых композиций.

Научная новизна заключается в обосновании условий лазерного получения защитных масок с различной плотностью элементов в порошковых слоях и широкодиапазонных режимов анодного растворения материала деталей для формирования поверхностных элементов с шириной пробельных участков от 0,15 до 10 мм на плоских и фасонных поверхностях.

Практическая ценность работы.

Определены технологические режимы формирования защитных масок на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения для процессов анодного растворения с целью формирования поверхностных элементов на деталях из инструментальных, штамповых сталей и сталей других марок.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны технология и экспериментальное оборудование для формирования защитных масок на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения.

Реализация работы.

Разработан технологический процесс и изготовлена технологическая оснастка (комплект выпечных полуформ) для выпекания хрустящих хлебцев.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены на региональных конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2002, 2003, 2005 гг.), Всероссийской научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности России» (Тула, 2003 г.). Разработанная технология получила диплом и серебряную медаль на выставке инновационных проектов в г. Женева (Швейцария).

Публикации.

Основные результаты проведенных исследований отражены в 8 статьях в отраслевых журналах, «Известиях ТулГУ», в материалах Всероссийских и региональных конференций.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка используемых источников из 99 наименований, 2 приложений и включает 120 страниц машинописного текста, содержит 53 рисунка и 14 таблиц. Общий объем -140 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемых в работе задач, научная новизна и практическая ценность работы, приведены положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание разделов работы.

В первом разделе рассмотрено современное состояние технологии и методов получения поверхностных элементов с помощью различных видов воздействий: механических, химических, тепловых, электрохимических. Обоснованы постановка цели и задачи исследований.

Вопросы теории и технологии электрохимического формообразования с нанесением защитных масок рассмофены в работах М. Дата, В.В. Клокова, Д. Лан-долта, В.В. Любимова, В.П. Смоленцсва, В К. Сундукова, В Н. Татаринова, и других. В этом направлении известно относительно небольшое количество работ, и часть из них касается вопросов электрохимического маркирования. Исследования электрохимического формообразования поверхностных элементов, особенно на неплоских поверхностях, ранее не проводились. Экспериментальные работы по формированию поверхностных элементов выполнены в малом объеме.

В разделе выполнен анализ возможных методов и технологических схем создания поверхностных элементов. Показана малая перспективность применения механических методов. Обоснована перспективность применения электрофизико-химических и лазерных методов для получения поверхностных элементов, особенно на сложных поверхностях и при многократном формировании защитных масок. Для поверхностных элементов, формируемых на поверхностях деталей различного назначения, показана целесообразность применения электрохимического формообразования с защитными масками.

Лазерные методы формирования поверхностных элементов, как с применением, так и без применения защитных масок, весьма перспективны. Для рассматриваемых технологических объектов, требующих последующего хромирования, эти методы не являются рациональными, так как существенно изменяют структуру материала и состав поверхностного слоя. Проведен анализ возможных технологических схем формирования защитных масок с использованием диэлектрических слоев, предварительно сформированных на поверхностях деталей.

Обоснована целесообразность исследований размерного электрохимического формирования, позволяющего получить поверхностные элементы с различными

геометрическими параметрами. Вместе с тем, этот процесс недостаточно изучен, особенно при использовании защитных масок различной геометрии. В выполненных ранее исследованиях не обоснованы технологические схемы формирования поверхностных элементов на неплоских поверхностях деталей и режимы их получения электрохимическими методами.

Во втором разделе разработаны математические модели физических процессов, последовательно осуществляемых для получения поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения. Данные процессы включают:

- процессы теплопереноса в пленке полимерного материала, инициированные лазерным воздействием, при наличии металлической подложки, толщина которой много больше толщины пленки;

- процессы разрушения диэлектрического слоя, сопровождаемые испарением вещества пленки при воздействии источника лазерного излучения;

- процессы формообразования элементов на поверхностях деталей анодным растворением материала деталей с использованием защитных масок.

В качестве источника лазерного излучения применялись полупроводниковые лазерные излучатели в инфракрасной области спектра с длиной волны 1064 нм. Данное излучение при минимальном коэффициенте отражения от материала диэлектрического слоя имеет максимальный коэффициент отражения от металлической поверхности.

В первой части главы проведены теоретически исследованы процессов распределения тепловых полей в диэлектрическом слое при воздействии источника лазерного излучения. Диэлектрический слой предварительно формируется с использованием процессов электростатического напыления порошков.

Во второй части главы проведен анализ данных, полученных в результате математического моделирования процесса воздействия лазерного излучения на поверхность пленки. Приведены рекомендации по выбору технологических показателей процесса формирования защитной маски из диэлектрического слоя, а также анализ точностных показателей процесса формирования защитной маски.

В третьей части главы исследованы процессы электрохимического формообразования поверхностных элементов с использованием защитных масок произвольной геометрии.

Процессы распределения тепловых полей между материалами диэлектрической пленки и подложки в зависимости от их теплофизических параметров при взаимодействии лазерного излучения с материалом пленки описываются дифференциальным уравнением теплопроводности:

ЗТ

ср— = сНу(А^ас1Т)+ду, (1)

от

где Т - температура, °С; р - плотность, кг/м3; с - теплоемкость, Дж/кг*град; Я - коэффициент теплопроводности материала; ду - объемное тепловыделение; г -время. Граничные условия на поверхности теплообмена с газовой средой:

ах

X— = а(Т-Т0), \/хе<ю, ¿>0, ¿к

где х - пространственные координаты; ql - плотность лучистого теплового потока; 1Х - направляющие косинусы вектора внутренней нормали к поверхности с осями х; а - температуропроводность; Т - температура тела; Г» - температура окружающей среды (рис. 1).

Рис. 1. Расчетная схема: 1 - диэлектрическая пленка; 2 - металлическая подложка; О - источник лазерного излучения; Уг - скорость движения источника

Учитывая последующее решение данной задачи методом конечных элементов, представим ее приближенную вариационную формулировку. Рассматривая в общем случае трехмерную пространственную постановку в декартовой системе координат, для записанного выше уравнения теплопроводности и фиксированного момента времени í функционал, который необходимо минимизировать, можно представить в виде:

Ф[Т{х,у,2)]-

ЙГ Зс

+ А

'дГ*

дГГ

+ д*с Т^с1хс1ус1г -

-I

9/Г + аГгг-1гНк.

(3)

Задача сводится к отысканию функции поля температур, удовлетворяющей стационарному значению функционала Ф, записанного для расчетной схемы:

8Ф[Т(х,у,2)] = 0. (4)

Плотность потока лазерного излучения подчиняется закону нормального распределения на границе расчетной области, которая описывается следующим уравнением:

-2х

(5)

я(х) = <7о ехР|

7

где <?0 - интенсивность лазерного излучения в центре фокального пятна, Вт/м2; дг - расстояние точки поверхности от оси луча, м; г/ - радиус фокального пятна, м.

Окисление материала пленки в объеме воздуха при воздействии лазерного излучения сопровождается существенным выделением энергии и, следовательно, значительно влияет на геометрические характеристики формируемой зоны испарения (плавления) материала.

При воздействии лазерного излучения на материал диэлектрической пленки происходит нагрев материала пленки до температуры испарения. Материал пленки, находясь в нагретом состоянии, взаимодействует с кислородом воздуха. При этом протекает следующая реакция:

Ма + 02 = МаО + И шо, (6)

где Ма - материал пленки; МаО - продукт окисления; Ншо - энтальпия реакции окисления, кДж. Энтальпия реакции вычисляется по формуле:

= (7)

где Нр - энтальпия образования продуктов реакции; Я/ - энтальпия образования исходных веществ.

Плотность мощности энерговыделения химических реакций, протекающих в материале диэлектрической пленки в результате нагрева от действия лазерного излучения, вычисляется по формуле:

5с = /У*Я, (8)

где /л ~ число молей вещества пленки, вступивших в реакцию.

Для расчета количества молей вещества пленки, вступивших в реакцию, вычисляется объем элементарной ячейки, для которой рассматриваемые процессы стационарны. Далее вычисляется количество молей вещества, находящегося в элементарном объеме:

У = И,М = -,Ц = ^'к*^*<Ь*Р, (9)

р р М М

где т - масса вещества, кг; М - молярная масса, г/моль; р- плотность вещества, кг/м3, V - объем вещества, м3.

Испаряемый объем материала пленки за время действия единичного импульса лазерного излучения достаточно мал (~10"'4 м3), и содержание кислорода в окружающем газе достаточно для протекания всех возможных реакций окисления.

Вследствие высоких скоростей нагрева материала пленки, ее часть испаряется с поверхности, не подвергаясь процессам окисления. Для упрощения математической модели процессов теплопереноса в материале пленки и подложки в рассматриваемой математической постановке задачи принимаем, что около 50% материала окисляется в процессе облучения, а остальная часть испаряется.

Учет процессов испарения материала пленки и его удаления из расчетной области осуществляется путем проверки достижения конечным значением температуры элемента температуры испарения (метод ловли фронта в узел сетки, относящийся к классу методов с явным выделением фазовых границ). Скорость движе-

ния фазовой границы «расплав - пар» вычисляется как отношение геометрических размеров удаленного элемента ко времени достижения данным элементом температуры испарения:

Теоретические исследования были проведены для теплофизических констант пленки (акриловый сополимер с 5% добавкой сажи) и подложки (сталь Х18Н10Т). В ходе проведения математического моделирования найдены:

- зависимости геометрических параметров лунки, формируемой в материале пленки от скорости движения источника лазерного излучения;

- распределение теплового поля в материале пленки и подложки;

- максимальные значения температур теплового поля в материале подложки;

- геометрические размеры формируемых элементов защитной маски в диэлектрическом слое пленки;

- точность формирования элементов защитной маски в материале пленки.

На рис. 2 приведены зависимости глубины испарения материала диэлектрической пленки от скорости движения источника лазерного излучения при разных величинах мощности лазерного излучения. При малых скоростях движения источника лазерного излучения (менее 0,001 м/с) глубина испарения не может быть бесконечно большой, поскольку на процессы нагрева вещества начинают влиять процессы экранирования лазерного излучения парами и продуктами окисления вещества пленки, находящимися в лунке. На приведенных графиках рациональным значениям скоростей перемещения источника лазерного излучения соответствуют затемненные области.

Рис. 2. Зависимости глубины испарения материала пленки от скорости движения при различных величинах мощности источника лазерного излучения (затемненные области зоны рациональных скоростей перемещения лазерного луча)

Результаты моделирования формы лунки в зависимости от скорости перемещения источника лазерного излучения приведены на рис. 3. При скоростях движения источника лазерного излучения более 0,05 м/с уменьшаются глубина испарения и угол наклона края лунки, лунка приобретает форму желоба.

(10)

о

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 Скорость перемещения лазерного луча, м/с

а) б)

Рис. 3. Форма лунки при разных скоростях перемещения источника лазерного излучения V (мощность 2,5 Вт, толщина диэлектрической пленки 20 мкм): а) V = 0,04 м/с; б) V = 0,08 м/с

В результате движения зоны воздействия лазерного излучения по поверхности диэлектрической пленки происходит сложение тепловых полей текущего и предшествующего положений зоны воздействия, что приводит к повышению температуры в поверхностных слоях относительно начального состояния. Это существенно влияет на форму лунки, увеличивая ее ширину в конечной точке относительно начальной.

При скоростях менее 0,02 м/с, при мощности источника 1 Вт, размеры области диэлектрического слоя прогретой до температуры испарения (650 °С), уменьшаются (рис. 4). Эго обусловлено тем, что с повышением скорости перемещения источника излучения распределение тепла не успевает захватить большие области поверхности пленки.

-0,009 м/с -0,02 м/с

140 120 80 40 20 0 20 40 80 120 140 Радиус пятна лазерного луча, мкм

Рис. 4. Распределение теплового поля по поверхности пленки при различных скоростях перемещения источника лазерного излучения (мощность лазерного излучения 1 Вт и размер фокального пятна с в рассматриваемом сечении 100 мкм)

Распределение тепловых полей в материалах пленки и подложки приведено на рис. 5. Процесс формирования защитной маски не оказывает существенного влияния на материал металлической подложки, поскольку нагрев материала под-

ложки не превышает 100 °С. Повышение температуры пленки в прилегающих к металлической подложке слоях до температур плавления способствует большей адгезии материала пленки к материалу подложки.

При формировании сложной геометрии защитной маски в диэлектрическом слое элементы рисунка синтезируются комбинацией различных положений пятна лазерного излучения. При размещении фокального пятна в ортогональных узлах координатной сетки выявлено следующее:

- формирование сложных элементов, (квадрат или круглое отверстие) с точностью, соизмеримой с размерами фокального пятна невозможно;

- формируемая геометрия элементов маски в разных направлениях существенно различается.

Рис. 5. Распределение тепловых полей в материале диэлектрической пленки и металлической подложки

Учитывая возможные комбинации «наложения» лунок друг на друга с применением координатной сетки переменного шага, был сформирован алгоритм, позволяющий формировать различные элементы защитной маски в соответствии с предъявляемыми требованиями.

Сущность алгоритма заключается в аппроксимации заданных элементов поверхности элементом, имеющим форму, образуемую на поверхности единичным импульсом лазерного излучения. В результате с определенной заданной погрешностью на поверхности пленки формируются элементы защитной маски, отличающиеся по геометрическим характеристикам от формы фокального пятна.

Для анализа потенциальных возможностей электрохимической обработки и прогнозирования результатов установлена зависимость между глубиной анодного

растворения к, шириной элемента защитной маски у/ и величиной «подтравлива-ния» под защитную маску й в виде функции (11):

(11)

Для нахождения коэффициентов уравнения (11) была проведена серия плановых экспериментов. Для оценки экспериментальных данных использована нелинейная среднеквадратичная модель. Методом Ливенберга - Маркгуарда получено уравнение, описывающее взаимосвязь параметров И, XV и

В результате проведенных экспериментальных исследований было найдено, что для различных материалов происходит изменение значений коэффициентов Ьо._! уравнения (12) (например, для стали 18ХН10Т коэффициенты равны соответственно 3,19; 2,89*10"3; 6,12*10"4; 1,97*10"7; 4,04*10'") и с определенной долей погрешности данное уравнение можно применять для прогнозирования величин под-травливания под защитную маску.

Зависимость (12) показывает, что на величину подтравливания под материал защитной маски существенно влияет глубина анодного растворения, а ширина защитной маски не оказывает заметного влияния.

Для расширения широкого круга материалов и режимов их обработки следует производить сбор экспериментальных данных, их анализ и определение коэффициентов уравнения (12).

С использованием построенной математической модели были получены формы лунок, образуемые в результате анодного растворения материала, имеющие различную геометрию (рис.6).

а) б) в)

Рис. 6. Результаты моделирования зон анодного растворения материала с использованием диэлектрической защитной маски, образованной смещением фокального пятна лазерного излучения в различных плоскостях: а - последовательное; б - параллельное; в - образование сложной геометрии

По представленным на рис. 6 моделям формируемых лунок можно судить о том, что на точность анодного растворения существенное влияние оказывают дефекты, возникающие на этапе формирования защитной маски в диэлектрическом слое.

На основании моделирования процессов воздействия лазерного излучения на тонкопленочный диэлектрический слой с целью формирования защитных масок установлены взаимосвязи технологических режимов лазерной обработки с тепло-физическими параметрами материала пленки и подложки. Для мощности источни-

ка лазерного излучения 1 Вт и толщины пленки 20 - 30 мкм установлено, что рациональная зона скоростей перемещения лазерного луча по поверхности составляет 0,009 - 0,018 м/с. При этом формируется лунка, имеющая минимальные углы наклона боковых стенок к нормали поверхности.

На основании построенной регрессионной модели произведен анализ точности формируемых поверхностных элементов в материале деталей после электрохимической обработки с защитными масками. Выявлено, что на точность воспроизведения поверхностных элементов на поверхностях деталей оказывает существенное влияние глубина анодного растворения.

В третьем разделе проведены исследования, включающие следующие основные этапы:

1. изучение методов лазерного формирования защитных масок в предварительно сформированных диэлектрических слоях на плоских и фасонных поверхностях деталей;

2. изучение методов формирования защитных масок на основе порошковых композиций с использованием трафаретных предмасок;

3. исследования процессов анодного растворения материалов деталей с использованием защитных масок;

4. исследования процессов глубокого анодного растворения материалов деталей с диэлектрическими масками на основе полимерных композиций.

Для достижения данных целей были решены следующие экспериментальные задачи:

- разработана методика проведения экспериментов;

- проведено экспериментальное исследование методов и выбор материалов для формирования равнотолщинных диэлектрических слоев на плоских и фасонных поверхностях деталей;

- проведены экспериментальные исследования процессов воздействия лазерного излучения на материалы диэлектрических слоев с целью создания защитных масок и достижения требуемых точностных показателей на плоских и фасонных поверхностях;

- исследованы режимы анодного растворения материалов при формировании поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей с использованием защитных масок;

- исследованы режимы глубокого анодного растворения материалов деталей с диэлектрическими масками на основе полимерных композиций;

- выполнен анализ параметров полученных поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях и выбор рекомендаций для формирования поверхностных элементов с заданными геометрическими размерами.

Для формирования равнотолщинного диэлектрического слоя на криволинейных поверхностях была разработана экспериментальная установка (рис. 7).

Для оценки возможностей формирования защитных масок была спроектирована тестовая маска, включающая в себя все возможные изменения геометрических размеров, встречающихся в большинстве формируемых защитных масок (рис. 8).

а) б)

Рис. 7. Схема установки (а) и фотография рабочей камеры (б) для формирования диэлектрических слоев: 1 - камера; 2 - электростатический распылитель Старт-50; 3 - вытяжка; 4 - источник низковольтного питания; 5 - компрессор; 6 - ресивер; 7 -

редуктор

При исследованиях режимов анодного растворения материалов с использованием защитных масок применялись экспериментальные образцы:

1. из стали Х18Н10Т (ГОСТ 5582-75) с геометрическими размерами 20x40x1 мм;

2. из стали 4Х5В4ФСМ и 4Х2В5ФМ (ГОСТ 5950 - 63) с геометрическими размерами 50x50x5 мм.

Экспериментальные исследования показали, что применение кислородсодержащих солей в составе электролита необоснованно, поскольку выделение газа на аноде способствует отрыву элементов защитного диэлектрического слоя и, тем самым, ухудшает точность воспроизведения. Глубина формируемого рельефа в этом случае составляет не более 20 - 30 мкм.

Рис. 8. Геометрические параметры маски на тестовом образце 1 - пробельный участок; 2 - защитный участок

Повышение концентрации соли в растворе электролита до предельных значений растворимости с целью увеличения проводимости не является оптимальным решением. Оптимальной концентрацией соли №С1 в электролите является 8 - 12 % для обработки сталей марки Х18Н10Т.

В случае соизмеримости глубины анодного растворения с толщиной защитного диэлектрического слоя процессы подтравливания под маску и растравливания пробельных участков незначительны. Это объясняется тем фактом, что искажение электрического поля (краевые эффекты) незначительно.

Увеличение глубины анодного растворения до 100 мкм и выше для концентрированных растворов (свыше 10% №С1) ведет к экспонентоциальному росту величин подтравливания под материал защитного слоя, а для малоконцентрированных (5% ЫаС1) рост величин подтравливания несущественен. Это объясняется тем, что малоконцентрированные растворы обладают большей рассеивающей способностью по сравнению с концентрированными.

С увеличением плотности тока свыше 0,3 А/мм2 для концентрированных растворов электролитов (свыше 10% ЫаС1) величина подтравливания под защитную маску значительно увеличивается. Это обусловлено увеличением краевых эффектов.

Влияние геометрических параметров диэлектрической защитной маски на процесс анодного растворения материала незначительно. Изменение размеров в 30 раз приводит к изменениям величин подтравливания и растравливания в 1 - 2 раза). В то время, как изменение плотности тока в 2 раза значения подтрава вызывает изменение значений подтравливания более, чем в 4 раза. Поэтому при оценке точностных возможностей электрохимического формообразования геометрические параметры защитной маски можно не учитывать.

При формировании поверхностных элементов на поверхностях деталей, имеющих протяженные геометрические элементы (линии), необходимо соблюдение такого важного параметра, как разнотолщинность элемента - искажение его формы (ширины) по длине. Разнотолщинность элемента определяется как разница между минимальной и максимальной шириной элемента. В результате проведенных исследований было получено следующее:

- с ростом плотности технологического тока более 0,2 А/мм2 и, соответственно, глубины обработки (свыше значения ширины элемента) разнотолщинность увеличивается;

- с повышением концентрации раствора электролита разнотолщинность увеличивайся. При больших плотностях тока (свыше 0,3 А/мм2) и концентрациях электролита выше 15% №С1 наблюдается уменьшение разнотолщин-ности.

В четвертом разделе представлено описание технологической установки для формирования защитных и трафаретных масок заданной конфигурации в диэлектрических слоях и на лавсановых носителях. Приведено описание технологической установки для формирования глубоких поверхностных элементов электрохимическим методом на поверхностях деталей, имеющих площади свыше 0,1 м2.

Процесс формирования защитной маски в предварительно сформированном на поверхности диэлектрическом слое проводился на установке ЛУФМ-1 (рис. 9). Для формирования глубоких поверхностных элементов на поверхностях деталей была спроектирована и изготовлена технологическая установка, схема которой представлена на рис. 10.

Рис. 9. Установка для формирования защитных масок ЛУФМ-1: 1 - стойка ЧПУ; 2 - механическая система; 3 - предметный столик; 4 - лазерный модуль; 5 - блок накачки лазерного диода

вода

слив воды слив электролита

Рис. 10. Схема экспериментальной установки: 1 - бак с электролитом; 2 - змеевик; 3 - насос; 4 - сеточный катод; 5 - душирующее устройство; 6 - токоподводы; 7 - источник тока; 8 - межэлектродный промежуток; 9 - обрабатываемый образец; 10 - уплотнения

На разработанной установке ЛУФМ-1 были проведены эксперименты по формированию защитной маски на криволинейной поверхности вальца диаметром ё = 35 мм (рис. 11,а), имеющей минимальный размер элемента 400x100 мкм. После анодного растворения на поверхности формируется рельеф, представленный на рис. 11,6.

При превышении допустимой глубины анодного растворения происходит разрушение элементов защитной маски за счет процессов подтравливания (рис. 12).

а) б)

Рис. 11. Формирование рельефа на поверхности вальца: а - сформированная защитная маска; б - поверхностные элементы

При необходимости получения глубоких поверхностных элементов целесообразно применение коррекции геометрических параметров элементов защитной маски в зависимости от требуемой глубины анодного растворения. Коррекция производится в процессе программирования перемещений исполнительного механизма установки.

Рис. 12. Разрушение элементов рельефа при превышении допустимой глубины анодного растворения

На разработанной установке для глубокого анодного растворения были изготовлены выпечные полуформы из стали 20X13 (рис. 13), с поверхностными элементами, имеющими следующие параметры:

- высота (глубина анодного растворения): 1,7 - 1,9 мм;

- диаметр у вершины: 2,4 и 6 мм; расстояния между выступами: 5-25 мм.

Рис. 13. Выпечная полу форма

Общие выводы.

1. На основе анализа возможных методов формообразования поверхностных элементов предложен метод электрохимического формообразования с предварительным формированием защитных масок из диэлектрического слоя, сформированного на поверхности деталей с использованием трафаретных предмасок или процессов напыления мелкодисперсных порошковых композиций с лазерным формированием рисунка.

2. Выполнены теоретические исследования по обоснованию технологических рекомендаций для процессов формирования диэлектрических слоев на плоских и фасонных поверхностях деталей. Для создания равнотолщинного диэлектрического слоя 20 - 30 мкм, необходимого для дальнейшего формирования на его основе защитной маски для процесса анодного растворения рекомендовано использовать рабочее напряжение 40 кВ на электростатическом распылителе.

3. Выполнены теоретические исследования по обоснованию технологических рекомендаций для процессов формирования защитных масок в диэлектрических слоях с различной плотностью элементов, предварительно сформированных на плоских и фасонных поверхностях. Установлено, что приемлемую точность обеспечивает система, оснащенная лазерным диодом мощностью 1 Вт и с фокальным пятном 100x150 мкм.

4. Теоретически выявлены изменения геометрических размеров формируемых элементов на поверхностях деталей после применения метода анодного растворения материала детали с шириной пробельных участков от 0,1 мм до 10 мм и выше. Полученные зависимости можно использовать для прогнозирования величин подтравливания или коррекции исходной защитной маски с целью увеличения точности воспроизведения формы элементов.

5. Экспериментально исследовано влияние технологических показателей на процессы анодного растворения материала деталей с использованием диэлектрических защитных масок. Установлено, что для формирования поверхностных элементов на деталях из стали Х18Н10Т с высотой не более 200 - 300 мкм желательно использовать раствор электролита низкой концентрации (5 - 10% NaCl) и плотности тока выше 0,1 А/мм2. Для формирования поверхностных элементов с высотой менее 100 - 200 мкм и высоким требованием к четкости края необходимо использовать концентрированный раствор электролита (10 - 15% NaCl) и плотность тока выше 0,2 А/мм2. Для формирования глубоких поверхностных элементов (более 2 мм) на деталях из стали 20X13 рекомендовано использование электролита 10 % NaCl и плотности тока 0,01 - 0,05 А/мм2.

6. Разработано экспериментальное оборудование и технология для формирования защитных диэлектрических масок на плоских и фасонных поверхностях. На оборудовании возможно вести обработку деталей с габаритами 150x250x50 мм с точностью 50 мкм.

7. Разработано экспериментальное оборудование и технология для электрохимической обработки поверхностей деталей с целью получения глубоких (до 2 мм) поверхностных элементов с использованием диэлектрических защитных масок.

Р16144

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Электрохимическое формирование искусственной шероховатости / В.В. Любимов, В.К. Сундуков, C.B. Гунин // Современные материалы и технологии. Сборник статей международной НТК. - Пенза. - 2002 г. 166 - 168 с.

2. Гунин C.B. Электрохимическое формирование искусственной шероховатости / C.B. Гунин, В.Н. Татаринов. Материалы международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". - Тула: ТулГУ, 28 октября 2002 г. 49 - 54 с.

3. Гунин C.B. Электрохимическая обработка микросекундными импульсами / C.B. Гунин, С.А. Семочкин, В.Н. Татаринов Материалы международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". - Тула: ТулГУ. 3 июня 2003 г. 195-201 с.

4. Гунин C.B. Оценка возможностей электрохимического формирования микро- и макрорельефа / C.B. Гунин. // Известия ТулГУ. Серия Электрофизикохи-мические воздействия на материалы. - Тула: ТулГУ 28 октября 2003 г. 47 - 55 с.

5. Нестационарные тепловые процессы при лазерно-электрохимической обработке и их влияние на локализацию / В.И. Щербина, C.B. Гунин, Е.А Родин. // Материалы международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". - Тула: ТулГУ. 2003 г. 74 -

6. Гунин C.B. Создание искусственной шероховатости с применением электрофизикохимических воздействий / C.B. Гунин. // XXIX Гагаринские чтения. Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. - Москва: РГТУ им. Циолковского. - 2003 г. Том 5.-131 с. 109 - 109 с.

7. Гунин C.B. Лазерная установка для создания рисунков в диэлектрических слоях / C.B. Гунин. // Известия ТулГУ. Серия Электрофизикохимические воздействия на материалы. - Тула: ТулГУ. - 2004 г. 112 - 120 с.

8. Создание микро- и макрорельефов на криволинейных поверхностях / В.В. Любимов, C.B. Гунин. // Повышение эффективности тегаюобменных процессов и систем. Материалы IV международной НТК. - Вологда: ВГТУ. 25 октября 2004 г.-304 с. 318-322 с.

Подписано в печать 08.09.2005. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага типографская. Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,1. Усл. кр. отт. 1,1. Уч.изд.л. 1,0. Тираж 90 экз.

ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». 300600, г. Тула, пр. Ленина,92.

Кафедра «Физико-химические процессы и технологии»

81 с.

РЫБ Русский фонд

16223

ВВЕДЕНИЕ

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Методы получения поверхностных элементов

1.1.1 Механические методы формирования поверхностных элементов на плоских поверхностях деталей

1.1.2 Методы формирования поверхностных элементов с использованием лазерного излучения

1.1.3 Химические и электрохимические методы формирования поверхностных элементов

1.1.4 Методы формирования с использованием масок на основе бумажных и полимерных защитных материалов

1.1.5 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе фоторезистивных материалов

1.2 Сравнение методов формирования поверхностных элементов

1.3 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе лакокрасочных и порошковых покрытий

1.4 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе порошковых красок с их последующей полимеризацией по заданной программе или готовой маске

1.5 Методы формирования поверхностных элементов с масками на основе порошковых красок с их последующим испарением по заданной программе

1.6 Обзор методов и оборудования для формирования диэлектрических поверхностных слоев

1.6.1 Методы формирования однородной полимерной композиции с применением порошковых красок

1.6.2 Методы формирования защитной маски воздействием лазерного излучения на полимерную пленку

I.7 Выводы по главе

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ МАСОК

2.1 Математическая модель распределение тепловых полей в тонкопленочном диэлектрическом слое

2.2 Анализ результатов математического моделирования

2.3 Электрохимическое формообразование поверхностных элементов с использованием защитных масок произвольной геометрии

2.4 Выводы по главе

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЛОСКИХ И ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

3.1 Разработка методик проведения экспериментальных работ

3.2Экспериментальные исследования процесса формирования равнотолщинного диэлектрического слоя методом электростатического напыления полимерных композиций

3.2.1 Методика экспериментальных исследований процесса формирования равнотолщинного диэлектрического слоя

3.2.2 Экспериментальное оборудование

3.2.3 Результаты экспериментальных исследований 69 З.ЗЭкспериментальные исследования процесса формирования защитных масок в диэлектрических слоях на неплоских поверхностях

3.3.1 Методика экспериментальных исследований процесса формирования защитных масок

3.3.2 Результаты экспериментальных исследований 73 3.4Методика экспериментальных исследований процесса формирования защитных масок с использованием трафаретных предмасок

3.5Экспериментальные исследования процесса анодного растворения материала с использованием защитных масок

3.5.1 Методика экспериментальных исследований процесса анодного растворения

3.5.2 Экспериментальное оборудование

3.5.3 Результаты экспериментальных исследований

3.5.4 Анализ параметров сформированных поверхностных элементов на различных поверхностях

З.бМетодика проведения экспериментальных исследований процессов глубокого анодного растворения с использованием защитных масок

3.6.1 Методика исследования процесса глубокого анодного

3.6.2 Экспериментальное оборудование

3.6.3 Результаты экспериментальных исследований 95 3.7Выводы по главе 97 IV. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И

ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЛОСКИХ И ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

4.1 Технологическая установка ЛУФМ

4.1.1 Механизм слежения за эквидистантностью к поверхности

4.1.2 Блок накачки лазерного диода

4.1.3 Система сопряжения стоек ЧПУ с современными вычислительными комплексами

4.1.4 Специфика написания программного обеспечения для управления стойками ЧПУ современными вычислительными комплексами

4.2 Экспериментальная установка для процесса глубокого анодного растворения

4.3 Разработка технологического регламента формирования поверхностных элементов с использованием трафаретных предмасок

4.4 Разработка технологического регламента формирования поверхностных элементов с использованием процесса припекания защитного слоя

4.5 Выводы по главе

Тенденция постоянной миниатюризации оборудования и соответствующего повышения точности его изготовления обусловила переход значительной части производства на гибкие производственные линии. Подобные комплексы способны обеспечивать воспроизведение геометрических размеров деталей до величин порядка нескольких десятков микрометров при широкой выпускаемой гамме изделий. Создание формующей оснастки для изготовления таких изделий как корпуса и фурнитура сотовых телефонов, плееров, цифровых камер и прочих изделий объясняет необходимость не только точности исполнения, но и быстрой смены производимой номенклатуры в зависимости от требований рынка сбыта.

Важной технологической задачей является воспроизведение на поверхностях деталей заданных поверхностных элементов для придания определенной фактуры. Это необходимо для повышения качественных показателей поверхностного слоя и расширения области применения текстурированных поверхностей.

Решение данной технологической задачи позволяет получить более долговечные в использовании поверхности с улучшенными эксплуатационными характеристиками: меньшая запыливаемость, стойкость к образованию на поверхности жировых пятен от контакта с руками, а также поверхностей, имитирующих натуральные и синтетические материалы.

Около 5 лет назад воспроизведение элементов на поверхностях деталей осуществлялось изготовлением ручными способами защитной маски на основе полимерных материалов и химическим травлением (итальянская технология по созданию элементов на поверхности пресс-форм) или с использованием труда профессионального гравера.

Для новых типов приборов точность воспроизведения поверхностных элементов должна лежать в диапазоне десятков микрометров, что является непреодолимой проблемой для всех ручных операций, требуемая же себестоимость обработки детали должна быть минимальной. Одновременно с этим возникает проблема утилизации химических реактивов, используемых в процессе переноса рисунка защитной маски с трафарета на металлические и иные поверхности.

Использование ручных операций в процессе формировании защитных масок резко ограничивает диапазон поверхностей, на которых возможно создание поверхностных элементов. Дальнейшее развитие данной технологии необоснованно, поскольку это противоречит концепции построения современных автоматизированных производственных линий, в которых участие человека в технологическом процессе сведено к минимуму.

Однако наука не стоит на месте, и поставленная технологами задача была решена следующим образом. Было предложено на поверхность детали наносить защитный слой, обладающий свойством полимеризоваться (или разрушаться) под действием излучения определенной длины волны (например, излучения ультрафиолетовой части спектра) - так называемый фоторезист. Если экспонирование фоторезиста вести через заранее созданную маску, то на поверхности создается слой, комбинацией пробельных и не пробельных элементов которого образуется защитная маска заданной конфигурации. В дальнейшем через эту защитную маску для формообразования на поверхности можно использовать такие процессы, как химическое, электрохимическое растворение материала, осаждение материала, основанное на химических (гальваника, химия) или физических (ионная имплантация, вакуумное осаждение) процессах. При этом одним из необходимых условий является инертность материала защитной маски к осуществляемому процессу формообразования и среде его протекания.

Использование методов электрохимической обработки с применением фоторезистивных или других слоев, наносимых на поверхность в виде защитных масок, делает затруднительным или невозможным процесс формирования поверхностных элементов на сложных криволинейных поверхностях, в том числе, имеющих небольшие размеры (площадью менее 10 мм) и сферических поверхностях. Это обусловлено сложностью формирования равномерного слоя фоторезиста, поскольку раскрой защитного покрытия и укладку фотошаблонов необходимо вести по сложной поверхности, что является трудоемкой задачей. К перечисленному выше следует добавить недостаточную точность воспроизведения заданного рисунка защитной маской после применения фотолитографических методов, поскольку сложно обеспечить равномерность излучения, идущего от источника на сложную криволинейную поверхность.

Одно из ведущих мест в области формирования поверхностных элементов занимают методы, основанные на удалении материала (испарение под действием лазерного излучения, электроэрозионная и электрохимическая обработка). Точность воспроизведения геометрии данными методами составляет десятки микрометров. Применение лазерной обработки позволяет расширить диапазон обрабатываемых материалов (полимеры и керамика).

Данным методам присущ ряд недостатков. Например, для лазерной обработки это термическая модификация поверхности, приводящая к накоплению напряжений в поверхностном слое материала и, как следствие, более низкая долговечность (что существенно, например, для формующих поверхностей оснастки). К тому же существует целый ряд материалов, для которого лазерная обработка неприменима по физическим характеристикам или технологическим показателям.

Для электроэрозионной обработки характерным недостатком является износ электрода-инструмента и, как следствие, невозможность серийного производства. Электрохимическая и электроэрозионная обработка требуют наличия в межэлектродном промежутке циркуляции рабочей среды для удаления продуктов процесса (шлама), что затруднительно обеспечить в случае сложных криволинейных поверхностей.

Комбинацией схем формообразования можно добиться приемлемой скорости удаления шлама. Например, при использовании схемы обката электродом-инструментом по поверхности решается задача промывки межэлектродного зазора за время обработки в отличие от схем единовременного формообразования. При этом возникает погрешность формообразования за счет накопления погрешностей перемещений. В данном случае начинают влиять такие факторы, как точность механических систем, осуществляющих подвод и отвод электрода-инструмента, согласованность электрохимических (электроэрозионных) и механических процессов.

Применение схемы точечного электрохимического (электроэрозионного) формообразования позволяет избежать сложностей при удалении из межэлектродного зазора шлама и использовать ее для формирования заданной геометрии на сложных поверхностях. У данного метода существует ряд недостатков: низкая производительность в случае применения электрода-инструмента малого диаметра (до 100 и менее микрометров); существенные трудности при закреплении подобного рода электродов; воздействие на электрод тепловых полей и силовых факторов при протекании процесса.

Известна еще целая группа методов формирования элементов на поверхности, не имеющая большого распространения в машиностроении и поэтому не подвергающаяся анализу в данной работе.

Целью настоящей работы является создание технологии и методов комбинированного воздействия на материал для формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях деталей различного назначения.

Работа состоит из следующих основных частей:

- анализ методов и технологии получения поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях;

- теоретические исследования возможностей формирования защитной маски лазерным излучением; теоретические исследования электрохимического формообразования поверхностных элементов на различных поверхностях; экспериментальные исследования формирования поверхностных элементов на опытных образцах деталей; разработка рекомендаций по практическому использованию электрохимического формообразования поверхностных элементов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе анализа возможных методов формообразования поверхностных элементов предложен метод электрохимического формообразования с предварительным формированием защитных масок из диэлектрического слоя, сформированного на поверхности деталей с использованием трафаретных предмасок или процессов напыления мелкодисперсных порошковых композиций с лазерным формированием рисунка. Выполнены теоретические исследования по обоснованию технологических рекомендаций для процессов формирования диэлектрических слоев на плоских и фасонных поверхностях деталей. Для создания равнотолщинного диэлектрического слоя 20 - 30 мкм, необходимого для дальнейшего формирования на его основе защитной маски для процесса анодного растворения рекомендовано использовать рабочее напряжение 40 кВ на электростатическом распылителе. Выполнены теоретические исследования по обоснованию технологических рекомендаций для процессов формирования защитных масок в диэлектрических слоях с различной плотностью элементов, предварительно сформированных на плоских и фасонных поверхностях. Установлено, что приемлемую точность обеспечивает система, оснащенная лазерным диодом мощностью 1 Вт и с фокальным пятном 100x150 мкм.

Теоретически выявлены изменения геометрических размеров формируемых элементов на поверхностях деталей после применения метода анодного растворения материала детали с шириной пробельных участков от 0,1 мм до 10 мм и выше. Полученные зависимости можно использовать для прогнозирования величин подтравливания или коррекции исходной защитной маски с целью увеличения точности воспроизведения формы элементов.

Экспериментально исследовано влияние технологических показателей на процессы анодного растворения материала деталей с использованием диэлектрических защитных масок. Установлено, что для формирования поверхностных элементов на деталях из стали Х18Н10Т с высотой не более 200 - 300 мкм желательно использовать раствор электролита низкой концентрации (5 - 10% NaCl) и плотности тока выше 0,1 А/мм2. Для формирования поверхностных элементов с высотой менее 100 - 200 мкм и высоким требованием к четкости края необходимо использовать концентрированный раствор электролита (10 - 15% NaCl) и плотность тока выше 0,2 А/мм . Для формирования глубоких поверхностных элементов (более 2 мм) на деталях из стали 20X13 рекомендовано использование электролита 10 % NaCl и плотности тока 0,01 - 0,05 А/мм2. Разработано экспериментальное оборудование и технология для формирования защитных диэлектрических масок на плоских и фасонных поверхностях. На оборудовании возможно вести обработку деталей с габаритами 150x250x50 мм с точностью 50 мкм.

Разработано экспериментальное оборудование и технология для электрохимической обработки поверхностей деталей с целью получения глубоких (до 2 мм) поверхностных элементов с использованием диэлектрических защитных масок.

1. ГОСТ 24773-81. Поверхности с регулярным микрорельефом. Классификация, параметры и характеристики.

2. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.

3. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1982. - 248с.

4. Способы получения графических изображений на промышленных изделиях. Методические рекомендации / ВНИИТЭ; Т.А. Печкова и др. -М., 1980.-64 с.

5. М. Datta, D. Landolt. Fundamental aspects and applications of electrochemical fabrication // Electrochimica Acta 45 (2000) 2535-2558.

6. D. Landolt, P.-F. Chauvy, O.Zinger. Electrochemical micromachining, polishing and surface structuring of metals: fundamental aspects and new developments // Electrochimica Acta 48 (2003) 3185-3201.

7. Басов Н.И., Казанков Ю.В., Любартович B.A. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов: Учеб. для вузов. М.: Химия, 1986. - 488с.

8. Бортников В.Г. основы технологии переработки пластических масс: Учебное пособие для вузов. Л.: Химия, 1983. - 304с.

9. Филатов В.И., Корсаков В.Д. Технологическая подготовка процессов формования изделий из пластмасс. Л.: Политехника, 1991. - 352с.

10. Красников В.Ф. Технология миниатюрных изделий. М.: «Машиностроение», 1976.-327с.

11. Гецас С.И. Декоративная обработка изделий из пластмасс. Л.; Химия, 1978.-120с.

12. Пантелеев А.П., Швецов Ю.М., Горячев И.А. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс. М.: Машиностроение, 1986. - 400с.

13. Филатов В.И. Технологическая подготовка производства пластмассовых изделий. Л.: Машиностроение, 1976. - 272с.

14. Татаринов В.Н. Электрохимическое формообразование регулярныхрельефов на деталях инструментальной оснастки: Автореф. Дис. к-та техн. наук: 05.03.01/ В.Н. Татаринов; ТулГУ Тула., 2004. 19с.

15. Мишенин Д.И. Электрохимическая размерная обработка методом обката при сверхмалых межэлектродных зазорах в пленке электролита: Автореф. Дис. к-та техн. наук: 05.03.01/ Д.И. Мишенин; ТулГУ Тула., 2003. 20с.

16. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. — М.: Машиностроение, 1978. 232с.

17. Применение лазеров / под ред. М. Росса. М.: Мир, 1974. - 445с.

18. Суминов В.М. Обработка деталей лучом лазера. М.: Машинотсроение, 1969.-220с.

19. Справочник по лазерам / Под ред. A.M. Прохорова. М.: Советское радио, 1978. т.1, т.2.

20. Григорьянц А.Г. Достижения и перспективы развития лазерной технологии // Сварочное производство. 1996. №8. С. 2-4.

21. Коваленко B.C. Лазерная технология: Учебник,- К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.- 280 с.

22. Углов А.А. Состояние и перспективы лазерной технологии // Физика ихимия обработки материалов. 1992. №4. С. 32-42.

23. Давыдов А.Д. Лазерно-электрохимическая обработка металлов / Электрохимия, 1994, т. 30, № 8, с. 965-976.

24. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

25. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов. / Леонтьев П.А., Чеканова Н.Т., Хан М.Г. М.: Металлургия, 1986 г. - 142 с.

26. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн 7. Лазерная резка металлов: Учеб. Пособие для вузов / Григорьянц А.Г., Соколов А.А.; Под ред. Григорьянца А.Г. М.: Высш. Шк., 1988. - 127 с.

27. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн 3. Методы поверхностной лазерной обработки: Учеб. Пособие для вузов / Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н.; Под ред. Григорьянца А.Г-М.: Высш. Шк., 1988.-191 с.

28. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн 6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов: Учеб. Пособие для вузов / Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н.; Под ред. Григорьянца А.Г.-М.: Высш. Шк., 1988.-159 с.

29. Горленко О.А., Михеенко Т.А. Свойства поверхностей упрочненных лазерных обработкой /Физика и химия обработки материалов, 1983, №6, с. 18-23

30. Сафонов А.Н. Производство и использование лазерной техники для обработки материалов. // Сварочное производство. 1997. №2. С.22-26.

31. Рэди Дж. Промышленное применение лазеров. М.: Мир, 1981. — 638 с.

32. Смоленцев В.П., Смоленцев Г.П., Садыков З.Б. Электрохимическое маркирование деталей / В.П. Смоленцев, Г.П. Смоленцев, З.Б. Садыков. М.: Машиностроение, 1983. - 72 е., ил.

33. Румянцев Е.М., Давыдов А.Д. Технология электрохимической обработки металлов: Учеб. пособие для техн. вузов. М.: Высш. шк, 1984- 159 с.: ил.

34. Шалкаускас М., Вашкялис А. Химическая металлизация пластмасс. -Л.: Химия, 1977.- 168с.

35. Садаков Г.А., Дюбанкова Э.Н. Технология гальванопластики в часовой промышленности // Гальванотехника и обработка поверхности. 1994. -т.З, №3. - с.38-40.

36. Гнидина И.В. Импульсное электролитическое формование микрорельефов // Дисс. . канд. техн. наук. Тула, 1999. - 170с.

37. Коваленко B.C. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. Киев: Вища шк. 1983.- 176.

38. Электроимпульсная обработка металлов / A.JI. Лившиц, А.Т. Кравец, И.С. Рогачев, А.Б. Сосенко. М.: Машиностроение, 1967. - 295с.

39. Попилов Д.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: Справочник 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982.-400с.

40. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. -М., 1976.

41. Подураев В.Н., Камалов B.C. Физико-химические методы обработки. -М.: Машиностроение, 1973. 346с.

42. Петров Ю.Н. и др. Основы повышения точности электрохимического формообразования. Кишинев, Штиница, 1977. - 153с.

43. Мороз И.И., Алексеев Г.А., Водяницкий О.А. и др. Электрохимическая обработка металлов. М., 1969. - 208с.

44. Де Барр А.Е., Оливер Д.А. Электрохимическая обработка (пер. с англ.). -М., 1973.-184с.

45. Головачев В.А. и др. Электрохимическая размерная обработка деталей сложной формы. М.: Машиностроение, 1969. - 198с.

46. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки // Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон и др.; под общей ред. В.А.Волосатова.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-е, 1988.-719с.

47. Размерная электрохимическая обработка металлов: Учеб пособие для студентов вузов / Б.А. Артамонов, A.JI. Винницкий, Ю.С. Волков, А.В. Глазков; Под ред. А.В. Глазкова. М.: Высш. школа, 1978. - 336с.

48. Станкеев А.А. Станкеева И.Н. Новые методы маркирования деталей. Тула, Приокское кн. изд., 1964. 36 с.

49. Смоленцев В.П. и др. Электрохимическое маркирование деталей / В.П. Смоленцев, Г.П. Смоленцев, З.Б. Садыков. М.: Машиностроение, 1983.-72 с.

50. Садыков З.Б. Регулирование процесса электрохимической обработки неподвижными электродами. В кн.: Размерная ЭХО деталей машин., Тула, 1975,ч. 2, с. 23-25.

51. Волков Ю.С., Лившиц А.Л. Введение в теорию размерного формообразования электрофизико-химическими методами. Киев:, 1978.

52. Клоков В.В. Электрохимическое формообразование. Казань, 1984.

53. Высокоскоростное электрохимическое формообразование / А.Д. Давыдов, Е. Козак. М.: Наука, 1990. - 272 с.

54. М. Datta, D. Landolt. Fundamental aspects and applications of electrochemical fabrication // Electrochimica Acta 45 (2000) 2535-2558.

55. D. Landolt, P.-F. Chauvy, O.Zinger. Electrochemical micromachining, polishing and surface structuring of metals: fundamental aspects and new developments // Electrochimica Acta 48 (2003) 3185-3201.

56. Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1986. - 248 е., ил.

57. Вейко В. П. Контурно-проекционный метод лазерной обработки материалов. — Квантовая электрон., 1978, т. 5, № 12, с. 2602— 2610.

58. Вейко В. П. Лазерная обработка пленочных элементов. — Тр. ЛИТМО. Л.: 1980, с. 36—45.

59. Вейко В. П. Лазерная обработка тонкопленочных элементов: Материалы школы «Применение лазеров в промышленности». Л.: ЛДНТП, 1974, с. 3—11.

60. Вейко В. П. Опыт внедрения лазерной обработки тонких пленок в микроэлектронике. Л.: ЛДНТП, 1977. 32 с.

61. Вейко В. П., Кайданов А. И., Яковлев Е. Б. Двухфазная модель разрушения поглощающих пленок мощными световыми импульсами. — Квантовая электрон., 1980, т. 7, № 1, с. 34—41.

62. Вейко В. П., Кокора А. Н., Либенсон М. Н. Экспериментальная проверка распределения температур в зоне воздействия излучения ОКГ па металл. — Докл. АН СССР, 1968, т. 179, №1,с. 68—71.

63. Вейко В. П., Котлецов Б. Н., Либенсон М. Н. Лазерная литография. Л.: Знание, 1971. 48 с.

64. Вейко В. П., Котов Г. А., Либенсон М. Н. Окисление тонких пленок хрома при нагревании импульсным лазерным излучением. — Электрон, техн., сер. 3, 1973, вып. 4, с. 48—56.

65. Вейко В. П., Котов Г. А., Либенсон М. Н. Термическое действие лазерного излучения на некоторые полимерные материалы. — Физика и химия обраб. материалов, 1973, №2, с. 16—18.

66. Вейко В. П., Котов Г. А., Шандыбина Г. Д. Термохимический метод лазерной обработки тонких металлических пленок. — Тр. ЛИТМО. Л.: 1980, с. 106—112.

67. Вейко В. П., Крутенкова Е. А., Котов Г. А. К расчету термических искажений рисунка при лазерной обработке пленок. — Физика и химия обраб. материалов, 1980, № 5, с. 37—43.

68. Вейко В. П., Либенсон М. Н. Лазерная обработка. Л.: Лениздат, 1973. 190 с.

69. Судник В.А., Ерофеев В.А., Радаи Д. Компьютерная имитация формирования шва при лазерно-лучевой сварке с зазором //Сварочное производство. 1999. № 8. С. 9-14.

70. Вейко В. П., Либенсон М. Н. Об использовании гигантского импульса ОКГ для обработки материалов. — Вопросы радиоэлектроники, сер. 4, 1966, вып. 4, с. 20—21.

71. Вейко В. П., Либенсон М. Н. Применение лазеров в микроэлектронике. — Вопросы радиоэлектроники, сер. 3, 1964, № 5, с. 99—104.

72. Вейко В. П., Либенсон М. Н. Проекционный способ обработки материалов излучением ОКГ. — Физика и химия обраб. материалов, 1968, № 4, с. 44—50.

73. Вейко В. П., Либенсон М. Н., Суслов Г. П. Исследование стабильности параметров излучения ОКГ на стекле с неодимом. — Физика и химия обраб. материалов, 1967, № 2, с. 26—30.

74. Вейко В. П., Соболев П. Н., Яковлев Е. Б. Прецизионная обработка тонких пленок непрерывным излучением. — В кн.: Опыт применения лазеров в приборостроении и машиностроении. Л.: ЛДНТП, 1983, с. 56—59.

75. Вейко В. П., Суслов Г. П. Исследование равномерности излучения ОКГ на стекле с неодимом. — Жури, прикладной спектроскопии, 1971, т. 17, №2 с. 223—227.

76. Вейко В. П., Суслов Г. П. О стабильности энергии излучения импульсных твердотельных ОКГ. — Журн. прикладной спектроскопии, 1970, т. 12, № 1, с. 41—44.

77. Вейко В. П., Табачник Е. М., Тучкова Е. А. Экспериментальное исследование кинетики лазерного нагревания тонких металлических пленок. — Электрон, обраб. материалов, 1986, № 1, с. 22—25.

78. Вейко В. П., Тучкова Е. А. Неравномерность фронта разрушения металлических поверхностей под действием лазерного излучения. — Поверхность, 1983, №5, с. 15—22.

79. Вейко В. П., Тучкова Е. А., Юркевич Б. М. Расчет толщины прогретого слоя в подложке при лазерном нагревании тонких пленок. — Физика и химия обраб. материалов, 1982, № 3, с. 21-24.

80. Вейко В. П., Тучкова Е. А., Яковлев Е. Б. О разрешающей способности лазерной литографии на тонких металлических пленках. — Квантовая электрон., 1984, т. 11, № 4, с. 661—665.

81. Вейко В. П., Юркевич Б. М. Подгонка частоты кварцевых резонаторов при помощи лазерного излучения. Л.гЛДНТП, 1974. 32 с.

82. Вейко В. П., Юркевич Б. М., Юхно И. Н. Подстройка монолитных кварцевых фильтров при помощи лазерного излучения. —Электрон, техн., сер. 5,1977, № 2 (21), с. 69—76.

83. Павеле Л.А. Анализ газогидродинамических процессов при компьютерном проектировании технологии газолазерной резки. // Дисс. к.т.н. Тула, 1999. - 160 с.

84. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. 23-е изд., испр./Под ред. В.А. Рабиновича. - Л.: Химия, 1983. - 704 е., ил.

85. Вейко В. П., Яковлев Е. Б. Взрывное разрушение тонких пленок лазерным излучением. Тезисы докл. VI Всесоюзной конференции по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом. Паланга—Вильнюс, 1984, с. 211.

86. Вейко В. П., Яковлев Е. Б. О некоторых особенностях разрушения тонких пленок под действием лазерного излучения. — Физика и химия обраб. материалов, 1979, №2, с. 33—36.

87. Гуревич Г. Л., Муравьев В. А. Воздействие излучения ОКГ на тонкие пленки. — Физика и химия обраб. материалов, 1973, № 1, с. 3—8.

88. Гуревич Г.Л., Муравьев В. А. К теории разрушения тонких пленок излучением ОКГ. Физика и химия обр. материалов, 1973, № 3, с. 5-11.

89. Котлецов Б. Н. Микроизображение. JI.: Маш-е, 1985.

90. Лазерный генератор изображений/И. М. Карпмап, Б. Н. Котлецов, М. Н. Либеисон и др. — В кн.: Проблемы и перспективы использования оптико-механических средств в технологии производства микросхем. Л.: ЛДНТП, 1973, с. 12—19.

91. Либенсон М. Н. Нагрев и разрушение тонких пленок излучением ОКГ. — Физика и химия обраб. материалов, 1968, № 2, с. 3—11.

92. Дэниел К. Применение статистики в промышленном эксперименте. -М.: Мир, 1979.-299 с.

93. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 2986. 272 с.

94. Зарубин B.C. Инженерные методы решения задач теплопроводности. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 328 е., ил.

95. Бреславский П.В., Мажукин В.И., Такоева Л.Ю. Математическое моделирование лазерного плавления и испарения однородных материалов. Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша АН СССР, №22, 1991.45 с.