автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Лазерное импульсное формообразование деталей из хрупких неметаллических материалов

На правах рукописи

П //

904694462

ЩУКИН Александр Сергеевич

ЛАЗЕРНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специапьиость 05.02.07 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

1 7 И ЮН ?0Ю

Тула-- 2010

004604462

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Любимов Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сальников Владимир Сергеевич

кандидат технических наук, Погорельский Семен Львович

Ведущее предприятие: ОАО «Тульский оружейный завод»

Защита диссертации состоится «А?» июня 2010 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92, 9 корп., ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «^Г» мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Б. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На сегодняшний день лазерная импульсная обработка нашла широкое применение в технологиях последовательного дискретного формообразования поверхности твердых неметаллических материалов, обладающих повышенной хрупкостью, таких, как стекло, керамика, стеклокристал-лические и полупроводниковые материалы. Широкое распространение определяется гибкими возможностями формообразования поверхностей обрабатываемых материалов, отсутствием как такового износа инструмента, высокой локализацией воздействия на материал и возможностью использования свойства оптической прозрачности обрабатываемого материала для осуществления технологических воздействий.

Основными способами лазерного импульсного формообразования поверхности, которые используются при обработке указанных материалов, являются абляция и объемное скрайбирование.

Лазерная абляция обеспечивает высокую точность и качество обработки, минимальные термические воздействия и возможность обработки большого числа хрупких неметаллических материалов. Тем не менее, высокая пространственная (2-3 мкм) и временная локализация (до 10 фс) энергии определяет низкую производительность способа и его эффективное применение только для микрообработки.

Объемное скрайбирование прозрачных хрупких материалов импульсным лазерным излучением позволяет осуществлять последовательное формообразование, основанное на формировании поверхности разделения в объеме прозрачного материала, состоящей из локальных разрушений, расположенных с некоторым шагом. К недостаткам способа можно отнести необходимость приложения механических изгибающих усилий для достижения полного разделения и возможность осуществлять разделение только по плоским поверхностям.

Таким образом, указанные способы последовательного дискретного формообразования хрупких неметаллических материалов имеют различные ограничения, связанные с низкой производительностью или малыми возможностями формообразования поверхностей.

На основании вышеизложенного исследование и совершенствование лазерного импульсного формообразования поверхности хрупких неметаллических материалов является актуальной задачей.

Актуальность исследований подтверждается заключением договора № 7673Р/11201 на выполнение НИОКР с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе УМНИК.

Цель работы.

Целью настоящей работы является расширение технологических возможностей процесса лазерной импульсной обработки хрупких неметаллических материалов.

Достижение поставленной цели требует решения ряда основных задач:

1. Теоретические исследования по определению условий образования непрерывных поверхностей при условии переменных коэффициентов перекрытия

лунок на поверхности и по глубине и использовании рациональных схем относительного расположения локальных разрушений в объеме обрабатываемого материала.

2. Разработка технологических схем лазерного импульсного формообразования хрупких неметаллических материалов.

3. Теоретическое исследование влияния нагрева материала на формирование качественных показателей поверхности.

4. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований лазерного импульсного формообразования с целью определения оптимальных технологических режимов.

5. Разработка специального программного обеспечения для автоматизации проектирования технологических операций лазерного импульсного формообразования и создания управляющих программ для лазерной технологической установки с ЧПУ.

Методы исследования.

Проведен анализ теоретических и практических работ по теме диссертации; теоретические исследования выполнены с применением математической модели процесса оптического пробоя идеального газа с последующей адаптацией этой модели к прозрачным твердым неметаллическим материалам; обработка результатов экспериментальных исследований производилась с использованием методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты теоретических исследований по определению условий образования непрерывных поверхностей при использовании переменных коэффициентов перекрытия лунок на поверхности и по глубине и использовании рациональных схем относительного расположения локальных разрушений в объеме обрабатываемого материала.

2. Результаты теоретического анализа влияния нагрева обрабатываемого материала на формирование качества поверхности, определяемого величиной единичного съема материала.

3. Технологические схемы лазерного импульсного формообразования хрупких неметаллических материалов, предусматривающие обработку от «входной» и «выходной» поверхностей и в объеме обрабатываемого материала.

4. Установленные зависимости влияния технологических параметров лазерного импульсного излучения на регулярность геометрии образуемых лунок в условиях жидкой технологической среды с низким коэффициентом вязкости.

5. Технологические регламенты лазерного импульсного формообразования поверхности в хрупких неметаллических материалах.

Научная новизна заключается в обосновании связи единичных зон разрушений с процессом образования непрерывных «входных», «выходных» и «внутренних» поверхностей при условии использования переменных коэффициентов перекрытия лунок, схем рационального относительного расположения микрорасколов, а также жидкой технологической среды с низким коэффициентом вязкости.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработан и защищен патентом способ лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов, позволяющий получать фасонные и комбинированные отверстия, глубокие отверстия (с отношением глубины к диаметру больше 10) и внутренние незамкнутые полости в объеме прозрачных материалов;

- на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, разработаны технологические регламенты лазерного импульсного формообразования хрупких неметаллических материалов, позволяющие задавать производительность и качество обработки;

- разработано специальное программное обеспечение, позволяющее автоматизировать проектирование технологических операций лазерного импульсного формообразования.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2007 - 2010), на конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2007-2010), Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии обработки металлов» (Тула, 2008), Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения XXXIV» (Москва, 2008), I магистерской научно-технической конференции (Тула, 2007).

Публикации.

Результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, в том числе 1 работа опубликована в издании, входящем в Перечень рецензируемых научных журналов ВАК. Получено положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №2009113480 от 13.04.2009 г. на изобретение «Способ лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов». Общий объем публикаций 2,7 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемых источников из 105 наименований и приложения, общим объемом 148 страниц машинописного текста, включая 81 рисунок и 23 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой задачи, ее практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса.

Проведен сравнительный анализ современных методов обработки хрупких неметаллических материалов. Показана малая перспективность традиционных методов обработки из-за износов инструментов и отсутствия возможности осуществления целого ряда технологических операций и обоснована целесооб-

разность применения импульсного лазерного излучения для обработки указанных материалов.

Проведен теоретический анализ механизмов разрушения в объеме и на поверхности обрабатываемых материалов при воздействии лазерных импульсов различных длительностей. Анализ показал, что лазерная импульсная обработка реализуется в двух режимах: абляции и хрупкого разрушения материала. Лазерная абляция импульсами длительностью от 10 фс до 50 пс позволяет осуществлять формообразование поверхностей с высокой точностью и качеством, однако весьма низкой производительностью, что определяет ее применение исключительно в масштабах микрообработки. Обработка импульсами в диапазоне от 50 не до 10 пс позволяет осуществлять воздействие в режиме оптического пробоя материала, основанное на механизме хрупкого разрушения, что дает возможность выполнять операции формообразования аналогичные способу лазерной абляции, но с большей производительностью. Таким образом, сделан вывод о необходимости исследования лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов, основанного на механизме хрупкого разрушения.

В конце главы сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований по определению условий образования непрерывных поверхностей при лазерном последовательном дискретном формообразовании с использованием переменных коэффициентов перекрытия лунок и рациональных схем относительного расположения микрорасколов.

Определены аналитические зависимости размеров единичных микрорасколов от мощности импульсов лазерного излучения:

гАршп) = т\Гртп+п\'

А- (Рамп) = ЩТРит + пг;

пМЮ р рМАХ Р П

гшп - 'имп - гимп • гимп * где {Рщп'Ртп) ~ диапазон исследуемых значений мощности импульсов; у -коэффициент пропускания; т{, тг, пх и п2 - связывающие коэффициенты, определяемые экспериментальным путем.

Определены условия, при которых формируемая поверхность, с одной стороны, не разрушается при возникновении чрезмерных внутренних напряжений и, с другой стороны, является непрерывной и в ней отсутствуют области несоединенных микрорасколов (рис. 1):

где {От) и Бут{гт) — минимальные расстояния в поперечном и продольном направлениях (относительно направления лазерного луча) между формируемыми микрорасколами, с соответствующими размерами От и гт, при которых образуется непрерывная поверхность разделения; и (гг) -максимальные расстояния между микрорасколами, при которых формируемая

непрерывная поверхность разделения не разрушается в результате образования значительных внутренних напряжений.

Л мкм

5ЛОт,I

а)

Л мкм

б)

Оши

Л/

Оти От. МКМ

1юх гг. мкм

Рис. 1. Зоны выбора параметров формирования разделяющей поверхности: а-для параметров и От\ б-для параметров и 1 - зона слабого взаимодействия микрорасколов; 2 - зона образования непрерывной поверхности разделения; 3-зона интенсивного неуправляемого хрупкого разрушения

Функции минимальных и максимальных расстояний между микрорасколами предусматривают их построение на основе экспериментальных данных.

Предложены схемы рационального относительного расположения микрорасколов (рис. 2), при которых уменьшается количество локальных участков слабого взаимодействия микрорасколов. Рациональность в расположении достигается за счет относительного смещения рядов формируемых микрорасколов

на величину полушага. На рис. 2, б горизонтальные ряды микрорасколов формируемые с шагом микрорасколов 5¡,, смещаются относительно друг друга на 5Я /2, при этом общее количество локальных участков слабого взаимодействия 2

МГ

Рис. 2. Схемы расположения микрорасколов: а-традиционная схема расположения; бив - рациональные схемы расположения; 1 — микрорасколы; 2-локальные участки слабого взаимодействия микрорасколов; ^-горизонтальный и вертикальный шаг формирования микрорасколов

микрорасколов уменьшается и они более равномерно распределяются по всей площади формируемой поверхности разделения. На рис. 2, в представлена вторая предложенная схема рационального расположения микрорасколов, при которой происходит относительное смещение рядов формируемых микрорасколов по вертикали и горизонтали (по направлению распространения лазерного луча и перпендикулярно ему) на величины /2 и 5Я /2 соответственно.

Разработанные схемы относительного расположения микрорасколов обеспечивают наиболее эффективное их взаимодействие на всей площади формируемой поверхности разделяющей трещины.

Проведен теоретический анализ способа лазерного импульсного формообразования материалов, основанного на последовательном дискретном съеме материала в результате хрупкого механизма разрушения. А именно, определены аналитические зависимости размеров единичных лунок от мощности импульсов лазерного излучения и условия образования непрерывной поверхности при формировании указанных лунок с переменными коэффициентами перекрытия на поверхности и по глубине обрабатываемого материала (табл. 1).

Таблица 1

Параметры формообразования для различных технологических схем_

Па-рамег ры Технологические схемы лазерного формообразования

п Р////У///Л п

ЖА***

мкм

А*. мкм КгРтт +сг ±3сг®ш кЭв(КР,т, +с2)±Зо?хж кэв(КуРямп +с2)±ЗаГж

кн 1 1 ^

1 &эв (к^тт + С1) ~ 3<т0 кэв У^имп + С1) ~ Зср

К 1 ^ 1 ^ 1

^гУРцмп +с2 ~3сг, ^эв Рцмп +с2)-Зсг/| кэв(к2}Римп +сг)—3<тл

Определены условия образования непрерывной поверхности для различных технологических схем обработки:

- при обработке от «выходной» поверхности:

¿*Лм7+с,-3£гГ', <кгуРшп +с2

- при обработке от «входной» поверхности в условиях жидкой технологической среды:

-кэв(А:,Риш +сх)-ЪаВ[*ж, <кэв(кгРиш + с2)-ЗсгЦхж;

- при обработке от «выходной» поверхности в условиях жидкой технологической среды:

<кэв{к1?Ршл + с,)-3&оЫХЖ, <кэв(к2уРшп +с2)-Ъо1шж.

Установлено, что при лазерном импульсном формообразовании сложных поверхностей и комплексов поверхностей целесообразно использовать повышенные значения коэффициентов перекрытия для отдельных геометрических элементов - острых углов, скруглений малых радиусов и участков стыков различных геометрических элементов. Это позволяет обрабатывать сложные участки поверхностей с требуемыми качественными показателями.

Основным условием, при котором происходит образование непрерывной поверхности при последовательном формировании лунок на поверхности обрабатываемого материала, заключается в том, что лунки должны быть расположены с положительным относительным перекрытием (рис. 3).

г) Д)

Рис. 3. Схематические изображения образования поверхности из единичных лунок с различным перекрытием: а-с положительным горизонтальным перекрытием; б - с нулевым горизонтальным перекрытием; в - без перекрытия; г - с положительным вертикальным перекрытием; д - без перекрытия

Предложены схемы формообразования, которые позволяют реализовы-вать различные технологические операции: получения отверстий с большим отношением глубины к диаметру (>10), глубоких пазов и пазов с поднутрениями, незамкнутых полостей и их последовательностей с различный геометрической конфигурацией (рис. 4).

а)

М.

М-

г

У-А

-/- Ц

с* $

' У' . У А,

А

I \£

б)

ФО

Рис. 4. Схемы последовательных этапов формообразования от «выходной» поверхности: а- схема получения отверстия; б - схема получения внутренней незамкнутой полости; 1 - обрабатываемый материал; 2 - лазерный луч;

- последовательно удаляемые слои материала; £>,, 02, Л2 - размеры полости

Также разработана схема лазерного формообразования, основанная на вырезании с помощью удаления разделяющего слоя, которая позволяет осуществлять операции объемного формообразования. Данная схема основана на принципе не удаления всей части материала, а удалении только разделяющего слоя.

Так, например, при вырезании круглого отверстия в листовом стекле (рис. 5) удаляется не вся внутренняя часть 4 отверстия, а только разделяющий слой 3. В результате чего внутренняя часть 4 после окончания обработки отде-

ляется от основного материала изделия 5. Такая схема получения сквозных отверстий оказывается намного эффективнее по производительности, чем сплошное удаление внутренней части 4.

2 1 7 П 3 п 4 5

б) в)

Рис. 5. Схемы лазерного импульсного формообразования с помощью удаления разделяющего слоя: а-схема последовательных этапов получения отверстия; б- схема получения глухого отверстия; в- схема получения отверстия с фасонной стенкой ; 1 - обрабатываемый материал; 2 - лазерный луч; 3 - разделяющий слой; 4 - внутренняя выпадаемая часть материала; 5 - внешняя часть материала (стрелкой показано направление формообразования); Ь - толщина разделяющего слоя

Схема обработки, основанная на удалении разделяющего слоя, позволяет осуществлять операции формообразования различной сложности: фасонные отверстия и профильная вырезка, составные и сложные пространственные элементы (конусные отверстия, отверстия с переменным типом профиля, резьбовые отверстия) (рис. 5). Рассматриваемая схема также может применяться и для вырезания изделий из материала заготовки, то есть когда сама внутренняя отделяющаяся часть является получаемым изделием.

Предложенные технологические схемы формообразования позволяют существенно расширить спектр операций формообразования. Кроме того, схема формообразования, основанная на удалении разделяющего слоя, применительно к прозрачным материалам, позволяет значительно повысить производительность и снизить энергозатраты, за счет того, что происходит удаление не всей массы материала, подлежащей удалению, а только разделяющего слоя.

Получена теоретическая зависимость пороговой интенсивности оптического пробоя от абсолютной температуры материала, подвергаемого воздействию лазерного излучения:

40лс(£г(0)-М')'

1ПР{т)=-

гРхГклХ

, ^

1 + —

V ® /

где Eg0 - ширина запрещенной зоны при Т=0, эй; Ъ = с1Т - температурный коэффициент ширины запрещенной зоны, эВIК; Т— абсолютная температура материала, подвергаемого воздействию лазерного излучения, К.

На основании теоретического исследования влияния нагрева материала натрий-кальций-силикатного стекла установлено, что повышение температуры обрабатываемого материала с 273 до 500 К уменьшает пороговую интенсивность оптического пробоя приблизительно на 8 %, в результате чего возможно осуществлять меньший единичный съем материала и, как следствие, достигать более высокого качества обработанной поверхности.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований, в которых был проведен анализ образуемых лунок на поверхности материалов и микрорасколов в объеме прозрачного материала.

Как показали проведенные эксперименты по определению влияния энергетических параметров лазерного излучения на размеры микрорасколов, образующихся в объеме натрий-кальций-силикатного стекла, величина энергии импульса в значительной степени определяет не только структуру зоны разрушения, но и его геометрические размеры. Например, при повышении энергии импульса с 8 до 16 мДж поперечный размер зоны разрушения Г)т, в среднем увеличивается в 1,5 раза (рис. 6).

а) б)

Рис. б. Зависимости влияния энергии импульса на размеры микрораскола и их аппроксимизации: а - диаметр микрораскола от энергии импульса; б - продольный размер микрораскола от энергии импульса; 1 - реальная кривая линия, 2 — аппроксимированная прямая линия

Установлено, что микрорасколы, формируемые импульсами с постоянной энергией, обладают сильной нерегулярностью в своих размерах. В частности, отношение кг -гт1 йт может колебаться в пределах от 1,8 до 2,8 (среднее значение и среднее квадратическое отклонение коэффициента кг соответственно составляют кс.СР = 2,34 и аК = 0,27).

В результате проведения экспериментов установлены диапазоны оптимальных параметров режимов формообразования (величина энергии импульса и расстояние между микрорасколами), при которых образуется непрерывная разделяющая поверхность (рис. 7). Под оптимальными параметрами в данном случае понимаются параметры, при которых, с одной стороны, образовывается

разделяющая поверхность без заметных областей слабого взаимодействия микрорасколов и, с другой стороны, отсутствует неуправляемое, хрупкое разрушение разделяющей поверхности.

Полученные экспериментальные зависимости позволяют устанавливать режимы формирования разделяющей поверхности в зависимости от требуемого качества обработки и производительности (числа микрорасколов на единицу площади формируемой разделяющей поверхности). Для грубой оценки величину шероховатости по параметру На можно соизмерять с половиной величины поперечного размера формируемого микрораскола (На^хт(И/)/2). Например, при обработке импульсами с энергией 5 мДж величина шероховатости по параметру 11а составит 25 мкм. Проведенные эксперименты также показали возможность осуществлять разделение по криволинейным траекториям, что при применении традиционных схем расположения микрорасколов было неосуществимо.

Рис. 7. Области выбора параметров формирования непрерывной разделяющей поверхности в объеме натрий-кальций-силикатного стекла: а - область выбора параметра область выбора параметра ; 1 - область образования

прерывистой слаборазделяющей поверхности; 2 - область неуправляемого хрупкого разрушения разделяющей поверхности; 3 - область образования непрерывной разделяющей поверхности

Предложена систематизация микрорасколов по степени влияния поляризации лазерного излучения, которая предполагает возможность учета направления поляризации при формировании поверхностей разделения в объеме прозрачных материалов. Установлено, что формирование поверхности разделения вдоль плоскости поляризации позволяет осуществлять разделение прозрачных материалов с более высокими показателями качества и точности.

Также были проведены экспериментальные исследования взаимодействия импульсов лазерного излучения с поверхностью обрабатываемого материала. Установлено, что при обработке «выходной» поверхности прозрачного материала в среде дистиллированной воды происходит интенсификация процесса съема материала по сравнению с обработкой в воздушной среде. В частности средние размеры глубины образуемых лунок на поверхности оптического стекла К8 в среде дистиллированной воды в среднем на 45 % больше, чем размеры лунок, образованных в воздушной среде при аналогичных режимах.

Энергия импульса, мДж Энергия импульса, мДж

а) б)

Рис. 8. Зависимости размеров лунок от энергии импульса в среде дистиллированной воды (для натрий-кальций-силикатного стекла и оптического стекла К8): а - диаметра лунки от энергии импульса; б - глубины лунки от энергии импульса

Указанная интенсификация процесса съема материала объясняется тем, что сформированная лунка со слоем поврежденного материала начинает подвергаться воздействию ударной взрывной волны, представляющей собой волну сжатой жидкости, которая способствует окончательному разрушению и эвакуации поврежденного материала.

Исследования показали, что при формировании лунок на обрабатываемой поверхности в среде дистиллированной воды достигается большая регулярность их размеров (рис. 9), чем при обработке в среде воздуха.

Анализ влияния параметров обработки на качество обработанной поверхности натрий-кальций-силикатного стекла (рис. 10) в среде воды показал, что средние числовые величины параметра шероховатости Яа, уменьшились приблизительно на 35 %.

0,6 ■ 0,5 ^ 0.4 о 0,3 0,2 0,1 ■ о

0,25 0,2 ^0,15

!■ 0,1 0,05

о

л

А

Ч

• 1Ч

л"

- в воде

- на воздухе

60

70 ВО От, мкм

а)

60

80

70 От, мкм

б)

90

Рис. 9. Функции плотности распределения вероятности диаметра лунок на поверхности стекла: а - натрий-кальций-силикатного; б - оптического стекла К8

Таким образом, можно сделать вывод, что последовательный дискретный съем с поверхности материала в среде дистиллированной воды позволяет повысить основные технологические параметры - качество поверхности, точность и производительность обработки.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Коэффициент перекрытая, Кн

0,3 0,4 0,5 0.6 0,7 0,8 Коэффициентперекрытия, Ку

а) б)

Рис. 10. Зависимости качества поверхности натрий-кальций-силикатного стекла от энергии импульса и коэффициентов перекрытия при обработке от «выходной» поверхности в среде дистиллированной воды: а - кн;б — ку

В главе 4 были выполнены работы по получению различных деталей и проведению технологических операций с использованием лазерной импульсной наносекундной технологической установки.

Режимы обработки и основные технологические показатели включают: 'ш<я ~~ длительность импульса, не; 1¥ып - энергия импульса, мДж; кн и ку -коэффициенты перекрытия; кнд и куд - повышенные коэффициенты перекрытия; Ь - толщина удаляемого слоя, мм; ¡оер — время обработки, мин; Яа - параметр шероховатости, мкм.

Получение отдельных поверхностей

Получены сквозные глубокие отверстия диаметром от 1,0 мм в образцах оптического стекла К8 толщиной до 65 мм. Параметры обработки отверстия представлены в табл. 2.

Таблица 2

Примеры изделий Параметры излучения Коэффициенты перекрытия Ъ, мм Технологическая среда Схема формообразования мин Яа, мкм

^ имп' НС IV " имп' мДж кн ку кНД куд

отверстие 01,0*65 мм 20 15 0,5 0,5 - - - дегаз. вода от «выходной» грани 23,3 9

рис. 11, а 20 15 0,5 0,5 - - 0,05 дисгил. вода от «выходной» грани 15 9

рис. 11,6 20 15 0,5 0,5 0,7 - 0,05 дистил. вода от «выходной» грани 23,3 9

рис. 11, в 20 15 0,5 0,5 0,7 - 0,05 дисгил. вода от «выходной» грани 22,5 9

рис. 12, а,б 20 15 0,4 0,4 0,6 0,6 0,05 дистил. вода от «выходной» грани 23 8

рис. 12, в,г 20 15 0,6 0,6 0,8 0,8 0,05 дисгил. вода от «выходной» грани 35,3 9

рис. 12, д,е 20 15 0,4 0,4 0,6 - 0,05 дистил. вода от «выходной» грани 47,5 8

рис. 12, ж,з 20 15 0,4 0,4 0,6 - 0,05 дистил. вода от «выходной» грани 53 8

Получены фасонные сквозные отверстия в листовом натрий-кальций-силикатном стекле толщиной 4 мм (рис. 11). Параметры обработки отверстий представлены в табл. 2.

а) б) в)

Рис. IV. Фасонные отверстия, полученные в листовом натрий-кальций-силикатном стекле: а - круглое; б - прямоугольное; в - эллиптическое; 1 - отверстие; 2 - удаляемая часть

Получение объемных элементов с комбинацией поверхностей

Получено комбинированное отверстие с комбинацией цилиндрической и конической поверхностей (рис. 12, а,б). Параметры обработки представлены в табл. 2. При вырезании отверстия конического сечения в месте стыка с уже вырезанной частью круглого сечения, использовались дополнительные коэффициенты перекрытия кНд и куд.

Получена деталь - винт М2 (по ГОСТ 17475-80), - которая представляет собой объемный элемент с комбинацией резьбовой, конической и цилиндрической поверхностей (рис. 12, в,г). Деталь получена по схеме удаления разделяющего слоя из листового натрий-кальций-силикатного стекла толщиной 4 мм. В местах стыков комбинируемых поверхностей, использовались повышенные коэффициенты перекрытия кнд и куц.

Получение комплексов поверхностей

Операции формообразования, основанные на формировании комплексов поверхностей, позволяют создавать детали различной пространственной формы.

Получена деталь - теплоизолирующая прокладка из натрий-кальций-силикатного стекла листового стекла толщиной 3,5 мм (рис. 12, д,е). Эта деталь представляет собой комплекс отдельных поверхностей (цилиндрических, эллиптических и призматических). Параметры обработки приведены в табл. 2.

Получена деталь - шестерня из натрий-кальций-силикатного стекла листового стекла толщиной 4 мм (рис. 12, ж,з). Параметры обработки представлены в табл. 2.

Основные параметры шестерни: тип - прямозубая, диаметр окружности выступов 10 мм, диаметр делительной окружности 8,7 мм, число зубьев 22, модуль зацепления 0,4.

Рис. 12. Примеры получения деталей представляющих собой: а-г-комбинации поверхностей; д-з - комплексы поверхностей

Разработано специальное программное обеспечение для автоматизированного проектирования технологических операций лазерного дискретного формообразования, позволяющее создавать трехмерные модели формообразования для различных технологических операций.

Программное обеспечение включает в себя модуль конструкторской подготовки и модуль технологической подготовки операций лазерного формообразования.

Модуль конструкторской подготовки представляет собой типовой векторный редактор с расширенными функциями. После подготовки конструкторской части используется модуль технологической подготовки, который на основе подготовленных векторных данных позволяет создавать трехмерные модели формообразования и задавать основные технологические параметры обработки.

При подготовке трехмерных моделей формообразования возможны их различные комбинации, что позволяет создавать модели формообразования различных деталей с комплексом отдельных технологических операций.

Таким образом, предложенное автоматизированное проектирования технологических операций лазерного дискретного формообразования позволяет создавать трехмерные модели формообразования для различных технологических операций.

В заключении работы представлено обоснование связи единичных зон разрушений с процессом образования непрерывных «входных», «выходных» и «внутренних» поверхностей при использовании переменных коэффициентов перекрытия лунок и схем рационального относительного расположения микрорасколов; дано обоснование влияния жидкой технологической среды с низким коэффициентом вязкости на регулярность геометрии образуемых лунок.

Общие выводы.

1. На основании теоретических исследований определены условия образования непрерывных поверхностей при использовании переменных коэффициентов перекрытия лунок на поверхности и по глубине материала и рациональных схем относительного расположения локальных разрушений в объеме обрабатываемого материала.

2. Разработан и защищен патентом «Способ лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов», основанный на последовательном дискретном съеме материала при использовании переменных коэффициентов перекрытия формируемых лунок на поверхности и по глубине обрабатываемого материала.

3. Обоснованы технологические схемы лазерного импульсного формообразования материалов, позволяющие осуществлять формообразование по трем схемам: от «входной» поверхности обрабатываемого изделия, от «выходной» поверхности и по схеме формообразования, основанной на формировании разделяющей поверхности в объеме прозрачного материала. Разработанные технологические схемы позволяют осуществлять широких спектр различных формообразующих операций: получение глубоких отверстий (при отношении глуби-

ны к диаметру больше 10), получение внутренних незамкнутых полостей, выполнять объемное вырезание элементов сложной пространственной формы путем удаления разделяющего слоя.

4. На основании теоретического исследования влияния нагрева материала натрий-кальций-силикатного стекла установлено, что повышение температуры обрабатываемого материала с 273 до 500 К уменьшает пороговую интенсивность оптического пробоя приблизительно на 8 %, в результате чего возможно осуществлять меньший единичный съем материала и, как следствие, достигать более высокого качества обработанной поверхности.

5. В результате проведенных исследований проанализирована структура микрорасколов, образуемых в объеме прозрачного материала, и выявлено влияние поляризации на их форму и размер. Также определены зависимости размеров зоны разрушений от энергии импульса лазерного излучения в листовом натрий-кальций-силикатном стекле и основные статистические показатели, характеризующие непостоянство размеров зоны разрушений. Результаты данных исследований позволяют прогнозировать качество обработанной поверхности при разделении прозрачных материалов.

6. Проведены исследования лазерного импульсного формообразования прозрачных и непрозрачных материалов, основанного на съеме материала, в результате которых определены зависимости качества обработанной поверхности от коэффициентов перекрытия и установлено, что обработка в среде дистиллированной воды позволяет интенсифицировать процесс дискретного формообразования и повысить качество обработанной поверхности по параметру Ra в среднем на 35 %.

7. Разработано специальное программное обеспечение для автоматизации проектирования технологических операций лазерного импульсного формообразования, позволяющее повысить производительность технологической подготовки производства.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Щукин A.C. Технология лазерно-искрового формообразования твердых неметаллических материалов И Известия Тульского государственного университета. Серия «Технические науки». Вып. 4. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 268-277.

2. Заявка №2009113480 от 13.04.2009 г. на изобретение «Способ лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов» (решение о выдаче патента от 1.03.2010 г.).

3. Щукин А. С., Любимов В. В. Анализ технологии лазерно-искрового формообразования (ЛИФ) твердых материалов // Современная электротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной НТК. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С.54-60.

4. Щукин А. С., Любимов В. В. Лазерное формообразование стекла на-носекундными импульсами // Современная элекгротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной НТК. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С.120-128.

5. Щукин А. С., Любимов В. В. Лазерное разделение оптически прозрачных материалов наносекундными импульсами // Современная электротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной НТК. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С.8-14.

6. Щукин А. С., Гнидин В. И. Разработка типовой модульной конструкции лазерной установки // Современная электротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной НТК. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С.119-123

7. Щукин А. С. Ультразвуковая сварка лавсановых пленок // Современная электротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной НТК. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. С.274-276.

8. Щукин А. С., Гнидин В. И. Технология и оборудование для интенсивного электрохимического полирования изделий // Современная электротехнология в промышленности центра России: сб. трудов региональной НТК. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. С.19-22.

Изд. лиц. ЛР Л» 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 10.05.2010 г. Формат бумаги С>\1\84 Бумага офсетная. Усл.-неч. л. 1,1. Уч.-ичд. л. 1,1. Тираж 100 экз. Зака: 0!4.

Тульский государственный университет'. 300012, г. Гула, проси, Ленина, 92.

Введение.

Глава 1. Анализ состояния вопроса. Постановка цели и задач исследования.

1.1. Систематизация хрупких неметаллических материалов и виды применяемых технологических воздействий.

1.2. Сравнительный анализ методов формообразования хрупких неметаллических материалов.

1.3. Анализ механизмов процесса оптического пробоя в объеме материала и оценка их вклада в форму образуемых разрушений.

1.4. Анализ механизмов процесса оптического пробоя поверхности хрупких неметаллических материалов.

Выводы по главе. Цель работы и задачи исследования.

Глава 2. Теоретические исследования лазерного дискретного формообразования поверхности хрупких неметаллических материалов

2.1. Анализ способов лазерного дискретного формообразования поверхности.

2.2. Лазерное дискретное формирование разделяющей поверхности в объеме материала.

2.2.1. Разработка технологических схем формообразования.

2.2.2. Определение условий образования непрерывной поверхности.

2.3. Лазерное дискретное формообразование поверхности в результате съема материала.

2.3.1. Разработка технологических схем формообразования.

2.3.2. Определение условий образования непрерывной поверхности.

2.4. Влияние нагрева материала на порог оптического пробоя при воздействии наносекундного лазерного излучения.

Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования лазерного дискретного формообразования поверхности хрупких неметаллических материалов74 3.1. Исследования лазерного дискретного формирования разделяющей поверхности в объеме материала.

3.1.1. Исследование структуры разрушений в объеме обрабатываемого материала.

3.1.2. Исследование влияния поляризации лазерного излучения на формирование разрушений в объеме обрабатываемого материала.

3.1.3. Исследование формообразования материалов с применением рациональных схем относительного расположения разрушений.

3.2. Исследования лазерного дискретного формообразования поверхности в результате съема обрабатываемого материала.

3.2.1. Исследование формообразования от «входной» поверхности обрабатываемых материалов.

3.2.2. Исследование формообразования от «выходной» поверхности прозрачных обрабатываемых материалов.

3.2.3. Исследование формообразования поверхности материалов в различных технологических средах.

3.2.4. Исследование процессов эвакуации продуктов обработки.

Выводы по главе.

Глава 4. Технологические исследования лазерного дискретного формообразования поверхности. Примеры реализации способа.

4.1. Прогнозируемые технологические показатели лазерного дискретного формообразования.7.

4.2. Примеры реализации лазерного дискретного формообразования.

4.2.1. Получение глубоких отверстий.

4.2.2. Получение фасонных отверстий.

4.2.3. Получение объемных элементов с комбинацией поверхностей.

4.2.4. Получение комплексов поверхностей.

4.2.5. Получение внутренних незамкнутых полостей.

4.3. Разработка системы автоматизированного проектирования технологических операций.

Выводы по главе.

На сегодняшний день лазерная импульсная обработка нашла широкое применение в технологиях последовательного дискретного формообразования поверхности твердых неметаллических материалов, обладающих повышенной хрупкостью таких, как стекло, керамика, стеклокристаллические и полупроводниковые материалы. Широкое распространение определяется гибкими возможностями формообразования поверхностей обрабатываемых материалов, отсутствием как такового износа инструмента, высокой локализацией воздейс твия на материал и возможностью использования свойства оптической прозрачности обрабатываемого материала для осуществления технологических воздействий.

Основными способами лазерного импульсного формообразования поверхности, которые используются при обработке указанных материалов, являются абляция и объемное скрайбирование.

Лазерная абляция обеспечивает высокую точность и качество обработки, минимальные термические воздействия и возможность обработки большого числа хрупких неметаллических материалов. Тем не менее, высокая пространственная (2-3 мкм) и временная локализация (до 10 фс) энергии определяют низкую производительность способа и возможность его эффективного применения только для микрообработки.

Объемное скрайбирование прозрачных хрупких материалов импульсным лазерным излучением позволяет осуществлять последовательное формообразование, основанное на формировании поверхности разделения в объеме прозрачного материала, состоящей из локальных разрушений, формируемых с некоторым шагом. К недостаткам способа можно отнести необходимость приложения механических изгибающих усилий для достижения полного разделения и возможность осуществлять разделение только по плоским поверхностям.

Таким образом, указанные способы последовательного дискретного формообразования хрупких неметаллических материалов имеют различные ограничения, связанные с низкой производительностью или малыми возможностями формообразования поверхностей.

На основании вышеизложенного, исследование и совершенствование лазерного импульсного формообразования поверхности хрупких неметаллических материалов является актуальной задачей.

Актуальность исследований подтверждается заключением договора JNo 7673Р/11201 на выполнение НИОКР с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе УМНИК.

Целью настоящей работы является расширение технологических возможностей процесса лазерной импульсной обработки хрупких неметаллических материалов.

Достижение поставленной цели требует решения ряда основных задач:

1. Теоретические исследования по определению условий образования непрерывных поверхностей при условии переменных коэффициентов перекрытия лунок на поверхности и по глубине и использовании рациональных схем относительного расположения локальных разрушений в объеме обрабатываемого материала.

2. Разработка технологических схем лазерного импульсного формообразования хрупких неметаллических материалов.

3. Теоретическое исследование влияния нагрева материала на формирование качественных показателей поверхности.

4. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований лазерного импульсного формообразования с целью определения оптимальных технологических режимов.

5. Разработка специального программного обеспечения для автоматизации проектирования технологических операций лазерного импульсного формообразования и создания управляющих программ для лазерной технологической установки с ЧПУ.

Методы исследования.

Анализ теоретических и практических работ по теме диссертации; теоретические исследования выполнены с применением математической модели процесса оптического пробоя идеального газа с последующей адаптацией этой модели к прозрачным диэлектрическим твердым материалам; обработка результатов экспериментальных исследований производилась с использованием методов математической статистики в программных пакетах MathCAD и MS Excel.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты теоретических исследований по определению условий образования непрерывных поверхностей при использовании переменных коэффициентов перекрытия лунок на поверхности и по глубине и использовании рациональных схем относительного расположения локальных разрушений в объеме обрабатываемого материала.

2. Результаты теоретического анализа влияния нагрева обрабатываемого материала на формирование качества поверхности, определяемого величиной единичного съема материала.

3. Технологические схемы лазерного импульсного формообразования хрупких неметаллических материалов, предусматривающие обработку от «входной» и «выходной» поверхностей и в объеме обрабатываемого материала.

4. Установленные зависимости влияния технологических параметров лазерного импульсного излучения на регулярность геометрии образуемых лунок в условиях жидкой технологической среды с низким коэффициентом вязкости.

5. Технологические регламенты лазерного импульсного формообразования поверхности в хрупких неметаллических материалах.

Научная новизна заключается в обосновании связи единичных зон разрушений с процессом образования непрерывных «входных», «выходных» и «внутренних» поверхностей при условии использования переменных коэффициентов перекрытия лунок, схем рационального относительного расположения микрорасколов, а также жидкой технологической среды с низким коэффициентом вязкости.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что:

- обоснована связь единичных зон разрушений с процессом образования непрерывных «входных», «выходных» и «внутренних» поверхностей при условии переменных коэффициентов перекрытия лунок и схем рационального относительного расположения микрорасколов;

- на основании теоретического исследования влияния нагрева материала натрий-кальций-силикатного стекла, установлено, что повышение температуры обрабатываемого материала с 273 до 500 К уменьшает пороговую интенсивность оптического пробоя приблизительно на 8%, в результате чего возможно осуществлять меньший единичный съем материала и как следствие достигать более высокого качества обработанной поверхности.

Практическая значимость исследования состоит в следующем:

- разработан и защищен патентом способ лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов, позволяющий получать фасонные и комбинированные отверстия, глубокие отверстия (с отношением глубины к диаметру > 10) и внутренние незамкнутые полости в объеме прозрачных материалов;

- на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, разработаны технологические регламенты лазерного импульсного формообразования хрупких неметаллических материалов, позволяющие задавать производительность и качество обработки;

- разработанное специальное программное обеспечение, позволяет автоматизировать проектирование технологических операций лазерного импульсного формообразования.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2007 - 2010), на конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2007-2010), Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии обработки металлов» (Тула, 2008), Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения XXXIV» (Москва, 2008), I магистерской научно-технической конференции (Тула, 2007).

Цель работы и ее основные задачи определили структуру диссертационного исследования. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

Выводы по главе

1. Анализ влияния параметров обработки показал, что предельно минимальную шероховатость обработанной поверхности определяет величина энергии импульса лазерного излучения. При энергии импульса 15 мДж достижимая шероховатость составила Ra 6 мкм. Прогнозируя качество поверхности, установлено, что при использовании импульсов с энергией порядка 0,1-0,5 мДж ожидаемая шероховатость поверхности по параметру Ra составит порядка 0,5-1 мкм.

2. Прогноз точности, сделанный на основе точностных параметров единичной лунки показал, что дальнейшего повышения точности можно добиться за счет уменьшения размеров формируемых единичных лунок. В частности, при использовании лазеров с пикосекундиой длительностью импульсов, предполагаемая точность будет составлять 2-3 мкм, что соответствует 3 квалитету точности.

3. Прогнозируя параметр производительности, установлено, что достигнутая производительность 0,5 мм I мин (при режимах обработки представленных в табл. 4.1) при увеличении частоты генерации импульсов до 1 КГц, составит 5мм2 /мин. При этом, обработка на более высоких частотах требует дополнительных исследований и определения влияния частоты генерации импульсов на основные технологические показатели процесса

4. Предложено автоматизированное проектирование технологических операций лазерного импульсного формообразования, позволяющее повысить производительность технологической подготовки производства.

Заключение

В диссертационной работе рассмотрены известные способы обработки хрупких неметаллических материалов, определены их ограничения по технологическим показателям и по возможностям осуществления различных технологических операций. Установлено, что большинство способов позволяют осуществлять только разделение материалов из заготовок листового типа, а способы, которые обеспечивают возможность выполнения широкого спектра технологических операций, имеют различные недостатки: повышенное энергопотребление, трудоемкость, износ инструментов, низкая производительность.

Обоснованы технологические схемы лазерного импульсного формообразования материалов, позволяющие осуществлять обработку: от «входной» поверхности обрабатываемого изделия, от «выходной» поверхности и формирование разделяющей поверхности в объеме прозрачного материала. Обоснованные технологические схемы позволяют осуществлять широких спектр различных формообразующих операций: получение глубоких отверстий (отношение глубины к диаметру > 10), получение фасонных и составных отверстий, получение внутренних незамкнутых полостей, осуществлять объемное вырезание элементов сложной пространственной формы из основной массы материала заготовки.

Определены условия образования непрерывных поверхностей при использовании переменных коэффициентов перекрытия лунок на поверхности и по глубине материала и рациональных схем относительного расположения локальных разрушений в объеме обрабатываемого материала.

На основании анализа температурного влияния на порог оптического пробоя при воздействии наносекундного лазерного излучения установлено, что повышение температуры обрабатываемого материала стабилизирует регулярность оптического пробоя при плотности мощности лазерного излучения близкой к пороговой, при которой возможно осуществлять минимальный единичный съем материала, в результате чего достигается более высокое качество обработанной поверхности.

В результате проведенных исследований, проанализирована структура микрорасколов, образуемых в объеме прозрачного материала, и выявлено влияние поляризации на их форму и размер. Также, определена зависимость размеров зоны разрушений от энергии импульса лазерного излучения в листовом натрий-кальций-силикатпом стекле и определены основные статистические показатели, характеризующие непостоянство размеров микрорасколов. Результаты данных исследований позволяют прогнозировать качество обработанной поверхности при разделении прозрачных материалов.

Предложена систематизация микрорасколов по степени влияния поляризации лазерного излучения, которая позволяет их разделять по форме и структуре на три вида. Учет разработанной систематизации позволяет осуществлять разделения прозрачных листовых материалов с более высокими показателями качества обработанной поверхности.

Проведены исследования лазерного импульсного формообразования прозрачных и непрозрачных материалов, основанного на съеме материала, в результате которых определены зависимости качества обработанной поверхности от коэффициентов перекрытия и установлено, что обработка в среде дистиллированной воды позволяет интенсифицировать процесс съема материала и эвакуации продуктов обработки, а также улучшить качество обработанной поверхности.

Проведены исследования образования зон затрудненной эвакуации продуктов обработки, на примере получения отверстия диаметром 1,0 мм и паза с размерами 0,5^3 мм, в результате которых установлены максимальные значения глубин получаемых элементов при заданных режимах и условиях обработки.

Анализ влияния параметров обработки показал, что предельно минимальную шероховатость обработанной поверхности определяет величина энергии импульса лазерного излучения. При энергии импульса 15 мДж достижимая шероховатость составила Ra 6 мкм. Прогнозируя качество поверхности, установлено, что при использовании импульсов с энергией порядка 0,1-0,5 мДж ожидаемая шероховатость поверхности по параметру Ra составит порядка 0,5-1 мкм.

Проанализированы основные технологические показатели процесса лазерного импульсного формообразования, основанного на последовательном дискретном съеме материала, и сделан прогноз по их повышению.

Предложено автоматизированное проектирование технологических операций лазерного импульсного формообразования, позволяющее повысить производительность технологической подготовки производства.

1. Абильсиитов Г.А., Голубев B.C., Гонтарь В.Г. и др. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т. 1: Расчет, проектированиеи эксплуатация. Под общ. ред. Г.А.Абильсиитова. М.: Машиностроение, 1991. -432с.: ил.

2. Голубев В. С., Лебедев Ф. В. Лазерная техника и технология. В 7-ми кн. Кн. 2. Инженерные основы создания технологических лазеров: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А. Г. Григорьянца. М.: Высш. шк., 1988. - 176 с.: ил.

3. Григорянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная обработка неметаллических материалов, «Высшая школа», 1988 191 е.: ил.

4. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. Пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 664 е.: ил.

5. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д. и др. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М.: Радио и связь, 1985. - 144 е.: ил.

6. Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. 3-е перераб. и доп. изд. -М.: Мир, 1990.-560 е.: ил.i

7. Коваленко B.C. и др. Малоотходные процессы резки лучом лазера. К.: Техшка, 1987. 112 е.: ил.

8. Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. Способы обработки материалов: Учебное пособие / Калинингр. ун-т. Калининград, 2000. - 448 с.

9. Кочетыгов А.А. Статистика: Учеб. Пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. -292 е.: ил.

10. Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. — М.: Машиностроение, 1985.- 128 е.: ил.

11. Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. -М.:Наука. гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. -312 е., ил.

12. Ландсберг Г. С. Оптика. Учеб. .пособие: Для вузов. 6-изд., стереот. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 848 е., ил.

13. Мак А.А., Соме Л.Н., Фромзель В.А., Яшин В.Е. Лазеры на неодимо-вом стекле М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1990. - 288 е.: ил.

14. Мачулка Г.А. Лазерная обработка стекла, Москва, «Советское Радио», 1979, с. 136.: ил.

15. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. М.: «Мир», 1974. — 380 е.: ил.

16. Спирин Н.А., Лавров В.В. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: Конспект лекций. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 257 е.: ил.

17. Фаронов В.В. Delphi. Программирование на языке высокого уровня. Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2005. - 640 е.: ил.

18. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб: Питер, 2009.-366 е.: ил.

19. Шелби Дж. Структура, свойства и технология стекла: Пер. с англ. Е.Ф. Медведева. М.: Мир, 2006. - 288 е.: ил.

20. Справочник по лазерной технике. Под ред. проф. А.П. Напартовича. Пер. с нем. — М.: Энергоатомиздат, 1991. 544 е.: ил.

21. Амосов А.В., Барабанов B.C. и др. Оптический пробой кварцевого стекла излучением ХеБ-лазера. // «Квантовая электроника», 1994 г., т. 21, № 4, С. 329-332.

22. Афонин В.И. О критериях лазерного разрушения прозрачных твердых тел // Известия Челябинского научного центра, 2003 г., №.1, С. 18-25.

23. Бедилов М.Р. и др. Влияние ионизирующей радиации на оптический пробой силикатных стекол // «Квантовая электроника», 1998 г., т. 23, № 5з С. 455-456.

24. Вятлев П.А., Захарченко А.В. и др. Технология эффективного управляемого лазерного термораскалывания диэлектрических материалов // ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ. 2003. - С. 1407-1421.

25. Кондратенко B.C. и др. Лазерная резка стекла в процессе выработки // Приборы, 2006, №8 (август) С. 52-56.

26. Маненков А. А., Прохоров А. Ж. Лазерное разрушение прозрачных твердых тел. //УФН. 1986. Т. 148., №. 1,С. 179-211.

27. Мажукин В.И. и др. Оптический пробой пара алюминия в ультрафиолетовом диапазоне // Математическое моделирование, 2002 г., Т. 14, № 4, С. 3-20.

28. Морозов М.Ф., Зимин Б.А. и др. Исследование динамической прочности объема кварцевого стекла методом оптического пробоя // Письма в ЖТФ, 2004 г., Т. 30, №. 6, С. 38-44.

29. Райзер Ю.П. Пробой газов под действием лазерного излучения — «лазерная искра» // Соросовский образовательный журнал, 1998 г., № 1, С. 8994.

30. Стрекалов В.Н. Механическое разрушение прозрачных диэлектриков сфокусированным лазерным излучением. // Письма в ЖТФ, 2000, Т. 26, вып. 24, С. 19-23.

31. Стригин М.Б., Чудинов А.II. Лазерная обработка стекла пикосекунд-ными импульсами // «Квантовая электроника», 1994, т.21, №8, С.787-790.

32. Сысоев В. К. Многопрофильная лазерная технология обработки кварцевого стекла // ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ. 2003. - С. 613-643.

33. Шалупаев С.В., Шершнев Е.Б., Никитюк Ю.В., Середа А.А. Двухлуче-вое лазерное термораскалывапие хрупких неметаллических материалов // Оптический журнал, 73 (2006), 5 (май) С. 62-66.

34. Шепелев Г.В., Шиганов И.Н., Малов И.Е. Раскрой листового стекла лучом твердотельного лазера // Сварочное производство. 2000. - №6. - С.1-12.

35. Ушаков И.В. Формирование оптических и механических свойств кристаллических и аморфно-нанокристаллических материалов при селективной лазерной обработке нано- и микрообластей: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Тула., 2008.

36. Левина Э. Ю. Синтез объемных изображений в стекле методом локальной лазерной деструкции: дис. .канд. техн. наук: 01.04.05. М.: РГБ, 2005

37. Хмелев В.Н., Барсуков Р.В., Цыганок С.Н. Ультразвуковая размерная обработка материалов: Научная монография / Алт. Гос. техн. Ун-т им. И.И. Ползунова. — Барнаул: изд. АлтГТУ, 1997. 120 с.

38. Свободная энциклопедия Wilcipedia сайт.: [2009]. 1ШЬ:11йр://ги^1к1ре(11а.ог§М1к1/Гидроабразивная резка (дата обращения 10.01.2010).

39. Вайнштейн И.А. Оптические и люминесцентные свойства оксидных стекол и кристаллов с различным типом атомного разупорядочения. Дис. . канд. техн. наук. М., 2003.

40. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Г., Яковлев Е.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Силовая оптика. / Под ред. В.И. Коно-ва. -М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2008. 312 с.

41. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник под ред. д-ратехн. наук. проф. А. Н. Резникова. М., «Машиностроение», 1977. -391 е., с ил.

42. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.:ФИЗМАТЛИТ, 1974.-640 стр., ил.

43. Радзевич С.П. Формообразование поверхностей деталей. Основы теории. Монография К.: Растан, 2001. - 592 е., ил.

44. Попилов Л.Я. Справочшпс по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов. Л.: Машиностроение, 1971, 544 стр.: ил.

45. Балкевич В.Л. Техническая керамика. Учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984. - 256 е., ил.

46. Макшанцев Б.И., Леонов Р.К., Ямпольский П.А. О разрушении прозрачных диэлектриков лазерным излучением // Письма в ЖЭТФ, 1971, Т. 14, С. 175-178.

47. Колдунов М.Ф., Маненков А.А., Покотнло И.Л. Эффективность различных механизмов лазерного разрушения прозрачных твердых тел. // Квантовая электроника, 2002, 32, №7, С. 623-628.

48. Колдунов М.Ф., Маненков А.А., Покотило И.Л. Механическое разрушение прозрачных твердых тел лазерными импульсами разной длительности. // Квантовая электроника, 2002, 32, №4, С. 335-340.

49. Колдунов М.Ф., Маненков А.А., Покотило И.Л. Термоупругий и абляционный механизмы лазерного повреждения поверхности прозрачных твердых тел. //Квантовая электропика, 1998, 25, №3, С. 277-281.

50. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции. //УФН, 2002, Т. 172, №3, С.301-333.

51. Бункин Н.Ф., Бакум С.И. Роль растворенного газа при оптическом пробое воды. // Квантовая электроника, 2006, 36, №2, С.117-124.

52. Бессонов М.И. Механическое разрушение твердых полимеров. // УФН, 1964, Т. 133, №1, С.107-135.

53. Лямшев М.Л. Возбуждение звука лазерными импульсами при оптическом пробое микронеоднородной жидкости. // Письма в ЖТФ, 2000, Т.26, №8, С. 56-64.

54. Федоров В.А., Ушаков И.В., Шелохвостов В.П. Разрушение оптически прозрачных кристаллов с макроскопической трещиной под действием импульсов лазера // ЖТФ, 1998, Т.68, №12, С. 34-37.

55. Пляцко С.В. Генерация объемных дефектов в некоторых полупроводниках лазерным излучением в области прозрачности кристалла // Физика и техника полупроводников, 2000, Т.34, №9, С. 1046-1052.

56. Стрекалов В.Н. Нетепловые механические напряжения и оптическое разрушение, вызванные в прозрачном диэлектрике лазерным излучением // ЖТФ, 2002, Т.72, №9, С. 75-79.

57. Котенко В.Г., Глазунов Г.П. и др. Воздействие мощного плазменного потока на прозрачную механическую среду // ЖТФ, 1997, Т.76, №2, С.20-23.

58. Комолов B.J1. Пороги оптического пробоя в электронно-тепловой модели генерации дефектов // ЖТФ, 1997, Т.61, №5, С. 48-53.

59. Способ разделения твердых прозрачных пластин со светоизлучаюгци-ми или микроэлектронными структурами: патент 2254299 Рос. Федерация. № 2003133433/03; заявл. 05.11.2003; опубл. 20.06.2005. Бюл. № 17.

60. Способ резки прозрачных неметаллических материалов: патент 2226183 Рос. Федерация. № 2002105388/02; заявл. 21.02.2002; опубл. 27.09.2003. Бюл. № 10.

61. Устройство для формирования изображений с высоким разрешением внутри прозрачного или малопрозрачного твердого материала: патент 2288845 Рос. Федерация. №2005111797/12; заявл. 21.04.2005; опубл. 10.12.2006. Бюл. №34.

62. Способ резки хрупких неметаллических материалов (варианты): патент 2333163 Рос. Федерация. №2007125597/03; заявл. 9.07.2007; опубл. 10.09.2008. Бюл. №25.

63. Method for cutting non-matallic materials and device for earring out said method. Patent № US0021978. Andrey Mikhaylovich Alexeev (RU), Vladimir lo-sofovich Kryzhanovskiy (RU), Oleg Viktorovich Khait (RU) date 21.02.2002.

64. Method and apparatus for creating an image by a pulsed laser beam inside a transparent material. Patent № US5637244. Erokhin Alexander I. (RU) date 06.10.1997.

65. Interaction of femtosecond laser pulsed with transparent materials. Chris B. Schaffer. Harvard University. Cambridge, Massachusetts. May 2001.

66. Chris B. Schaffer, Andr'e Brodeur, Eric Mazur. Laser-induced breakdown and damage in bulk transparent materials induced by tightly focused femtosecond laser pulses // Measurement Science and Technology. 2001. - Vol. 12. - Pp. 17841794.

67. Rubenchik A. M., Feit M. Initiation Growth and Mitigation of UV Laser Induced Damage in Fused Silica // Lawrence Livermore Laboratory Livermore, 21 December 2001 -P.137-145.

68. Yan M., McWhirter J., Huser Т., Siekhaus W. Defect studies of optical materials using near-field scanning optical microscopy and spectroscopy // Lawrence Livermore National Laboratory, January 2001 P.243-251.

69. Yoshiyama J., Genin F. Y., etc. A study of the effects of polishing, etching, cleaving, and water leaching on the UV laser damage of fused silica. // Lawrence Livermore Laboratory, 23 December 1997 P. 187-193.

70. Isel Automation Catalog. AUTOMATION, 2005.

71. KANYA, KANYATHEK, PVS and RVS are internationally registered trademarks.//Catalog, 1/2001.

72. Ho C.Y., Wen M.Y., Tsai Y.H. Investigation into nanosecond-laser drilling of alumina ceramics using three-dimensional model // Journal of the Australian Ceramic Society. 2009. - Volume 45. - №2. - P. 59-63.

73. Kruger J., Kautek W. The femtosecond pulse laser: A new tool for micro-machining // Laser Physics. 1999. - Volume 9. - №41. - P. 30-40.

74. Kruger J, Martin S., Urech L. Femto- and nanosecond laser treatment of doped polymethylmethacrylate // Applied surface science. 2005. - Volume 24. -№7.-P. 406-411.

75. Schaffer C.B., A. Brodeur. Laser-induced breakdown and damage in bulk transparent materials induced by tightly focused femtosecond laser pulses // Measurement Science Technology.-2001,- Volume 12. -№1.-P. 1784-1794.

76. Gamaly E.G., Juodkazis S., Luther-Davies B. Laser-matter interaction in the bulk of a transparent solid: confined microexplosion and void formation // Phys. Review. 2006. - Volume 73.-P.214101 (1-15).

77. Hnatovsky C., Taylor J.R., Rajeev A., Simova E., Bhardwaj V.R. Pulse duration dependence of femtosecond-laser fabricated nanogratings in fused silica // Applied Physics Letters. 2005. - Volume 87. - P. 14104(1-3).

78. Yonesaki Y., Miura K., Araki R., Fujita K., and Hirao K. Space-selective precipitation of non-linear optical crystals inside silicate glasses using near-infrared femtosecond laser // Journal of Non-Crystalline Solids. 2005. - Volume 351.-P. 885-892.

79. Sudrie, L., Franco M., Prade В., Mysyrowicz A. Writing of permanent bire-fringent microlayers in bulk fused silica with femtosecond laser pulses // Optics Communications. 1999. - Volume 72. -№171. - P. 279-284.

80. Watanabe G., Toma Т., Yamada K., Nishii J., Hayashi K. and Itoh K. Optical seizing and merging of voids in silica glass with infrared femtosecond laser pulses // Optics Letters. 2000. - Volume 25. - №22. - P. 1669-1671.

81. Eaton S.M., Zhang H., Herman P.R., Yoshino F., Shah L., Bovatsek J. and Arai A.Y. Heat accumulation effects in femtosecond laser-written waveguides with variable repetition rate // Optics Express. 2005. - Volume 13. - №12. - P. 47084716.

82. Yasuhiko S., Kazuyuki H., Jianrong Q. Nanofabrication in transparent materials with a femtosecond pulse laser // Journal of non-cristaline solids. 2006. -Volume 35. - №2. - P. 646-656.

83. Mohammad R. Kasaai, Francis T. The interaction of femtosecond and nanosecond laser pulses with the surface of glass // Journal of non-cristaline solids. — 2003.- Volume 31.-№9.-P. 129-135.

84. Linde D., Schuler H. Breakdown threshold and plasma formation in femtosecond laser-solid interaction // Journal of Optical Society of America. — 1996. -Volume 13. №1. - P. 216-222.

85. Chris B. Schaffer, Nozomi N., Eli N.G. and Eric Mazur. Dynamics of femtosecond laser-induced breakdown in water from fomtoseconds to microseconds // Optics Express.-2002.- Volume 10. №3. - P. 203-210.

86. Arlee S., Binh D., Mikko S. Deterministic nanosecond laser-induced breakdown thresholds in pure and doped fused silica // Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 2007. - Volume 15. - №4. - P. 567-575.

87. Loeschner U., Mauersberg S., Ebert R., Exner H., Schille J. Micromachining of glass with short ns-pulses and highly perpetuities fs-laser pulses // University of applied sciences,-2007. Volume 11,-№2.-P. 120-131.

88. Papazoglou D.G., Zergioti I., Tzortzakis S., Sgouros G., Maravelias G., Christopoulos S., Fotakis C. Sub-picosecond ultraviolet laser filamentation-induced bulk modifications in fused silica // Applied Physics, 2005. - Volume 3. -№1. - P. 241-244.

89. Stuart B.C., Feit M.D., Herman S., Rubenchik A.M., Shore B.W., Perry M.D. Optical ablation by high-power short-pulse lasers // Journal of Optical Society of America, 1996. - Volume 13. - №2. - P. 459-465.

90. Gopal R., Deepak V., Sivaramakrishnan S. Systematic study of spatiotem-poral dynamics of intense femtosecond laser pulses in BK-7 glass // PRAMANA Journal of physics, Indian Academy of Sciences, 2007. - Volume 68. - №4. - P. 459-465.

91. Rayner D.M., Naumov A., Corkum P.G. Ultrashort pulse non-linear optical absorption in transparent media // Optics Express, 2005. — Volume 13. - №9. -P. 3208-3217.

92. Nikumb S., Chen Q., Li C., Reshef H. Precision glass machining , drilling and profile catting by short laser pulses // Thin Solid Films, 2004. - Volume 47. -№7.-P. 216-221.

93. Park, D. S., Cho, M. W., Lee, H., and Cho, W. S. Micro-Grooving of Glass Using Micro-Abrasive Jet Machining // J. Mater. Process. Technol., 2004. - Volume 146, P. 234-240.

94. Yan, В. H., Wang, A. C., Huang, C. Y., and Hunag, F. Y. Study of Precision Micro-Holes in Borosilicate Glass Using Micro EDM Combined with Micro Ultrasonic Vibration Machining // Int. J. Mach. Tools Manuf., 2002. - Volume 42, P. 1105-1112.

95. Zhang, J., Sugioka, K., and Midorikawa, K. High-Speed Machining of Glass Materials by Laser Induced Plasma Assisted Ablation Using a 532 nm Laser // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process., 1999, - Volume 67, P. 499-501.

96. Nikumb, S., Chen, Q., Li, C., Reshef, H., Aheng, H. F., Qiu, H., and Low, D. Precision Glass Machining, Drilling and Profile Cutting by Short Pulse Lasers // Thin Solid Films, 2005. - Volume 47, № 1, P. 216-221.

97. Lenzner, M., Kruger, J., Sartania, S., Cheng, Z., Spielmann, Ch., Mourou, G., Kautek, W., and Krausz, F. Femtosecond Optical Breakdown in Dielectrics // Phys. Rev. Lett., 1998. - Volume 80, P. 4076^1079.

98. Stuart, В. C., Feit, M. D., Herman, S., Rubenchik, A. M., Shore, B. W., and Perry, M. D. Laser-Induced Damage in Dielectrics With Nanosecond to Subpico-second Pulses // Phys. Rev. Lett., 1995. - Volume 74, P. 2248-2251.

99. Campbell, S., Dear, F. C., Hand, D. P., and Reid, D. T. Single-Pulse Femtosecond Laser Machining of Glass // J. Opt. A, Pure Appl. Opt., — 2005. Volume 7, P. 162-168.

100. Ben-Yakar, A., Byer, R. L., Harkin, A., Ashmore, J., Stone, H., Shen, M., and Mazur, E. Morphology of Femtosecond-Laser-Ablated Borosilicate Glass Surfaces // Appl. Phys. Lett., 2003. Volume 83, № 15, P. 3030-3032.

101. Jiang, L., and Tsai, H. L. Prediction of Crater Shape in Femtosecond Laser Ablation of Dielectrics // J. Phys. D, 2004. Volume 37, P. 1492-1496.

102. Jiang, L., and Tsai, H. L. Energy Transport and Material Removal in Wide Bandgap Materials by a Femtosecond Laser Pulse // Int. J. Heat Mass Transfer, -2005. Volume 48, P. 487-499.

103. Sjodin, Т., Petek, H., and Dai, H.-L. Ultrafast Carrier Dynamics in Silicon: A Two-Color Transient Reflection Grating Study on a Surface // Phys. Rev. Lett., 1999. Volume 81, P. 5664-5667.