автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности обработки отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов на основе алмазного сверления

На правахрукописи

Балыков Александр Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ В ДЕТАЛЯХ ИЗ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛМАЗНОГО СВЕРЛЕНИЯ

Специальности: 05.03.01 - Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Гречишников Владимир Андреевич

доктор технических наук, профессор Албагачиев Али Юсупович

доктор технических наук, профессор Журавлев Владимир Васильевич

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Митрофанов Владимир Георгиевич

РКК «Энергия» им. СП. Королева

Защита состоится .2004 г. в. 14-00 . часов на заседании дис-

сертационного совета Д.212.142.01 при Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН» по адресу: 127055, Москва, Вадков-ский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке М1 ТУ «СТАНКИН».

Автореферат разослан

2004 г.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направить ученому секретарю диссертационного совета

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

В.И. Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В радиоэлектронике, машиностроении и приборостроении, в оптической, часовой и ювелирной промышленностях, в строительстве и быту широкое применение находят конструкционные хрупкие неметаллические материалы - стекло, кварц,- керамика; ферриты, ситаллы. Эти материалы отличаются высокой твердостью, прочностью и хрупкостью.

Весьма трудоемкой и широко распространенной операцией при изготовлении деталей из неметаллических материалов является формообразование отверстий. До недавнего времени обработку отверстий производили с применением абразивных суспензий, методами электроннолучевого, лазерного и ультразвукового формообразования. Указанные методы сложны в реализации, экологически небезопасны и не всегда эффективны в условиях серийного производства.

Алмазное сверление является одним из наиболее эффективных способов обработки отверстий диаметром от 0,8 мм до 1000 мм и более. Без алмазного сверления невозможно изготовление подложек микросхем, световодов, лазерных и оптических гироскопов, очковых линз, фотодисков, иллюминаторов, оптических деталей, стеклофурнитуры и зеркал.

Эффективность применения алмазного сверления сдерживается из-за отсутствия научнообоснованных рекомендаций по выбору режимов и условий обработки, низкой износостойкости и кромкостойкости сверл, изготавливаемых традиционными методами порошковой металлургии. Опыт эксплуатации инструментов показывает, что исключительные возможности алмазов новых марок, определяемые его уникальными физико-механическими свойствами, используются крайне мало, так как большая часть алмазных зерен выпадает из связки, не достигая значительного износа.

В теоретических исследованиях алмазного сверления хрупких неметаллических материалов не раскрыты особенности и условия реализации процесса, а имеющиеся немногочисленные экспериментальные исследования не определяют его общие закономерности. Промышленность не выпускала специального инструмента и станков для алмазного сверления отверстий диаметром 0,8-5 мм в подложках микросхем.

Поэтому повышение эффективности операции алмазного сверления на основе раскрытия сущности механизма диспергирования (разрушения) поверхности детали и изнашивания алмазного инструмента, установления связи между характеристиками сверл и технологическими условиями обработки с одной стороны и производительностью процесса, качеством детали и износостойкостью инструмента с другой, является актуальной задачей. Получение математической модели алмазного сверления, оптимизация процесса, создание специальных конструкций инструмента, технологии его изготовления и станков с адаптивным управлением позволяют повысить эффективность обработки отверстий в деталях из хрупких неметалдипеоцх мате^^^^^д |

Цель работы. Повышение производительности процесса алмазного сверления, износостойкости алмазных сверл и расширение технологических возможностей обработки отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов. Научная новизна работы заключается:

- в выявленных условиях диспергирования поверхности хрупких неметаллических материалов и связки инструмента в зависимости от силы резания процесса алмазного сверления;:

- в регрессионной математической модели процесса алмазного сверления,

определяющей взаимосвязи сил резания, качества обработки поверхности,. износостойкости сверл от характеристик алмазного»инструмента (марки, зернистости и концентрации алмазного порошка, связки), режимов обработки, условий охлаждения и механических свойств хрупких неметаллических материалов для отверстий двух диапазонов диаметров от 0,8 мм до 5 мм и от 6 мм до 70 мм;

- в аналитических математических моделях диспергируемого объема материала и давления жидкости, вымывающей диспергируемый шлам и изнашивающей взвесью шлама связку;

- в математической модели температурных полей и напряжений в алмазном

зерне и обрабатываемом хрупком материале;

- в технологии изготовления алмазного инструмента для сверления отвер-

стий диаметром 0,8-1000 мм и обосновании оптимальных режимов обработки отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов;

- в определении необходимых условий адаптивного управления процессом

алмазного сверления, заключающихся в нахождении оптимальной точки режимов обработки на границах допустимой области; определяемой системой функциональных ограничений.

Практическая значимость работы заключается:

• в повышении производительности алмазного сверления за счет разработанных рекомендаций по выбору оптимальных конструкций и характеристик алмазных сверл, режимов обработки, условий охлаждения, технологических схем и наладок процесса сверления деталей из хрупких неметаллических материалов, разработки отраслевого стандарта ОСТ 107.750708.001-90

• в расширении технологических возможностей процесса путем создания оригинальных конструкций алмазного инструмента:

- подковообразных сверл диаметром 0,8-5 мм, позволяющих исключить ус-

ловия контакта с минимальной скоростью и заклинивание керна;

- кольцевых тонкостенных сверл диаметром 4,0-70 мм с шириной режущей

кромки 0,6-1,0 мм, обеспечивающих повышение производительности обработки в 1,4 раза;

- регулируемых сверл-зенкеров, одновременно обрабатывающих отверстия

разной длины и фаску;

- регулируемых сверл для обработки точных отверстий по 8-9 квалитету;

- универсальных сверл с унифицированными режущими элементами эл-липсообразной формы, базирующимися на плоских и криволинейных планшайбах, для формообразования отверстий диаметрами от 70 мм до 1000 мм и более;

• в повышении износостойкости алмазных сверл и инструмента «МонА-лит», изготавливаемых по разработанной технологии методом вакуумной пропитки, обеспечивающей адгезионные связи между матрицей и алмазными зернами при их высокой концентрации;

• в повышении производительности алмазного сверления отверстий в подложках микросхем от внедрения созданного станка с ЧПУ мод. УРСА-6 с адаптивной системой управления.

Реализация работы. Организовано серийное изготовление специальных станков для алмазного сверления мод. УАС-6 с гравитационной подачей и мод. УРСА-6 с адаптивным управлением на заводе «Точрадиомаш» (г. Майкоп). Изготовленные станки внедрены на 31 предприятии России и стран СНГ. Станки были отмечены золотыми медалями на международных выставках-ярмарках в г. Лейпциг (Германия) и г. Брно (Чехословакия) в 1986 и 1988 г.

Организовано серийное изготовление инструмента «МонАлит» для алмазного сверления (подковообразных, кольцевых и универсальных сверл для обработки отверстий диаметром 1-1000 мм, зенкеров и регулируемых сверл-зенкеров).

Всего к настоящему времени изготовлено 40000 единиц инструмента, которые используются более чем на 50 предприятиях России и стран СНГ, в том числе на: ЗАО «Мосавтостекло» (г. Москва), НПО «Ленинец» (г. С.-Петербург), ЗАО «Московский зеркальный комбинат» (г. Москва), ОАО «Гласком» (г. Москва), ЗАО «Инрус» (г. Дубна), ООО «Стеклофорум» (г. Н. Новгород), ЗАО «Борское стекло» (г. С.-Петербург), ОАО «Хрустальный завод» (г. Гусь Хрустальный), ЗАО «Сибирская стекольная компания» (г. Новосибирск), ЗАО «Са-лаватстекло» (г. Салават).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции европейских стран-членов СЭВ и СФРЮ (г. Киев, 1974г.), ежегодных всесоюзных научных сессиях НТОРЭиС им. Попова (г. Москва, 1982-1991г.г.), всесоюзной конференции «Оптимшлифабразив-81» (г. Ленинград, 1981г.), всесоюзной научно-технической конференции «Шлифование-86» (г. Ереван, 1986г.), семинаре МДНТП (г. Москва, 1990г.), VIII международной конференции «^ещгМ^» (г. Ленинград, 1991г.), VIII международной конференции «Проблемы машиностроения и технологии металлов на рубеже веков» (г. Пенза, 2003г.), VII международной конференции «Шлифование-2003» (г. Волжский, 2003г.), на международном семинаре в рамках выставки «Стеклоэкспо» (г. С.-Петербург, 2003 г.), а также на научных семинарах кафедры «Технологическая информатика и технология машиностроения» МГАПИ (г. Москва).

За разработку и внедрение высокопроизводительных технологий, инструмента и оборудование для алмазного сверления и резки изделий микроэлектроники в 1991 г. была присуждена премия Совета министров СССР.

Диссертация заслушана и одобрена на заседании кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» Московского государственного технологического университета «СТАНКИН» с привлечением специалистов других кафедр.

По материалам диссертационной работы опубликовано 56 печатных работ, в том числе одна монография, получено 15 патентов и авторских свидетельств.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из основной части, содержащей введение, пять глав, выводы, список литературы (171 наименование) и приложений. Основная часть работы изложена на 373 страницах машинописного текста и включает 135 рисунков и 56 таблиц. Приложения представлены на 75 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ состояния проблемы повышения эффективности алмазного сверления хрупких материалов. Рассмотрены область применения алмазного сверления, особенности алмазного сверления отверстий различной глубины и диаметров.

Исследованиям механики разрушения хрупких неметаллических материалов посвятили свои труды ученые В.Д. Кузнецов, А.В. Шубников, Н.Н. Качалов, М.Н. Семибратов, А.Л. Ардамацкий, В.И. Карбань, А.А. Сухобрус, Д.Б. Ваксер, А. Гриффите, Ж. Ирвин, Б. Лоуэн, А. Эванс.

Было установлено, что при механической обработке твердых неметаллических материалов преобладает процесс хрупкого разрушения, в основе которого лежит механизм образования трещин. Поэтому, при обработке подобных материалов применяются методы шлифования, к которым относится процесс алмазного сверления.

Большой вклад в создание теоретических основ шлифования, в том числе с адаптивным управлением, внесли ученые: Е.Н. Маслов, Л.А. Глейзер, В.Г. Митрофанов, Ю.М. Соломенцев, Д.Г. Евсеев, А.Ю. Албагачиев, В.К. Старков, Г.И. Саютин, С.Н. Корчак, А.И. Марков, А.В. Якимов, В.А. Гречишников, В.В. Журавлев, С.А. Попов, Г.В. Бокучава, Л.В. Худобин. Основные положения теории шлифования сформулировал Е.Н. Маслов. Л.А. Глейзер внес существенный вклад в исследование шлифования, по-новому осветив ряд положений теории и практики. Большинство исследований касались изучения процессов шлифования металлов и сплавов.

Непосредственно изучением процесса алмазного сверления хрупких материалов занимались Л.В. Бойцова, Е.И. Ивкин, В.Р. Кангун, А.И. Романов, А.Н. Колев, И.С. Ногин.

Отдельные разделы главы посвящены обзору существующих конструкций алмазного инструмента и оборудования для алмазного сверления. Определены основные тенденции развития и достижения в этих областях, а также недостатки существующих конструкций инструмента и технологии его производства.

Алмазное сверление идентично процессу шлифования торцом круга на врезание. В отличие от сверл для обработки металлов, имеющих винтовые канавки для вывода стружки, алмазное сверло - тонкостенное кольцо, корпус которого имеет поднутрения. Поэтому процесс реализуется в экстремальных условиях шлифования, основными из которых являются:

- режущая торцевая поверхность сверла находится в постоянном контакте

с обрабатываемым материалом;

- автоматическое удаление шлама из зоны резания, как это имеет место

при других видах шлифования (круглом и плоском) - отсутствует;

- затруднено охлаждение зоны резания;

- возможно застревание керна во внутренней полости сверла;

- сверление производится при обязательном охлаждении через внутреннюю полость сверла.

По результатам анализа были сделаны следующие выводы о состоянии исследований процесса алмазного сверления и практического опыта использования теоретических разработок при проектировании инструмента и оборудования:

- недостаточно изучена специфика явлений разрушения (диспергирования), происходящих в зоне резания при алмазном сверлении, и их влияние на качество получаемой поверхности деталей и износ алмазных сверл;

- имеются отдельные рекомендации по технологическим схемам и наладкам, применяемой оснастке и оборудованию, выбору конструкций алмазных сверл, их характеристик и режимов работы;

- отсутствует классификация конструкции алмазных сверл, не производятся инструменты для формообразования отверстий малых 0,8-1,5 мм и больших 500-1000 мм диаметров; выпускаемые методом порошковой металлургии кольцевые сверла диаметром 4-70 мм имеют ширину режущей кромки 1,2-2 мм;

- недостаточно изучен и обобщен механизм износа режущей поверхности алмазных сверл, обеспечивающий их работу в режиме самозатачивания;

- главной причиной низкой износостойкости и кромкостойкости алмазных сверл (в первую очередь малых диаметров 1-2 мм) является невысокая относительная концентрация и недостаточная прочность удержания алмазных зёрен в режущей части инструмента;

- существующие виды металлических связок для изготовления сверл не обеспечивают адгезии алмазных зерен в матрице сверла;

- не учтены при выборе характеристик сверл последние достижения в области создания высокопрочных синтетических алмазов марок АС50, АС80, АС 100 и выше;

- отсутствуют обобщенные математические модели алмазного сверления неметаллических материалов, полученные с учетом факторов, существенно влияющих на процесс;

- не проведена параметрическая оптимизация процесса алмазного сверления;

- не определены условия применения адаптивного управления процессом алмазного сверления;

- отечественная промышленность не выпускает станков с ЧПУ с адаптивным управлением для сверления отверстий диаметром 0,8-6 мм в подложках микросхем из керамики, поликора, ситаллов и стекла.

Таким образом, для повышения эффективности процесса алмазного сверления хрупких неметаллических материалов основной задачей исследований

является обоснование выбора оптимальных параметров процесса обработки и создания на их основе новых конструкций алмазного инструмента и оборудования с системой адаптивного управления процессом.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Исследование взаимосвязей между конструкциями и характеристиками алмазных сверл, технологическими условиями обработки, свойствами обрабатываемых материалов и выходными параметрами процесса алмазного сверления.

2. Моделирование процесса алмазного сверления с помощью комплекса аналитических и экспериментальных методов и его оптимизация.

3. Разработка оригинальных конструкций алмазного инструмента и оборудования для алмазного сверления отверстий в диапазоне диаметров 1-1000 мм, на основе созданных моделей процесса обработки.

4. Определение условий адаптивного управления процессом алмазного сверления и реализация системы автоматической стабилизации силы резания в новых конструкциях оборудования.

Вторая глава посвящена исследованию и выбору оптимальных параметров технологического процесса алмазного сверления. В рамках исследования было проведено аналитическое и экспериментальное моделирование процесса обработки, поставлена и решена задача параметрической оптимизации процесса.

Для определения структуры и взаимосвязей показателей и факторов процесса технологическая система алмазного сверления рассматривалась как управляемый ориентированный объект (рис. 1).

Рис. 1. Технологическая система алмазного сверления хрупких твердых неметаллических материалов

Условные обозначения, представленные на рис.' 1, имеют следующие значения:

ТС- технологическая система алмазного сверления.

Входные параметры (факторы): И-параметры режущего инструмента (сверла); Д-параметры обрабатываемой детали; Т-технологические параметры процесса сверления; Р - режимы обработки;

К- конструктивные параметры обрабатываемых отверстий.

Выходные параметры: П- линейная производительность, мм/мин; Ру - осевая сила резания, Н;

If - амплитуда акустических колебаний - параметр акустической эмиссии, В; Ra - шероховатость обработанной поверхности, мкм; 8- толщина дефектного слоя (трещиноватый слой), мм; £ - средняя ширина сколов на входе в отверстие, мм; q - удельный расход алмазов, мг/см; t - температура в зоне обработки, °С; / - стойкость между правками, мм.

К первой группе факторов, влияющих на процесс сверления, относятся параметры режущего инструмента. Опишем их кортежем следующего вида:

(1)

где Тс - тип связки; Тап - тип (марка) алмазного порошка; 3 - зернистость алмазного порошка, мкм; С - относительная концентрация алмазов, %; Тсв -типсверла;

#ас - высота алмазоносного слоя, мм;

Sac - площадь режущей поверхности алмазоносного слоя, мм2.

Т с-(яв.«т£>. (2)

где Ha - твердость связки на безалмазном образце, НВ; °сж ~ предел прочности связки на сжатие, МПа.

где о^ - предел прочности алмазного порошка на сжатие, МПа; °сжотж ~ предел прочности алмазного порошка на сжатие после отжига, МПа; 6/Яота - отношение потери массы зерна после отжига к исходной массе, %; Рс - статическая прочность алмазного порошка на сжатие (ГОСТ 9206-80), Н. Тсв =(rb,tb), (4)

где гЪ - радиальное биение режущей части, мм; ib - торцевое биение режущей части, мм.

Второй группой параметров, оказывающих влияние на процесс алмазного сверления, являются параметры обрабатываемой детали. Опишем параметры детали;

Д"(н,ар), (5)

где Н— микротвердость материала детали, кгс/мм ;

ар - предел прочности материала детали при разрушении, МПа.

К третьей группе относятся технологические параметры, связанные в основном с режимами охлаждения зоны резания и выводом продуктов сверления:

т = (всож. бсож > рсож). (6)

где .ВсОЖ - вид смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ); бсож - расход СОЖ, л/мин; Рсож -давление СОЖ,МПа.

К четвертой группе относятся параметры, определяющие режимы обработки. Для алмазного сверления это скорость резания и подача:

Р = (7)

где V — скорость резания, м/с; 5 - подача, мм/мин.

Конструктивные параметры обрабатываемых отверстий опишем кортежем следующего вида:

К={р,иЩ, (8)

где В — диаметр отверстия, мм;

/ — глубина сверления, мм;

АО - допуск на диаметр отверстия, мм.

Областью определения будущей модели примем алмазное сверление отверстий диаметром от 1 до 70 мм, глубиной К5В.

Наиболее массовыми областями применения алмазного сверления являются обработка отверстий в подложках микросхем, стеклофурнитуре и зеркалах.

Основными допущениями, при моделировании являются: рассматриваются только металлические связки; характеристики материала учитываются с помощью интегральных показателей, без учета параметров отдельных фаз; не учитывается схема сверления (одностороннее или двустороннее).

Для получения математической модели процесса алмазного сверления проведено аналитическое исследование работы единичного зерна и группы алмазных зерен. Моделирование проводилось для установления связей между факторами и параметрами процесса, определения ограничений основных параметров и диапазонов варьирования факторов.

Очевидным является то, что сила резания, возникающая в зоне контакта алмазного зерна с обрабатываемым материалом, создает напряжения в материале, зерне и связке.

При создании модели процесса в качестве условий использовали следующие положения:

- величины напряжений диспергирования (резания), создаваемые единичным алмазным зерном в обрабатываемом материале, должны быть больше его предела прочности при хрупком разрушении;

- величины напряжений, создаваемые единичным алмазным зерном в связке, должны быть ниже предела прочности связки на сжатие;

- величина фактической силы резания, действующей на алмазное зерно, должна быть меньше статической прочности зерна по ГОСТ 2609-80;

- давление СОЖ, подводимой во внутреннюю полость сверла, должно быть достаточным для удаления через кольцевой зазор зоны резания диспергируемого шлама и абразивного изнашивания связки.

Так как для осуществления процесса алмазного сверления необходимо вымывание диспергируемого шлама из зоны обработки, был проведен расчет его объема.

Исследования показали, что процесс разрушения хрупких материалов тесно связан с механизмом трещинообразования.

При микроразрушении образуются четыре основных типа трещин: радиальные Сц, медианные См, боковые Сх и конические Ск (рис. 2). Скалывание материала происходит в основном из-за образования боковых трещин. Микрофотография боковой трещины представлена на рис. 3.

Рис. 2. Трещины, определяющие размер скалывания

Рис. 3. Микрофотография боковой трещины (увеличение 960х)

Мерой трещиностойкости является критический коэффициент интенсивности напряжений кс, который пропорционален критическому напряжению, при котором происходит образование трещины длиной С):

кс = ас^я-Сь, (9)

где ас - критическое напряжение образования трещины.

В результате моделирования объем диспергируемого материала за один оборот сверла был определен как:

(10)

где

Р„ - осевая сила резания; п^

количество режущих зерен; /?рВ - радиус

)3

'У

сверла.

Образуемый в процессе сверления определенный объем диспергированного материала должен быть удален из зоны резания. Очевидно, что весь шлам не должен сразу удаляться из зоны резания, так как в этом случае не будет происходить абразивный износ связки и режим самозатачивания инструмента.

Оптимальным будет такое давление СОЖ (рис. 4), при котором из зоны резания за один оборот будет удаляться не весь объем диспергированного материала

, а только его часть - . В результате давление СОЖ было определено, как

_ -<М(ДСв +2А + гЬ)2-Р1) 4 • Ггг • • (А+

Рсож— -"р V-(П)

[ КС ысв

где к - коэффициент, зависящий от вида СОЖ;

- общая площадь контакта связки и диспергированного материала. По расчетным данным, проверенным экспериментально, диапазон давления жидкости в зависимости от диаметра обрабатываемого отверстия составляет 0,1-*-1,5МПа.

При алмазном сверлении обрабатываемая поверхность и инструмент нагреваются. В процессе исследований была поставлена и решена задача учета нестационарного распределения тепловых потоков.

Решение задачи теплообразования и теплопроводности было сведено к решению дифференциального уравнения теплопроводности для линейного теплового потока <Э0 д20

(12)

- = ад* дг

где - температура, а

тикальная координата.

С начальным условием:

0 = 0 при ¡=0

и граничными условиями:

температуропроводность, / - текущее время, 7 - вер-

(13)

_еЬ_^

„_йа_

Рис. 4. Основные геометрические параметры, влияющие надавление СОЖ

где Р, V, - соответственно максимальная сила и скорость резания, Д/ - время генерирования тепла, X - теплопроводность материала детали, А - площадь контакта, а- коэффициент распределения тепловых потоков.

0 = 0 при 2 = СО (15)

После решения уравнения (12) методом интегрального преобразования Лапласа была получена зависимость для определения температуры в любой момент времени как в зоне резания, так и на некотором расстоянии от нее:

По формуле (16) были проведены расчеты средней температуры и распределения мгновенной температуры в алмазном зерне и обрабатываемом материале. Расчеты показывают, что температуры не достигают точки плавления материала и температуры графитизации алмаза. Глубина сколов на алмазных зернах засчет температурных напряжений может достигать 10 мкм.

Установлено, что режим работы сверла с самозатачиванием возможен в том случае, если частицы диспергированного материала будут равномерно изнашивать связку и новые алмазные зерна будут обнажаться в нужное время и постепенно разрушаться под действием силы резания и температурных деформаций. Это позволяет предположить, что производительность алмазного сверления хрупких неметаллических материалов имеет экстремум, который и соответствует наиболее благоприятному протеканию процесса диспергирования -самозатачивания. Поэтому для определения наиболее целесообразных с точки зрения производительности, износостойкости и качества факторов процесса обработки потребовалось поставить и решить задачу оптимизации.

Для определения функциональных зависимостей, используемых при решении задачи оптимизации, было проведено масштабное экспериментальное моделирование методами планирования экспериментов.

Опыты были разделены по двум конструктивным группам: сверление отверстий диаметром от 1 до 6 мм (малые диаметры) и от 6 до 70 мм (большие диаметры).

Первоначально были проведены серии отсеивающих экспериментов для определения наиболее существенных факторов процесса. Использовался рандомизированный план экспериментов. Для получения плана исследуемые факторы (табл. 1) были разделены на две группы, и для каждой из них была использована полуреплика от полнофакторного эксперимента типа 2 .

Для сверления отверстий больших диаметров (6-70 мм) использовался вертикально-фрезерный станок модели «Makmo» (Япония), имеющий диапазон оборотов вращения шпинделя от 400 до 4000 об/мин. С целью получения стабильных условий сверления на станке был смонтирован привод, обеспечивающий вертикальную подачу в диапазоне 10-34 мм/мин.

Таблица 1

Перечень параметров и факторов для планирования экспериментов и их кодированные обозначения

Параметры экспе рнментов Факторы экспериментов

Наименование, ед. изм. Кодированное обозначение Наименование, ед. изм. Кодированное обозначение

Ру - осевое усилие резания, Н У\ V - скорость резания, м/с

- шероховатость обработанной поверхности, мкм Уг 5 - подача, мм/мин х2

£ - средняя ширина сколов на входе в отверстие, мм Уз 3 - зернистость алмазного порошка, мкм

q - удельный расход алмазов, мг/см У4 С - относительная концентрация алмазов, % х4

1—стойкость между правками, мм. Уз Рс - статическая прочность алмазного порошка на сжатие, Н *5

св <тсж - предел прочности связки на сжатие, МПа *6

Я - микротвердость материала детали, кгс/мм2

вСОЖ -видСОЖ *8

.РСОЖ - давление СОЖ, МПа х9

^СОЖ - Расход сож, л/мин *Ю

Сверление отверстий малых диаметров (1-6 мм) проводилось на специальном стенде для алмазного сверления. Частота вращения шпинделя стенда изменяется в диапазоне от 20000 до 72000 об/мин. Диапазон подач составляет 110 мм/мин.

Для сверления отверстий диаметром 6-70 мм использовались кольцевые сверла, для диаметров 1-6 мм - подковообразные. Конструкции сверл больших диаметров предусматривали внутреннюю подачу СОЖ, для чего в шпинделе станка был смонтирован специальный патрон.

По результатам отсеивающих экспериментов для каждого из 5 параметров были построены диаграммы рассеяния и по т] -правилу (метод основанный на построении диаграмм рассеяния) выделены значимые факторы процесса алмазного сверления.

В результате для проведения дальнейшего моделирования были использованы следующие зависимости:

Ру =/(8,3,с,рс,н); К =Ж5,3,С,Я);

4=/С?»з, с, н, Осож);

1=Аглрс,н.асож).

(17)

Для математического описания зависимостей (17) был выбран полином второго порядка:

У — + В^^ + В^х^ + В3Х} + В^х^ + + В^ХуХ2 + Впх{ху + В^х^х^ + В15х1х} + + ВггХ2Хъ +2?24х2 *4 +^23ДГ2Х5 + ^34*3*4 +^35Х3ДГ5 + +ВпХ* + В21х\ +

(18)

где Ву — коэффициенты модели; .X/ - факторы процесса.

Выбор нелинейного приближения был обоснован результатами проведенного ранее моделирования алмазного сверления. В качестве экспериментального плана был выбран ортогональный композиционный план второго порядка, в основу которого положен план типа 25.

В табл. 2 приведен пример выбранных интервалов варьирования на основании аналитического моделирования и результатов отсеивающих экспериментов для больших диаметров.

Таблица 2

Интервалы варьирования факторов при сверлении отверстий

Факторы V, А 3, С, Рс> _св исж • н, РСОЖ'

Х1 х2 х3 х4 х5 х6 х7 х8 х9

Основной уровень 2 20 180 (200/160) 125 56 (АС65) 130 (ОПМ) 1000 (СТМ-1) од 5

Факторы У, 3, С, _св °сж ■ Я, РСОЖ' Осож'

Х1 н х3 х4 х5 х6 х7 х8 х9

Интервал варьирова- 1 10 100 75 30 75 500 ОД 3

ния

Верхний уровень 3 30 280 (315/250) 200 86 (АС 100) 205 (М) 1500 (ЦМ332) 0,3 8

Нижний уровень 1 10 80 (100/80) 50 26 (АС20) 55 (М2-01) 500 (стекло листовое) 0,1 2

В силу ортогональности плана все коэффициенты регрессии определялись независимо друг от друга по с^ормулам:^

где Ид - число опытов в центре плана; и - номер параллельного опыта; 1ои, У} - значение исследуемого параметра в и-м и ]-ы опыте; } - номер опыта; i -номер фактора; Ху - ; -й фактор в } -м опыте.

Стандартный статистический анализ полученных уравнений регрессии (критерии Кохрена, Стьюдента и Фишера) показал, что выборочные дисперсии однородны, коэффициенты модели значимы, а сама модель адекватна экспериментальным данным. Она представляет собой систему из десяти уравнений для двух групп диаметров. Пример одного уравнения для определения осевого усилия Ру для диаметров 6-70 мм приведен ниже:

Ру = 22,671 -9,271-10"3 ■ 5 + 9,69 -10"4- 52-3,183 • 10"2 • 5+1,62-10"5.32 -

- 2,806 • 1 О*2 • С+1,77 • 10"4 • С2-0.423 • Рс +2,97-Ю"3 -Рс2 -3,992-Ю"3-Я +

+7,856-10"6 -Я2 + 6,8-Ю*5 •5'5+5,98-10*5'5-С+2,73-10*5 •8-Рс + (20)

+5,485-10-4-5-Я-2/0М0"5-5-С+2,45-10"5-3-Рс+9,24-10'7-З.Я+

При проведении параметрической оптимизации процесса алмазного сверления в качестве критерия оптимальности обработки выбрана производительность сверления при допустимых качестве получаемых отверстий и износостойкости инструмента. Под производительностью алмазного сверления Я будем понимать линейную производительность (по глубине сверления) и измерять ее в мм/мин (5).

Введем два обозначения параметров, от которых напрямую будет зависеть критерий оптимальности:

II - 8 ,В случае обычной механической подачи (21)

в случае гравитационной подачи (22)

Выделим отдельно вектор факторы процесса алмазного сверления, варьируя которые, мы можем получать различные значения производительности П:

X = (з,С,Рс,о-«,есож),где X = (хьх2...*5)„ (23)

Показатели качества процесса, которые будут задаваться в виде функциональных ограничений, запишем в виде:

1 = (ру,11а,$,д,1). (24)

Заданными конструктивными параметрами будем считать материал детали и диаметр получаемого отверстия:

* = <#,£>}. (25)

Регулируемые параметры, которые можно использовать для адаптационной оптимизации обозначим как:

А = (Ру,Б}, (26)

причем будем иметь в виду, что эти параметры используются раздельно в случаях гравитационной подачи и стабилизации силы резания.

Таким образом, общая постановка задачи оптимизации будет записана следующим образом:

П ->тах, (27)

Лпш^/^^тах

где - контролируемый параметр, а - ограничения контролируе-

мых параметров.

Укажем максимальные/минимальные числовые значения ограничений:

(28)

Данные значения показателей являются усредненными и могут изменяться в зависимости от требований конкретных производств ^, I) и технических условий на обрабатываемые детали

Позиционное ограничение по значению осевой силы резания представлено в виде:

где (7р - предел прочности хрупкого разрушения материала; Рк - площадь контакта между зернами и материалом; - площадь заделки зерна в связке; °сж " пРеДел прочности связки; Рс - статическая прочность алмазных зерен по ГОСТ 9206-80; пЦ, - количество рабочих зерен.

По полученным функциональным зависимостям в соответствии с (21), (22) и (28), (29) в трехмерном пространстве были построены наборы поверхностей, определяющие взаимное влияние показателей процесса. Они представляют собой трехмерные проекции 6-ти мерных поверхностей факторного пространства модели. На рис. 5 приведен пример набора поверхностей осевой силы резания Ру в зависимости от подачи 5. На рисунке по оси У откладывается Ру, а по

осям X-/ соответственно: 1) 5 — С; 2) S — Н',3) 8 — Рс',4) 5-3.

После выполнения построения проекций наборов поверхностей на плоскости в соответствующих системах координат был проведен графический анализ взаимного влияния параметров процесса обработки и получены границы области значений параметров, близких к оптимальным. Именно в этой области и были проведены дальнейшие расчеты с использованием разработанного специального программного обеспечения. Пример двумерных графиков приведен на рис. 6.

Рис. 5. Графическое представление влияния факторов на осевое усилие резания Ру

о

7,5 15 22,5

30 з,

3=140 3=120

мм/мин

100 200 300 400

Н=500

Н=600 Н=700

500

600

Н=800

700

Н=900 С=110 С=100 С=90

Рис. 6. Проекции поверхностей Ру($)

Физический смысл построенных поверхностей и их графиков состоит в описании взаимного влияния показателей процесса алмазного сверления. Кроме их использования для решения задачи оптимизации, они могут применяться для практических инженерных расчетов.

На рис. 7 приведены экспериментальные зависимости осевого усилия Ру

от подачи Из рисунка видно, что они хорошо согласуются с расчетными данными. Как видно из графиков, отношение Б1Ру есть величина постоянная. Поэтому в качестве критерия работоспособности алмазных сверл, для исследования факторов процесса обработки, был введен коэффициент режущей способности (удельная интенсивность сверления):

Учитывая, что количество независимых переменных достаточно велико, для решения задачи оптимизации использовался метод последовательного отражения (поиск оптимума при помощи шестимерного симплекса).

Построенные поверхности позволили заранее определить начальную область построения и движения симплекса, что существенно упростило дальнейшие расчеты.

После проведения расчетов с использованием ЭВМ по вышеуказанным моделям были получены оптимальные значения характеристик инструмента и режимов обработки (табл. 3).

Данные в табл. 3 приведены для подковообразных и кольцевых сверл. При указанных характеристиках и режимах обработки, расчетная сила резания

составит: для Б=3 мм при сверлении ситалла и кварца соответственно 53 Н и 67 Н; для Б=26 мм при сверлении стекла и керамики соответственно 140 Н и 253 Н.

(30)

Рис. 7. Зависимость осевого усилия от подачи при алмазном сверлении различных материалов: / - керамика ЦМ-332; 2 - керамика 22ХС; 3 - кварц; 4 - техническое стекло; .Т-ситалл СТ-32; б-ситалл СТ-38; 7-феррит 1000НН

Таблица 3

Результаты расчетов по математическим моделям

Наименование параметров Значения параметров

Диаметр отверстий 1-5 мм 6-70 мм

Обрабатываемый материал Ситалл Кварц Стекло Керамика

Скорость резания V, м/с 5 5 3 3

Подача Я, мм/мин 5 5 29 8

Зернистость алмазов 3, мкм 100/80 125/100 160/125 200/160

Концентрация алмазов С, % 250 250 210 210

Марка алмазов АС32 АС65 АС50 АС80

Тип связки М М М М

Расход СОЖ 0сож. л/мин 8 8 6 6

Сопоставление найденных значений с экспериментальными данными показало хорошую адекватность полученных результатов. Так, например, значение осевого усилия резания Ру (как основного параметра, используемого в системах адаптивного управления процессом алмазного сверления) в ходе проверочных экспериментов составило: для Б=3 мм при сверлении ситалла СТМ-1 и кварца соответственно 50 Н и 70 Н; для Б=26 мм при сверлении листового стекла и керамики ЦМ-332 соответственно 130 Н и 250 Н. Средняя ошибка по результатам указанных экспериментов составила 5,5%.

Использование результатов моделирования в виде специализированного программного обеспечения по расчету режимов резания для различных комбинаций вариантов исходных данных при неизменном качестве позволяет повысить экономическую эффективность алмазного сверления за счет повышения производительности в 1,4 раза при сокращении количества правок и аварийного разрушения инструмента.

В третьей главе изложены результаты разработки новых конструкций алмазных сверл, приведены результаты исследований технологических особенностей алмазного сверления, а также рассмотрены вопросы выбора характеристик режущей части алмазных сверл.

Конструкции алмазных сверл (рис. 8) можно разделить на два вида: специальные, предназначенные для образования отверстий определенного диаметра, и универсальные - с изменяющимся номинальным размером. В свою очередь, специальные сверла в зависимости от формы режущей поверхности подразделяют на полые и стержневые.

Рис. 9. Новые конструкции алмазных сверл

Разработаны и внедрены в промышленное производство следующие новые конструкции инструмента (рис. 9):

- подковообразные сверла диаметром 1-5 мм;

- тонкостенные (с шириной режущей кромки 0,6-0,8 мм) кольцевые сверла;

- регулируемые сверла для обработки прецизионных отверстий;

- универсальные сверла для обработки больших диаметров (300-5000 мм);

- алмазные сверла для обработки глухих и эллипсоидных отверстий большого диаметра;

- зенкеры, регулируемые сверла-зенкеры.

Для условий контакта с нулевой скоростью и исключения застревания керна при алмазном сверлении отверстий малых диаметров (0,8-3 мм) автором разработаны две оригинальные конструкции подковообразных сверл, работающих с наружным и внутренним охлаждением (рис. 10).

а) б)

Рис. 10. Оригинальное подковообразное сверло с внутренним подводом СОЖ: а) общий вид; б) схема сверления 1 - режущая поверхность; 2 - корпус сверла; 3 - профиль режущей поверхности; 4 - керн

Наиболее распространенной конструкцией алмазного инструмента для обработки отверстий является кольцевое сверло.

На рис. На приведены основные параметры режущей части сверла: к -высота алмазоносного слоя (мм); Ь - ширина алмазоносного слоя (мм); /я -наружное поднутрение (расстояние от наружной цилиндрической поверхности до корпуса) (мм); 1ВН - внутреннее поднутрение (расстояние от внутренней цилиндрической поверхности до корпуса) (мм).

Экспериментально установлено, что в процессе резания происходит износ алмазоносного слоя как по торцевой, так и по цилиндрической поверхности. Относительное уменьшение величины радиального износа инструментов на связке «МонАлит» на 40% и лучшая адгезия алмазоносного кольца к корпусу, позволили уменьшить ширину режущей кромки наиболее широко применяемых сверл диаметром 6-50 мм до 0,6-0,8 мм. Испытания тонкостенных сверл диаметром 26 мм (алмазы АС50, зернистость 160/125, концентрация 210%) с шириной режущей кромки 0,8 мм показали увеличение производительности в 1,5 раза с одновременным снижением удельного расхода алмазов на 20%, по сравнению с традиционными конструкциями.

Показано, что период приработки нового сверла заканчивается на этапе полного вскрытия алмазных зерен и округления кромок режущей части. С целью снижения времени приработки сверла, возможного исключения предварительной правки и повышения производительности обработки были проведены сравнительные испытания сверл с углом в осевом сечении на торцевой режущей поверхности, равным 90° (рис. 11 б). Результаты испытаний показали, что производительность обработки сверлом с углом 90°, по сравнению со сверлом с плоским торцом, увеличивается в 1,3 раза и составляет 37 ^ т™™ ™тте ре.

/>=130 Н и коэффициенте режущей способности /Т=0,28

мм

(для

У "" ~7 мин-Н

сверл из алмазов АС50 концентрации 210 %, зернистостью 160/125). Одновременно было установлено, что сверло практически не требует предварительной правки и после 4-5 отверстий выходит на установившийся режим работы.

Технология изготовления инструментов «МонАлит» (М) позволяет изготавливать сверла высотой 5-15 мм и более, равнопрочные по всей высоте с шириной режущих кромок 0,6-1,0 мм, в зависимости от диаметра. Метод сварки (пропитки) в вакууме обеспечивает надежное соединение алмазоносного кольца с корпусом и точность изготовления сверл по 9-10 квалитету.

Получение прецизионных отверстий по 8-9 квалитету точности требует введения финишных операций или применения специальных конструкций алмазных сверл, обеспечивающих точную регулировку размеров режущей части инструмента.

Для сверл малых диаметров возможность регулирования размера появляется при замене сплошного алмазоносного кольцевого слоя отдельными режущими элементами. Плавное регулирование выполняют с помощью упругих элементов конструкции.

Для сверл больших диаметров разработано сверло, обеспечивающее тонкое механическое регулирование диаметра и обработку отверстий по 8-9 квалитету.

Разработана конструкция универсального сверла, состоящая из унифицированных режущих элементов, имеющих в поперечном сечении форму овалов, которые монтируются в радиальных пазах планшайбы. Тремя комплектами таких сверл может быть обработано отверстие 20-360 мм. Широко универсально алмазное сверло, оснащенное унифицированными режущими элементами, имеющее сферическую планшайбу. Диапазон диаметров отверстий, обрабатываемых таким сверлом, составляет от 50 мм до 5 м и более.

Для одновременного формообразования отверстий с фасками разработаны и серийно выпускаются регулируемые сверла-зенкера. Осевая регулировка положения зенкера относительно торца сверла позволяет обрабатывать одним инструментом детали разной толщины с компенсацией износа сверла.

Созданы алмазные сверла для формообразования отверстий эллиптической формы с механизмом регулирования величины малой и большой полуоси эллипса.

Общий диапазон размеров отверстий, обрабатываемых с помощью инструментов «МонАлит» разработанных конструкций, составляет 0,8-1000 мм и более.

Эффективность применения алмазных сверл разных конструкций зависит, прежде всего, от правильного выбора характеристики режущей части. В понятие характеристики режущей части входит: тип связки, марка алмазного порошка, его зернистость и концентрация.

Для получения максимальной производительности и стойкости целесообразно использовать связку типа М («МонАлит»). Этот выбор обоснован результатами математического моделирования и проведенными экспериментами.

На рис. 12 представлены основные особенности и возможности металлических связок, широко применяемых для изготовления алмазных сверл. Износостойкость инструмента в погонных метрах установлена статистически по производственным данным для сверл 06 мм, зернистостью алмаза 160/125. Сверла на гальванической связке имеют 1 слой алмазов. Расчет количества слоев алмазов для связок М2-01 и М произведен для высоты алмазосодержащего кольца, равной 6 мм.

Сверла на традиционной связке М2-01 производятся методом порошковой металургии. Причинами низкой износостойкости и кромкостойкости этих сверл является механический контакт алмазных зерен со связкой, недостаточная сила их удержания в матрице (возможность погружения и вырыва зерен) и относительно невысокая (100%) допустимая концентрация алмазных зерен.

Алмазные сверла на разработанной связке «МонАлит» изготовляются методом пропитки в ваккуме в неметаллических прессформах. Сущность метода заключается в соединении металлизированных алмазных зерен расплавом связки. Металлизация алмазных зерен осуществляется методом карбонилирования молибденом, путем разложения паров гексакарбонила молибдена. Пресссформа с засыпанным алмазным порошком и связкой помещается в вукуумную печь, где при температуре свыше 1000°С происходит диффузионная сварка металлизированных алмазных зерен расплавом связки. Между зернами и связкой возникают превосходные адгезионные связи, повышается прочность, теплопроводность и термостойкость связки.

"МонАлит"

Рис. 12. Износостойкость сверл, изготовленных с применением различных типов связок

Экспериментально выявлена связь характера износа алмазных зерен с прочностью связки алмазного сверла. В частности для традиционной связки М2-01, имеющей ст^ й 800МПа, доминирующим является изнашивание вершин режущих зерен с последующим их вырывом. Для разработанной связки МонАлит, имеющей а^ ^ 1200МПа преобладающим является процесс постепенного микроскалывания алмазных зерен с образованием новых режущих кромок.

При обработке стекла (рис. 12) удельный расход алмазов для сверл на связке МонАлит (д=0,23мг/см) по сравнению со сверлами на связке М2-01 (д= =0,35мг/см) снижается в 1,5 раза. Общая глубина отверстий, полученных сверлами с относительной концентрацией алмазов 200%-250% на связке МонАлит увеличивается в 3 раза.

Данные о свойствах композиций на основе алмаза АС50, зернистостью 160/125 приведены в табл. 4.

Таблица 4

Фнзико-механическне свойства связок

Марка связки Модуль упругости Ек 104 МПа Предел прочности сгсж, МПа Твердость при 500°С по Брипе-лю,НВ Теплоемкость при 300°С, Дж/г'С Теплопроводность при ЗОО'С, Вт/см°С Температуропроводность при 300"С, см1ЛС

М2-01 13 850 1420 0,55 0,6 0,16

ОПМ' 17 1300 2360 0,57 0,86 0,20

М 18,5 1200 2420 0,54 0,9 0,21

ОПМ - связка разработана в ГТУ МАИ

Результаты проведенных исследований показали, что при использовании алмазов более прочных марок и металлизации зерен производительность сверления возрастает. Для более твердых материалов необходимо применять более прочные алмазные порошки.

Значительное влияние на режущую способность и стойкость сверл оказывает зернистость алмазного порошка. При сверлении образцов из кварца кольцевыми сверлами 012 мм из алмазов АС50, зернистостью от 200/160 до 400/315 наблюдается устойчивый рост коэффициента режущей способности А" от 0,11

д 0,17 ———с . 13, зависимость /). Это происходит за счет увеличения мин-Н

пространства между отдельными алмазными зернами, что способствует более благоприятному размещению шлама, подводу СОЖ и лучшей эвакуации шлама.

К, мм/(мин-Н)

2 < У 1

/ I

/ г

50/40 160/125 250/200 400/315

• 100/80 200/160 315/250

Зернистость

Рис. 13. Влияние зернистости алмазов на коэффициент режущей способности

Еще заметнее влияние зернистости на режущую способность сверл малого диаметра, работающих в более напряженном режиме. При сверлении ситалла подковообразными сверлами диаметром 3 мм из алмазов АС32, зернистостью от 50/40 до 250/200 коэффициент режущей способности возрастает от 0,1 до 0,25 мм/(мин-Н) (рис. 13, зависимость 2).

Эти же факторы, характеризующие условия работы алмазных зерен в сверле, объясняют более высокий удельный расход алмазов у сверл меньшей зернистости и возрастание осевой силы (рис. 14) при сверлении кварца кольцевыми сверлами 012 мм из алмазов АС50 100%-ной концентрации на связке М2-01 (Б=2,5 м/с, 8=17мм/мин). За счет увеличения дисперсии профиля рабочей поверхности у сверл из порошков алмазов большей зернистости появляется возможность съема большего объема материала каждым зерном в единицу времени и, следовательно, роста производительности.

В меньшей степени зернистость порошка оказывает влияние на шероховатость обработанной поверхности.

По результатам моделирования и на основании проведенных экспериментов были получены графики, отражающие влияние концентрации на производительность для сверл на связке М2-01 (рис. 15). При сверлении стекла, кварца

и ситалла (зависимости ^ 2, 3 соответственно) алмазными подковообразными сверлами диаметром 5 мм, зернистостью 160/125 на связке М2-01, за счет увеличения концентрации от 75 до 150% удалось повысить производительность сверления в 3-4 раза.

д, мг/см ■ 0,20

0,15

РУ.Н

0,10

0,05

200 150 100 50

I

Ру

250/200 400/315 200/160 315/250

Зернистость

Рис. 14. Влияние зернистости алмазов на удельный расход q и осевое усилие Ру

Рис. 15. Влияние концентрации алмазов на производительность сверления для сверл на связке М2-01 (1 - стекло; 2 - кварц; 3 - ситалл)

С увеличением относительной концентрации алмазов возрастает число режущих зерен на рабочем торце сверла, что повышает производительность. За 100% концентрацию принимают такое содержание алмазов, при котором они занимают 25% от общего объема рабочего слоя инструмента независимо от типа связки. Для сверл, изготавливаемых методом порошковой металлургии на связке М2-01 150% концентрация является предельной. Экспериментально ус-

тановлено, что при увеличении концентрации до 150% происходят катастрофический износ и разрушение сверла.

Таким образом, использовавшиеся ранее в промышленности способы изготовления сверл (порошковая металлургия) не позволяли изготавливать инструмент с высокими значениями концентрации без потери прочности сверла. Лишь с разработкой технологии «МонАлит» стало возможным изготовление в промышленных масштабах сверл с начальной концентрацией 320-350%, в зависимости от зернистости порошка.

В то же время на основании расчетных данных для кольцевых сверл мм было определено, что оптимальная концентрация для связки М составляет 200-250%. Поэтому с разработкой связки «МонАлит» появилась возможность провести экспериментальные исследования, подтверждающие теоретические выводы. На рис. 16 приведены микрофотографии сверл с концентрацией 210% и 350%. С целью проверки расчетных данных оптимальной концентрации сверл впервые были проведены сравнительные испытания сверл на связке М концентрацией 210%, 280% и 350%.

61-

Рис. 16. Микрофотографии режущей поверхности алмазных сверл (связка «МонАлит», увеличение 40х): а) 210% концентрации; б) 350% концентрации

Концентрация 350% является заведомо высокой (рис. 166), и не обеспечивает требуемого зазора для размещения диспергируемого шлама между режущей и обрабатываемой поверхностями в зоне резания. Проблема снижения концентрации была решена за счет разработки способа введения наполнителя -менее термостойкого алмазного порошка марки АС6. Сверла диаметром 26 мм концентрацией 210% и 280% изготавливали с введением в пресс-форму соответственно 40% и 20% алмаза АС6 зернистостью 160/125. Снижение концентрации происходит из-за аллотропии алмаза в углерод при температуре выше 1000°С, которая развивается в процессе изготовления и является критичной для низкотермостойкого алмаза АС6. В матрице инструмента появляются графитовые зерна, которые на поверхности выглядят как кратеры. В процессе обработки графит разрушается шламом под давлением СОЖ. Пластический графит за счет хорошей смазывающей способности активизирует удаление шлама из зоны резания и снижает коэффициент трения.

При испытаниях обрабатывают стекло, керамику и кварц. При снижении концентрации от 350% до 210% производительность повысилась (рис. 17) в среднем в 1,4 раза при уменьшении силы резания Ру в 1,3 раза с 130 Н до

100 Н. Коэффициент режущей способности увеличился с 0,17 мм/(мин-Н) до 0,26 мм/(мин-Н). Период стойкости в условиях ускоренных испытаний увеличился для сверл с 210% концентрацией до 76 отверстий, т.е. в 1,7 раза. Таким образом, оптимальной концентрацией алмазных сверл, изготовленных на связке М2-01, следует считать 100-125%, а на связке М - 210-250%.

мм/мин

35

5

200 250 300 350 с, %

Рис. 17. Влияние концентрации алмазов на производительность сверления для сверл на связке М (1 - стекло; 2 - кварц; 3 - ситалл)

В результате экспериментальных исследований был изучен механизм правки сверл и определено влияние составов и способа подводов СОЖ на производительность сверления.

Рекомендации по режимам правки алмазных сверл приведены в табл. 5.

Таблица 5

Рекомендуемые параметры правки

Зернистость алмазного сверла Зернистость правящего бруска Твердость правящего бруска Давление сверла при правке, МПа

80/63-100/80 8-10 Вулканитовый М-СМ 0,5+0,7

125/100-160/125 12-16

250/200-200/160 16-20

Наиболее эффективным является подвод смазочно-охлаждающей жидкости во внутреннюю полость сверла под давлением. Попадая таким способом в зону резания, жидкость вымывает через кольцевой зазор зоны резания диспергируемый шлам, изнашивает связку и обеспечивает самозатачивание сверла. Осуществить этот способ можно либо на специальном станке для алмазного сверления, имеющем полый шпиндель, либо на станке, оснащенным специальным патроном для подвода СОЖ в полость сверла.

В табл. 6 приведены значения осевого усилия и коэффициента режущей способности при сверлении отверстий диаметром 5 мм в кварце с применением различных видов СОЖ. Характеристика сверла: марка алмаза АС65, зернистость 125/100, концентрация 250%, связка «МонАлит»

Таблица 6

Изменение коэффициента режущей способности в зависимости от состава СОЖ при алмазном сверлении кварца

Составы СОЖ Подача S, мм/мин Осевое усилие резания Ру, Н Коэффициент режущей способности К, (мм/мин)'Н

Трансформаторное масло 7 Л 100 0,072

ЭМУС, 8 % 9,4 124 0,076

ЭМУС,30% 8,1 127 0,064

СДМУ-2,30% 8,4 100 0,084

НГЛ-205,30% 8,5 100 0,085

Было установлено, что изменение концентрации водных растворов эмуль-солов от 5 до 30% практически не влияет на режущую способность алмазных сверл. При использовании в качестве СОЖ воды, 3%-го раствора кальцинированной соды или водных растворов синтетических составов режущая способность существенно снижается.

Разработаны рекомендации по применению и выбору состава водных растворов эмульсолов НГЛ-205, ЭМУ С, СДМУ-2 для обработки различных мате-

риалов (стекло техническое и оптическое, ситалл, феррит, керамика, корунд синтетический, кварц кристаллический, стекло кварцевое).

Применение растворов эмульсолов при оптимальных режимах обработки, рассчитанных по полученным математическим моделям процесса алмазного сверления, обеспечивает работу алмазных сверл в режиме самозатачивания.

В четвертой главе приведены результаты исследования адаптивного управления процессом алмазного сверления. В рамках исследования была разработана адаптивная система стабилизации силы резания за счет изменения подачи.

Применение адаптивной системы вызвано необходимостью нахождения оптимального значения подачи при изменяющихся условиях обработки. В этом случае режимы обработки будут соответствовать работе алмазного сверла в режиме самозатачивания, что позволит сократить количество правок инструмента, стабилизировать процесс диспергирования материала и получить максимально возможную производительность для заданных свойств материала и инструмента.

В качестве контролируемого параметра процесса была выбрана осевая сила резания Ру. Выбор был обоснован результатами математического моделирования, при котором была выявлена и описана связь усилия резания с большинством факторов процесса обработки. Кроме того, данный параметр является легко, и с хорошей точностью, измеряемым в процессе сверления.

Общая схема указанной адаптивной системы представлена на рис. 18.

Объект управления Хвых

1 Рц Р,

Регулятор и Измеритель

Рис. 18. Адаптивная система для стабилизации процесса обработки за счет изменения подачи

Были определены необходимые условия применения системы адаптивного управления процессом алмазного сверления, заключающиеся в нахождении оптимальной точки технологических факторов обработки на границах допустимой области, определяемой системой функциональных ограничений.

Данная система стабилизирует осевую силу резания и сдвигает граничные поверхности параметров качества отверстия и стойкости инструмента в сторону

расширения допустимой области. При этом параметры качества и стойкости не должны ухудшаться.

В отечественной и зарубежной практике по созданию станков для алмазного сверления хрупких материалов достаточно широко используется гравитационный способ реализации рабочей подачи инструмента, при котором обеспечивается постоянство силы резания при сверлении. При достаточной простоте конструктивного воплощения данный способ имеет существенные недостатки, а именно в динамике процесса: при резких изменениях возмущающих воздействий груз может совершать колебательные движения, что скажется на качестве обработки. Кроме того, противовес (груз) устанавливается вручную и не позволяет изменять силу резания в процессе сверления.

Автоматически стабилизирующий силу резания Ру привод, в сочетании с

программным управлением подачей S, позволяет избавиться от вышеуказанных недостатков, обеспечивает автоматизацию процесса обработки, и значительное повышение производительности сверления по сравнению с гравитационным приводом.

Одним из направлений в разработке управляемых адаптивных систем для абразивной обработки является регистрация высокочастотных акустических колебаний, позволяющих получать информацию из зоны резания. Поэтому в рамках создания адаптивной системы для алмазного сверления были проведены исследования акустической эмиссии при алмазном сверлении хрупких материалов и показана возможность использования полученных данных для контроля качества получаемых отверстий.

Дальнейшие работы были направлены на аппаратную реализацию адаптивной системы. Были разработаны специальные датчики осевого усилия, пригодные для встраивания в станки для алмазного сверления.

В процессе исследований проведен подробный анализ характеристик оптоволоконных преобразователей, разработан макет датчика, электронные схемы генератора, блока питания, усилителя, а также сняты статические характеристики выходного сигнала в зависимости от нагрузки при различной жесткости стола с упругими элементами.

В изготовленном для экспериментов макете датчика с оптоволоконным преобразователем жесткость стола при центральном приложении осевой нагрузки составляла 106 Н/м. Чувствительность датчика составляет 0,1 МВ/Н, погрешность не более 2%, диапазон измеряемых усилий до 100 Н.

Также был спроектирован и изготовлен макет датчика для измерения силы резания с тензорезисторными преобразователями. Тензорезисторы наклеивались на крестообразные элементы подъемного стола, выполненного из нержавеющей стали. Изготовленный макет датчика обеспечил погрешность измерения осевой силы не более 1%. Диапазон измеряемых усилий 2—100 Н, чувствительность тензодатчика составляла 0,1 МВ/Н.

Сравнительный анализ и результаты испытаний макетов двух типов датчиков с оптоволоконными и тензорезисторными преобразователями выявили предпочтительность тензорезисторного преобразователя, который был исполь-

зован в специальной конструкции подъемно-поворотного стола.

Подъемно-поворотный стол управляется от систем ЧПУ «Сфера-ТА». Подъемно-поворотный стол реализует программно-управляемые перемещения в двух раздельных режимах: вертикальной рабочей подачи на любое перемещение от 0 до 20 мм с точностью позиционирования ± 0,02 мм и поворота на любой угол от 0 до 90° с дискретностью 6 угловых секунд. Режим поворота не является силовым, т.е. не может быть использован для круговой подачи заготовки при обработке. Режим поворота применяется для автоматического обеспечения точной ориентации заготовки относительно координат станка с помощью телевизионной системы, а также для осуществления поворота на заданный угол при резке и фрезеровании.

Обратная связь по осевой силе резания обеспечивается тензорезисторным преобразователем, а точность перемещения - с помощью датчика ВЕ-178. Уравнения системы управления выражаются следующим образом. Уравнение объекта управления - в виде математической модели процесса алмазного сверления отверстий диаметрами 1-ьб мм:

Ру =8.201+0.731 • 5 - 5.078-10"2-52-0.117-3+5.857 • 10-4 • 32+ +1.609 • 10"2 • С - 5.943 • 1 О*5 • С2 -4197-Ю'2 -Рс-3.892-10"3 -Рс2 --1.923 • Ю-4 • Н+1156 • 10'4 • Я2 - 3.883 • 10'3 • 5 • 3+1.047 • 10"3 • 5 • С- (31) -5.242-10"3-5-Рс +1.744-10"3 -Д1-Я-2.749-10"5 -З-С+7.868-10-5-3-РС --1.377-10*5 - 3-Я-1.251-10"4-C-.fi. +4.581-10"6 -С-Я-2.42653-10"5 -Л 'Я.

Уравнение регулятора Sp=qiU = ql{Pyo-Py),

где S„ - регулируемое значение скорости подачи; Pv

(32)

• j,0 - устанавливаемое (программное) значение осевой силы резания; Ру - текущее значение осевой силы, измеряемое с помощью тензодатчика; U- сигнал рассогласования; qt - коэффициент обратной связи.

На рис. 19 приведена схема системы управления. Управление приводом подачи стола 1 станка осуществляется от системы «Сфера-ТА». Для регулирования подачи инструмента 2 в зависимости от величины силы резания в систему управления включен дополнительный контур обратной связи по силе.

Сигналы датчика силы 3 после усиления в тензометрическом усилителе 4 и в устройстве 5 коррекции «нулей» поступают либо через компараторы 6 на шины дискретных входов-выходов, либо на АЦП. Шины дискретных входов-выходов и шины АЦП связаны с шиной М2-01 центрального процессора «Сфера-ТА», в котором вычисляются корректирующие значения скорости подачи и передаются в виде сигналов управления на привод.

Основные характеристики тензометрического усилителя: - несущая частота 10 кГц;

ЛЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С, Петербург

09 ТОО »кг

максимальный коэффициент усиления - 30000; частота пропускания на уровне 0,7-500 Гц; уровень шума, приведенный по входу, не более 2 мкВ; линейность не хуже 0,2%;

потребляемая мощность без учета датчиков - не более 0,5 Вт.

Рис. 19. Схема системы управления

Результаты сравнительных исследований процесса алмазного сверления подложек микросхем в обычных условиях и с применением разработанной системы адаптивного управления приведены на рис.20. Сверление отверстий в пластинах из поликора толщиной 1 мм выполняли при частоте вращения шпинделя 55000 об/мин, диаметре сверла 0,8 мм, скорости резания 2,3 м/с.

При статической оптимизации процесса (без системы адаптивного управления) расчетное значение силы резания составило 22Н, что соответствует подаче 5 мм/мин (рис.20а), времени сверления 12 с. С применением системы адаптивного управления (рис.206) статическая оптимизация дала расчетную (стабилизируемую) силу резания, равную 30 Н, что соответствует средней подаче 6 + 7 мм/мин и времени сверления 8+10 сек.

Дальнейшее широкое внедрение процесса алмазного сверления отверстий в подложках микросхем диаметрами 0,8-5 мм показало, что при использовании адаптивной системы управления производительность обработки увеличивается в среднем на 25-30%.

Расчет адаптивной системы управления на устойчивость по критерию Гур-вица при коэффициенте усиления, обеспечивающем заданную точность стабилизации (5%), показал, что система управления устойчива.

а) без адаптивного управления

Сбвслениа

б) с адаптивным управлением

Хаит»с&юемиш ууни

С^в/Ьмние. -/Осек.

|

Рис. 20. Осциллограммы осевого усилия при сверлении

Пятая глава посвящена разработке новых конструкций оборудования для алмазного сверления. В ней приведены результаты работ по созданию новых одношпиндельных и многопгаиндельных станков с ЧПУ для алмазного сверления с системой адаптивного управления процессом обработки.

Алмазное сверление отверстий и вырезка кернов осуществляются на специальном оборудовании и универсальных металлообрабатывающих станках. Станки, использующиеся для алмазного сверления, так же как и большинство станков для алмазной обработки, должны обладать: высокими жесткостью, виброустойчивостью, точностью, чувствительностью и плавностью подач и перемещений. В случае необходимости должен быть обеспечен подвод СОЖ под давлением во внутреннюю полость сверла.

Были выявлены специальные требования к станкам для алмазного сверления. Для их реализации были проведены проектные и экспериментальные работы, направленные на сопоставление и обобщение данных о процессе обработки и инструменте (главы 2 и 3), и получение на их основе новых технических решений в области создания оборудования для алмазного сверления.

Первая часть работ предусматривала отработку ряда узлов координатно-сверлильного станка, предназначенного для изготовления отверстий в подложках микросхем. Макетированию подлежали:

- электрошпиндель станка;

- механизм подачи электрошпинделя;

- система подачи СОЖ;

- приводы и система отсчета и перемещений по координатам.

Технические характеристики объектов, подлежащих обработке на разрабатываемом станке, приведены в табл. 7.

Таблица 7

Технические характеристики объектов обработки

Материал объектов обработки керамика, оттаял, поликор, феррит и др. высокотвердые неметаллические материалы

Размер заготовки, мм 48x60x10

Диаметр отверстий, им 1...6

Максимальная глубипа сверления, мм 10

Допуск на диаметры обрабатываемых -отверстий ~ Н12

Шероховатость обработки отверстий ^1,6

Допуск на межцентровое расстояние обрабатываемых отверстий, мм ±0,01

В результате проведенных работ был создан сверлильный станок с ЧПУ мод. УАС-6 с гравитационной подачей, выполняющий в автоматическом режиме операции сверления и фрезерования. На рис. 21 показана схема станка. Основные характеристики станка представлены в табл. 8.

Рис. 21. Схема станка УАС-б 1 - станина; 2 - стол; 3 - траверса; 4 - подъемно-поворотный стол; 5 - электрошпиндель; б, 7-телемонитор; 8 - шпиндельная бабка; 9 - поддон

Таблица 8

Основные характеристики станка УАС-6

Рабочая зона обработки (ХхУхг), 100x100x10 мм

Диаметр сверления 0,8-6,0 мм

Частота вращения шпинделя 20-71 тыс. об/мин

Точность позиционирования ±0,01 мм

Скорость рабочих подач 1-50 мм/мин

Способ крепления заготовки вакуумный

Количество программно-управляемых координат 2

Тип микропроцессорной системы управления «Электроника НЦ-31»

Габариты станка 1500x2000x2125 мм

Масса станка 700 га-

После создания станка для алмазного сверления отверстий в подложках микросхем вторая часть проектных работ была направлена на создание специального комбинированного станка с адаптивным управлением, в котором использовались бы принципы программного управления для повышения производительности и качества обработки, а также отработанные технические решения, примененные в станке мод. УАС-6.

В результате комплексных исследований создан станок с ЧПУ мод. УРСА-6, выполняющий в автоматическом режиме операции настройки, сверления, резки, фрезерования и скрайбирования. В станке была использована система адаптивного управления, разработанная в главе 4.

Конструкция станка УРСА-6 обеспечивает выполнение всех операций механической обработки подложек микросхем с одного установа детали. Предусмотрены автоматическая координатная настройка станка по реперным знакам, адаптивное управление по усилию резания при сверлении, автоматическая смена инструмента.

На рис. 22 показан общий вид станка мод. УРСА-6, а в табл. 9 приведены его характеристики.

Таблица 9

Основныехарактеристикимногошпиндельного станка УРСА-6

Зона программируемого перемещения (Хх Ухг) 315x115x16мм

Диаметры обрабатываемых отверстий 0,7-6 мм

Диапазон стабилизируемых усилий резания 2-100Н

Скорость рабочих подач 1-50 мм/мин

Частота вращения шпинделя 20-72 тыс. об/мин

Количество шпинделей 2

Максимальная скорость координатных перемещений 5м/мин

Точность позиционирования ±0,01 мм

Максимальная величина вертикального рабочего перемещения инструмента (детали) 16 мм

Тип привода поворотного стола программно-управляемый

Способ крепления заготовки вакуумный

Способ юстировки заготовки телевизионный автоматический

Погрешность юстировки заготовки ±0,01 мм

Наличие автоматической смены инструмента есть

Количество программно-управляемых координат 4

Тип микропроцессорной системы управления «Сфера-ТА»

Рис. 22. Общий вид станка УРСА-б: / - станина; 2 - стол; 3 - траверса; 4 - магазин инструмента; 5 - вертикальный электрошпиндель; 6,7- телемонитор; 8 - горизонтальный электрошпиндель; 9 - подъемно-поворотный стол; 10 - кожух; 11 - поддон

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены технические и технологические решения, заключающиеся в разработке оптимальной технологии алмазного сверления, рациональных конструкций алмазного инструмента, технологии его изготовления и специального станка с адаптивным управлением для алмазного сверления отверстий в хрупких неметаллических материалах, внедрение которых внесло значительный вклад в развитие экономики России и повышение её обороноспособности. Показано, что с использованием вышеуказанных решений достигнуто повышение производительности обработки в 1,5 раза, износостойкости алмазного инструмента в три раза и расширение технологических возможностей процесса алмазного сверления (возможность обработки отверстий диаметром 0,8-5 мм, 701000 мм и более, прецизионных отверстий, ступенчатых отверстий с фасками, эллиптических отверстий), что является решением проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

2. Выявлены качественные закономерности механизма хрупкого разрушения (диспергирования) поверхности обрабатываемого материала и изнашивания режущей поверхности алмазных сверл и установлены связи между их физико-механическими свойствами и осевой силой резания. При этом для обеспечения диспергирования поверхности детали и повышения износостойкости алмазного инструмента напряжения, создаваемые под действием силы резания

алмазными рабочими зернами в обрабатываемом материале, должны превышать предел прочности хрупкого разрушения материала, и, соответственно, напряжения, создаваемые в связке сверла этими же алмазными зернами, должны быть ниже предела прочности разрушения связки.

3. Получена математическая модель алмазного сверления деталей из хрупких неметаллических материалов, устанавливающая связи между силами резания процесса, качеством поверхности обрабатываемого материала (шероховатость, сколы), износостойкостью сверл (удельный расход, стойкость) с одной стороны и характеристиками алмазных сверл (прочность, концентрация и зернистость алмазного порошка и связки), режимами обработки (скорость резания, подача), условиями охлаждения (расход и давление смазывающе-охлаждающей жидкости), физико-механическими свойствами обрабатываемого материала с другой стороны, которая позволяет поставить и решить оптимизационную задачу определения максимальной производительности. Математическая модель представляет собой систему из десяти уравнений для отверстий двух диапазонов диаметров: от 1 мм до 5 мм и от 6мм до 70 мм.

4. Обоснован выбор оптимальных характеристик алмазного инструмента и технологических условий обработки; конструкций тонкостенных и профильных алмазных сверл; оптимальной концентрации алмазных сверл на основании параметрической оптимизации математической модели процесса алмазного сверления по критерию максимальной производительности методом последовательного отражения (поиска оптимума при помощи шестимерного симплекса), позволивший повысить производительность процесса в 1,5-2 раза.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований с целью расширения технологических возможностей процесса алмазного сверления созданы оригинальные конструкции специального алмазного инструмента:

- подковообразные сверла диаметром 00,8-Л-6,0 мм, позволяющие исключить условия контакта с «нулевой» скоростью и заклинивание керна;

- регулируемые сверла-зенкера для обработки отверстий и фасок одним инструментом;

- регулируемые сверла для обработки точных отверстий по 8-9 квалитету;

- универсальные сверла с унифицированными режущими алмазными элементами эллипсообразной формы, базирующимися на плоских и криволинейных планшайбах для формообразования отверстий от 70 мм до 1000 мм и более.

6. Установлено, что особенностью изнашивания и самозатачивания алмазных сверл является эволюция формы алмазных зерен на режущей поверхности сверла (изнашивание, микросколы, вырывы зерен) от взаимодействия с обрабатываемым материалом и одновременное изнашивание связки абразивным шламом, вымываемым смазывающе-охлаждающей жидкостью под давлением через кольцевой зазор зоны резания. Разработана модель эвакуации шлама из зоны резания и изнашивания связки сверла, обеспечившая работу сверла в режиме самозатачивания.

7. Выявлена связь характера износа алмазных зерен с прочностью связки алмазного сверла. В частности для традиционной связки М2-01, имеющей <тсж

800 МПа, доминирующим является изнашивание вершин режущих зерен с последующим их вырывом и появлением новых зерен вследствие разрушения связки. Для разработанной связки М (МонАлит) имеющей О^ 1200 МПа, преобладающим является постепенное хрупкое микроскалывание алмазных зерен с образованием новых режущих кромок, что обеспечивает повышение эффективности использования алмазных зерен.

8. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования выявили связи между механическими свойствами связки сверл и максимальной силой резания, исключающей выров целых алмазных зерен из матрицы. На основании полученных данных разработана технология изготовления сверл с высокой относительной концентрацией алмазов методом вакуумной пропитки, особенностью которой является обеспечение надежных адгезионных связей между связкой и алмазными зернами, повышение прочности и термостойкости связки (МонАлит). Технология обеспечила повышение износостойкости сверл на связке «МонАлит» в три раза по сравнению со сверлами на связке М2-01.

9. Получена зависимость для определения температуры и температурных напряжений, как в зоне резания, так и на некотором расстоянии от нее с помощью решения дифференциального уравнения теплопроводности для линейного теплового потока методом интегрального преобразования Лапласа. Расчеты показывают, что температуры не достигают точки плавления материала и температуры графитизации алмаза. Глубина сколов на алмазных зернах за счет температурных напряжений может достигать 10 мкм.

10. Установлены соотношения макроизноса торцевой и цилиндрической рабочих поверхностей кольцевых алмазных сверл для связки М2-01 и М (Мо-нАлит).Полученные результаты позволили разработать тонкостенные кольцевые сверла диаметром от 4 мм до 70 мм с шириной режущей кромки 0,6-1,0 мм на связке (МонАлит), обеспечивающие повышение производительности процесса в 1,5 раза.

11. На основании проведенного моделирования процесса алмазного сверления и разработки конструкций подковообразных алмазных сверл разработано техническое задание на проектирование специального станка с адаптивным управлением стабилизацией силы резания для алмазного сверления отверстий диаметром 0,8-5-6 мм в подложках микросхем.

12 Определены необходимые условия применения системы адаптивного управления для процесса алмазного сверления, заключающиеся в нахождении оптимальной точки режимов обработки на границах допустимой области, определяемой системой функциональных ограничений. На основании исследования функциональной матрицы системы уравнений, описывающих объект управления и измеритель, установлены условия существования функциональной зависимости между регулируемой и измеряемой величинами.

13. Созданы станки с ЧПУ для алмазного сверления мод. УАС-6 с гравитационной подачей и мод. УРСА-6 с адаптивной системой стабилизации силы резания, которые позволили решить проблему автоматического сверления подложек микросхем из стекла, ситалла, поликора и повысить производительность обработки в 1,3 раза при требуемом качестве поверхности.

14. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по выбору конструкций и характеристик алмазных сверл, режимов обработки, условий охлаждения, технологических схем и наладок процесса сверления хрупких неметаллических материалов, обеспечившие повышение производительности процесса алмазного сверления в 1,5-2 раза, разработан отраслевой стандарт ОСТ 107.750708.001-90.

15. Организовано серийное производство специальных станков для алмазного сверления мод. УАС-6 с гравитационной подачей и мод. УРСА-6 с адаптивным управлением на заводе «Точрадиомаш» (г. Майкоп). Изготовленные станки внедрены на 31 предприятии России и стран СНГ. Освоено серийное изготовление инструмента «МонАлит» для алмазного сверления (подковообразных, кольцевых и универсальных сверл для обработки отверстий диаметром 11000 мм, зенкеров и регулируемых зенкеров). К настоящему времени изготовлено 40000 единиц инструмента, которые эффективно используются более чем на 50 предприятиях. Ориентировочный годовой экономический эффект от результатов работы составляет 16 млн. руб.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Балыков А.В. Алмазное сверление отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов. М.: Наука и технология, 2003,187 с.

2. Балыков А.В. Аналитические модели алмазного сверления труднообрабатываемых неметаллических материалов. Сборник VIII Международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии металлов на рубеже веков». Пенза, 2003, с. 299-303.

3. Балыков А.В. Повышение эффективности алмазного сверления отверстий. М., «Технология металлов», №10,2003, с. 21-26.

4. Балыков А.В. Новые технологии алмазного сверления. М., «Технология металлов», 2003, №6, с. 30-32.

5. Балыков А.В. Моделирование процесса алмазного сверления, как метод повышения эффективности обработки. Сборник научных трудов МГАПИ «Математическое моделирование и управление сложных системам». М., 2003, вып. 6, с. 109-115.

6. Балыков А.В. Автоматизация алмазного сверления отверстий малых диаметров. Сборник трудов научно-технической конференции МГАПИ «Технологические процессы и материалы в машиностроении». М., 2003, с. 37-42.

7. Балыков А.В. Оптимизация процесса алмазного сверления методом планирования экстремальных экспериментов. М., «Стекло и керамика», 2003, №7, с. 17-20.

8. Балыков А.В. Моделирование процесса алмазного сверления неметаллических материалов. М., «Стекло и керамика», 2003, №3, с. 13-16.

9. Балыков А.В. Повышение производительности и точности формообразования отверстий алмазным инструментом «МонАлит». М., «Стекло и бизнес», 2003, №4, с. 3 8 л 1.

10. Балыков А.В. Алмазно-адаптивное сверление стекла. М., «Стекло и бизнес», 2002, №2, с. 44-45.

11. Балыков А.В., Сухоте СИ. Новые возможности алмазно-абразивного инструмента «МонАлит». М., «Стекло и бизнес», 2001, №2, с. 34-35.

12. Балыков А.В. Новый алмазно-абразивный инструмент «МонАлит». М, «ИСОТ», 1999, №2, с. 18.

13. Балыков А.В., Сухонос СИ. Новое поколение алмазно-абразивного инструмента. М., «Технология металлов», 1999, №8, с. 46-48.

14. Балыков А.В., Сухонос СИ. Алмазное сверление стекла. М., «Стекло и бизнес», 1999, №3, с. 28-30.

15. Балыков А.В., Сухонос СИ. Новый алмазный инструмент для обработки стекла. М., «Стекло и бизнес», 1999, №2, с. 20-23.

16. Балыков А.В. и др. Многопшиндельный станок. Патент РФ № 183 9745. Бюл. №4 от 30.01.94г.

17. Балыков А.В. Диагностика шлифования хрупких твердых неметаллических материалов по динамическим параметрам. Доклады 8 Международной конференции по шлифованию, абразивным инструментам и материалам. Л., 1991, с. 107-112.

18. Миткевич СБ., Поликарпова ДА., Купервассер Б.М., Балыков А.В. Подъемно-поворотный стол. Авторское свидетельство №1701471. Бюл. №27 от 01.09.91г.

19. Балыков А.В. Управление качеством поверхности по параметрам акустической эмиссии. Материалы МДНТП «Чистовая обработка материалов резанием». М., 1990, с. 84-88.

20. Балыков А.В., Арсентьев А.В. Управление процессами микрорезания кристаллических материалов с использованием акустико-эмиссионного контроля. Материалы МДНТП «Диагностика технологических процессов в машиностроении». М., 1990, с. 36-42.

21. Балыков А.В., Бабичев В.Ю. Станок с ЧПУ для сверления и резки алмазным инструментом. М., «Обмен производственно-техническим опытом», вып.4, 1989, с. 59-61.

22. Балыков А.В., Бабичев В.Ю., Батров Е.И. Оптимизация алмазно-абразивной обработки неметаллических материалов путем адаптивного управления. Доклады Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио. М.: «Радио и связь», 1989, с. 5-7.

23. ВеличукЛА. Балыков А.В., Батров КН., Курбатов Ю.В. Способ применения и ориентации изделий типа пластин с боковым срезом и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство №1459993. Бюл. №31 от 22.10.88г.

24. Балыков А.В., Батров Е.И. Оборудование и инструмент для сверления и резки деталей. М., «Обмен производственно-техническим опытом», вып.З, 1988, с. 26-28.

25. Балыков А.В. Инструмент и оборудование для алмазного сверления и резки деталей из труднообрабатываемых неметаллических материалов. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы шлифования, инструмент и его рациональная эксплуатация». Ереван, 1986, с. 202-206.

26. Нурмухамедов В.Х., Балыков А.В., Батров Е.И., Улупов Е.А., Кабанов В.Ф., Костромин В.Ф. Алмазное сверло. Авторское свидетельство №1209459. Бюл. №38 от 08.10.85г.

27. БалыковА.В. Установка с ЧПУ для алмазного сверления отверстий в твердых и хрупких неметаллических материалах. Доклады XXXVII Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио. М.: «Радио и связь», 1982, ч. 1, с. 3-4.

28. Цесарский А.А., Балыков А.В. Алмазный инструмент. Авторское свидетельство №804457. Бюл. №6 от 15.02.1981.

29. БалыковА.В., СотниковЮ.А., Цесарский А.А., Карпушин Ю.В., Пугачев СМ. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №799957. Бюл. №4 от 30.01.1981.

30. Балыков А.В., Воинов В.А., Гусев С.С., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №781075. Бюл. №43 от 23.11.1980.

31. Цесарский А.А., Балыков А.В., Воинов В.А. Алмазное кольцевое сверло. Авторское свидетельство №745701. Бюл. №25 от 07.07.1980.

32. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазное сверление деталей из труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1980,64 с.

33. БалыковА.В., КалугинаЛ.М. Работоспособность алмазных кругов при шлифовании неметаллических материалов. М., «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 6,1979, с. 4-6.

34. Балыков А.В., Воинов В.А., Куликов Б.А., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №647119. Бюл. №6 от 15.02.1979.

35. Балыков А.В., Воинов В.А., Куликов Б.А., Цесарский А.А. Инструмент для образования отверстий в твердых и хрупких материалах. Авторское свидетельство №607744. Бюл.№19 от 25.05.1978.

36. Балыков А.В., Воинов В.А., Калугина Л.М., Цесарский А.А. Режущий элемент для кольцевых сверл. Авторское свидетельство №605720. Бюл.№17 от 05.05.1978.

37. Балыков А.В., Кирова Н.Ф., Цесарский А.А. Влияние термомеханических характеристик синтетических алмазов новых марок на работоспособность алмазных сверл. М., «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 10,1977, с. 5-7.

38. Балыков А.В., Сотников Ю.А., Карпушин Ю.В., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №570489. Бюл. №32 от 30.08.1977.

39. Балыков А.В. О некоторых закономерностях алмазного шлифования хрупких неметаллических материалов. В кн. «Синтетические алмазы - ключ к техническому прогрессу», ч.2. К.: Наук. Думка, 1977, с. 171-181.

40. Балыков А.В., Воинов В.А., Кирилычева Г.П. Качество поверхности феррита при алмазном шлифовании. М., «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып.12,1976, с. 11-15.

41. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазное сверление отверстий. М, «Обмен опытом в радиопромышленности», вып.8,1976, с. 31-36.

42. Балыков А.В., Цесарский А.А., Воинов В.А. Инструмент для образования отверстий в твердых и хрупких материалах. Авторское свидетельство №443771. Бюл. №35 от 25.09.1975.

43. Балыков А.В., Кирова Н.Ф., Цесарский А.А. Работоспособность алмазных сверл, изготовленных из различных марок алмазного сырья. «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 4. М.: НИИМАШ, 1975, с. 7-10.

44. Балыков А.В., Цесарский А.А. Универсальный алмазный инструмент для сверления неметаллических материалов. Сборник «Синтетические алмазы», вып.4. К.: Наук. Думка, 1975, с. 30-34.

45. Балыков А.В., Попов С.А. Влияние рельефа рабочей поверхности алмазных кругов на их работоспособность и шероховатость обработанных поверхностей. Межвузовский сборник «Вероятностно-статистические основы процессов шлифования и доводки». Л.: СЭПИ, 1974, с. 101-109.

46. Балыков А.В., Цесарский А.А., Воинов В.А. Алмазное кольцевое сверло. Авторское свидетельство №437621. Бюл. №28 от 30.07.1974.

47. Балыков А.В., Цесарский А.А. Сверление алмазное отверстий в твердых хрупких неметаллических материалах. Типовые технологические процессы. ОСТ 4 Г0.054.079,1974, с.43.

48. Балыков А.В. и др. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №455015. Бюл. №43 от 30.12.1974.

49. Балыков А.В., Воинов В.А., Куликов Б.А., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №410955. Бюл. №2 от 15.01.1974.

50. Балыков А.В., Цесарский А.А., Калугина Л^. Выбор СОЖ при алмазном сверлении хрупких неметаллических материалов. «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 7. М.: НИИМАШ, 1974, с. 14-16.

51. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазные сверла с подковообразным профилем рабочей части. М., Журнал «Алмазы», 1973, №1, с. 8-10.

52. Балыков А.В., Старшинов П.С., Калугина Л.М. Влияние вида алмазно-абразивной обработки на шероховатость поверхности кварцевых пластин. М., «Вопросы радиоэлектроники», сер. Технология производства и оборудования, вып.2,1972, с. 101-109.

53. Балыков А.В. Исследование работоспособности сверл из алмазов марки САМ. М., «Алмазы», 1972, №11, с. 10-11.

54. Балыков А.В. Исследование процесса алмазного шлифования кварцевых пластин специальных радиоэлектронных приборов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 1971.

55. Балыков А.В., Попов С.А. Состояние поверхностного слоя кварцевых пластин при алмазном шлифовании. М., «Вестник машиностроения», 1970, №2, с. 73-76.

56. Балыков А.В. Опыт внедрения и исследования алмазного шлифования кварцевых пластин пьезорезонаторов. Материалы семинара МДНТП «Прецизионная отделочная обработка», 1969, с. 150-160.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Балыков Александр Викторович

Повышение эффективности обработки отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов на основе алмазного сверления

Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11.05.2000 Подписано в печать 17.02.2004. Формат 60х90'/|б Уч.изд. л. 2,75. Тираж 100 экз. Заказ № 28

Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «СТАНКИН» 103055, Москва, Вадковский пер., д.3а

* - 4 901

Введение

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Алмазное сверление хрупких неметаллических материалов

1.1.1 Область применения алмазного сверления

1.1.2 Особенности алмазного сверления отверстий различной 15 глубины и диаметров

1.1.3 Параметры технологического процесса алмазного сверления

1.2 Инструмент для алмазного сверления

1.3 Оборудование для алмазного сверления

1.4 Цель и задачи исследования

Глава 2. Исследование задачи выбора оптимальных параметров технологического процесса алмазного сверления

2.1 Показатели технологического процесса и факторы, действующие на 78 процесс, задачи моделирования

2.2 Моделирование процесса алмазного сверления

2.2.1 Фазы, условия микрорезания и объемы диспергируемого 87 материала при моделировании работы сверла одним алмазным зерном

2.2.2 Механизмы изнашивания сверла, объемы диспергированного 107 шлама при работе группы зерен

2.2.3 Роль смазочно-охлаждающей жидкости в процессе сверления

2.2.4 Модель поверхностного слоя обрабатываемого материала

2.2.5 Тепловые процессы алмазного сверления

2.2.6 Математические модели алмазного сверления отверстий 136 малых и больших диаметров

2.3 Параметрическая оптимизация процесса алмазного сверления

2.4 Выводы

Глава 3. Классификация, исследование и изыскание новых конструкций и характеристик алмазных сверл

3.1 Исследование геометрии режущей части и создание оригинальных 176 конструкций алмазного инструмента

3.1.1 Классификация алмазных сверл

3 Л .2 Подковообразные сверла

3.1.3 Кольцевые тонкостенные и профильные сверла

3.1.4 Универсальные алмазные сверла

3.2 Исследование и изыскание новых характеристик алмазных сверл

3.2.1 Обоснование применения технологии изготовления алмазного 214 инструмента методом пропитки (сварки) в вакууме

3.2.2 Влияние прочности и металлизации алмазного порошка на 220 работоспособность инструмента

3.2.3 Влияние зернистости алмазного порошка на параметры 229 процесса сверления

3.2.4 Выбор оптимальной концентрации алмазов для сверл на связке 232 "МонАлит"

3.3 Исследование технологических особенностей алмазного сверления

3.3.1 Выбор схемы сверления

3.3.2 Особенности механизма изнашивания и правки сверл

3.3.3 Исследование влияния состава СОЖ на процесс сверления

3.4 Выводы

Глава 4. Исследование адаптивного управления процессом алмазного сверления

4.1 Определение необходимости адаптивного управления процессом 266 обработки

4.2 Измерение показателей процесса

4.3 Исследование акустической эмиссии в процессе алмазного 274 сверления, как средства измерения показателей процесса

4.4 Реализация системы адаптивного управления за счет стабилизации 289 силы резания

4.5 Выводы

Глава 5. Разработка станков с ЧПУ для алмазного сверления подложек микросхем

5.1 Разработка технического задания

5.2 Технические характеристики и особенности станков для сверления 308 подложек микросхем

5.2.1 Станок с ЧПУ для алмазного сверления с гравитационной 309 подачей

5.2.2 Станок с ЧПУ для алмазного сверления с адаптивным 330 управлением по силе резания

5.3 Особенности системы управления станков

5.4 Выводы 353 Общие выводы и результаты 354 Список литературы 359 Приложение 1. Результаты экспериментов для моделирования процесса 374 алмазного сверления отверстий диаметром 6-70 мм.

В радиоэлектронике, машиностроении и приборостроении, в оптической, часовой и ювелирных отраслях промышленности, в строительстве и быту широкое применение находят конструкционные хрупкие неметаллические материалы — стекло, кварц, керамика, ферриты, ситаллы. Эти материалы отличаются высокой твердостью, прочностью и хрупкостью.

При изготовлении деталей приборов и машин из перечисленных материалов получение отверстий является весьма трудоемкой операцией. До недавнего времени эту операцию выполняли с помощью абразивных суспензий. Одно отверстие в стеклянной шкале толщиной 6 мм обрабатывали в течение 5-7 минут, сверление отверстий диаметром 2 мм на глубину 300 мм и более в керамических деталях и вырезка дисков диаметром 500-1000 мм из ситалла были затруднены.

При использовании алмазного инструмента отверстие в шкале можно просверлить за 5-7 секунд. Алмазное сверление является одним из наиболее эффективных методов обработки отверстий или формообразования тел вращения диаметром 1-1000 мм из хрупких твердых неметаллических материалов (ХТНМ). Однако, несмотря на значительное развитие процессов алмазного сверления, на сегодняшний день отсутствуют обобщенные рекомендации по технологическим схемам и наладкам, применяемой оснастке и оборудованию, классификации и выбору конструкций алмазного инструмента, их характеристикам и режимам работы.

Для крупносерийного и массового производства изделий стеклофурнитуры и зеркал созданы специальные сверлильные станки-полуавтоматы и автоматические линии. На этих станках отверстия обрабатывают одновременно большим числом сверл, но при этом требуется обеспечить их одинаковую работоспособность, износостойкость и взаимозаменяемость.

Специфические требования предъявляют к алмазному сверлению в мелкосерийном и единичном производствах. В частности, возникает необходимость в разработке универсальных сверл, позволяющих производить обработку отверстий диаметром от нескольких миллиметров до нескольких метров одним инструментом.

Эффективность процесса обработки и качество получаемой детали зависят от технологической схемы сверления, конструкции и характеристики инструмента, конструкции и материала обрабатываемой детали, оборудования, оснащения станка, состава СОЖ, режима обработки. Выбор каждого параметра зависит от конкретных условий производства. Правильно выбранные параметры должны обеспечивать получение отверстий по 7-12 квалитету точности, с величиной сколов по краям отверстий не более 0,1 мм, шероховатостью поверхности Ra=0,63-2,5 мкм, с высокой производительностью. В настоящее время отсутствуют обобщенные рекомендации по выбору параметров процесса обработки, связанные с особенностями выбранной технологической системы. Создание таких рекомендаций, позволяющих учесть взаимосвязи между конструкциями, характеристиками алмазных сверл, технологическими условиями обработки, свойствами обрабатываемых материалов и выходными параметрами процесса алмазного сверления является важной и актуальной задачей.

Анализ конструктивно-технологических решений современных микросборок, изготовляемых в России и за рубежом, показал, с одной стороны, устойчивую тенденцию появления новых, дорогостоящих материалов, обладающих уникальными электрофизическими свойствами, способных выдерживать высокие механические и температурные нагрузки, с другой стороны - постоянный рост требований к качеству и точности их размерной обработки, особенно на финишных операциях, какими являются сверления отверстий диаметром 0,8-5 мм в подложках микросхем.

Недостижимой мечтой многих специалистов, занимающихся обработкой стекла, является алмазноабразивный инструмент, сочетающий хорошую работоспособность, сложность формы режущей части и высокую стойкость, особенно кромкостойкость. Это противоречие существует на протяжении многих лет. Гальваническим методом можно изготовить алмазные инструменты любой конфигурации. Но они имеют низкую стойкость, особенно острых кромок из-за однорядного расположения зерен.

Наоборот, инструменты, изготовленные методом порошковой металлургии, отличаются большой стойкостью. Однако изготовить таким способом сверла малых диаметров или с тонкой режущей кромкой не представляется возможным. Дело в том, что для обеспечения прочности конструкции инструмента необходимо наличие зазоров в виде связки между зернами алмазов, что ограничивает их предельную концентрацию. При миниатюрных размерах инструмента диаметром 0,8-2 мм, они становятся соизмеримыми с размерами алмазных зерен, и сверло разрушается. Кроме того, при механическом креплении алмазных зерен, они по мере износа связки обнажаются и вырываются из связки, не успев износиться. Чем больше размер вырванного зерна — тем меньше эффективность его использования и ниже кромкостойкость инструмента.

Таким образом, актуальной задачей является разработка принципиально новой технологии создания алмазного инструмента и доведение ее до промышленного производства. Необходимо также создать новые конструкции алмазных сверл, позволяющие сочетать в себе высокую производительность, хорошие условия для подвода СОЖ и технологичность в изготовлении.

Принимая во внимание также существенный рост объемов производства подложек микросхем для изделий микроэлектроники, необходимость автоматизации процессов и отсутствие до последнего времени в стране специального инструмента и оборудования с ЧПУ, разработка их для финишных операций алмазного сверления являются также актуальной задачей.

Кроме того, для условий серийного и массового производства изделий из стекла, необходимы новые конструкции оборудования с системами адаптивного управления процессом обработки. Решение этой задачи невозможно без моделирования и оптимизации процесса алмазного сверления. Создание систем адаптивного управления позволит существенно повысить эффективность обработки отверстий в труднообрабатываемых неметаллических материалах.

Проведенный анализ работ, прямо или косвенно связанных с вопросами обработки отверстий в хрупких неметаллических материалах, позволяет говорить о недостаточной проработке проблем выбора соответствующих технологических систем и режимов обработки, отсутствии прогрессивных конструкций инструмента и оборудования, а также математических моделей, позволяющих оптимизировать процесс алмазного сверления и управлять им. Необходимо изыскание новых методов и подходов к решению указанных проблем.

В исследованиях процессов алмазного сверления хрупких неметаллических материалов отсутствует теоретическая проработка вопросов обрабатываемости различных материалов, а немногочисленные экспериментальные исследования не определяют их общие закономерности.

Таким образом, для повышения эффективности технологического процесса алмазного сверления отверстий в хрупких неметаллических материалах, основной задачей настоящих исследований было поставлено выявление взаимосвязей между технологическими условиями обработки, конструкциями и характеристиками алмазных сверл, свойствами обрабатываемых материалов и параметрами процесса, и разработка, на их основе, новых конструкций инструмента и оборудования, а также создания методов адаптивного управления алмазным сверлением.

Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что открыто новое перспективное научное направление в технологии обработки хрупких твердых неметаллических материалов, заключающееся в том, что все процессы, протекающие в ходе обработки, рассматриваются качественно и количественно связанными друг с другом, вследствие чего становится возможным нахождение оптимальных решений по выбору параметров точной высокопроизводительной обработки, а также адаптивного управления технологическим процессом в целом.

Практическая ценность настоящих исследований состоит в доведении решений до реализации на конкретных производствах, разработке прогрессивных технологий получения нового алмазного инструмента, создании новых конструкций инструмента и моделей оборудования для алмазного сверления. Практические достижения подтверждены патентами и авторскими свидетельствами, ссылки на которые приведены в списке литературы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены технические и технологические решения, заключающиеся в разработке оптимальной технологии алмазного сверления, рациональных конструкций алмазного инструмента и специального станка с адаптивным управлением для алмазного сверления отверстий в хрупких неметаллических материалах, внедрение которых внесло значительный вклад в развитие экономики России и повышение её обороноспособности. Показано, что с использованием вышеуказанных решений достигнуто повышение производительности обработки в 1,5 раза, износостойкости алмазного инструмента в три раза и расширение технологических возможностей процесса алмазного сверления (возможность обработки отверстий диаметром 0,8—6 мм, 70-1000 мм и более, прецизионных отверстий, ступенчатых отверстий с фасками, эллиптических отверстий), что является решением проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

2. Выявлены качественные закономерности механизма хрупкого разрушения (диспергирования) поверхности обрабатываемого материала и изнашивания режущей поверхности алмазных сверл и установлены связи между их физико-механическими свойствами и силой резания. При этом для обеспечения диспергирования поверхности детали и повышения износостойкости алмазного инструмента напряжения, создаваемые под действием этой силы алмазными рабочими зернами в обрабатываемом материале, должны превышать предел прочности хрупкого разрушения материала, и, соответственно, напряжения, создаваемые в связке сверла этими же алмазными зернами, должны быть ниже предела прочности разрушения связки.

3. Получена математическая модель алмазного сверления деталей из хрупких неметаллических материалов, устанавливающая связи между силами резания процесса, качеством поверхности обрабатываемого материала (шероховатость, сколы), износостойкостью сверл (удельный расход, стойкость) с одной стороны и характеристиками алмазных сверл (прочность, концентрация и зернистость алмазного порошка и связки), режимами обработки (скорость резания, подача), условиями охлаждения (расход и давление смазывающе-охлаждающей жидкости), физико-механическими свойствами обрабатываемого материала с другой стороны, которая позволяет поставить и решить оптимизационную задачу определения максимальной производительности. Математическая модель представляет собой систему из десяти уравнений для отверстий двух диапазонов диаметров: от 1 мм до 6 мм и от 6 мм до 70 мм.

4. Обоснован выбор оптимальных характеристик алмазного инструмента и технологических условий обработки; конструкций тонкостенных и профильных алмазных сверл; оптимальной концентрации алмазных сверл на основании параметрической оптимизации математической модели процесса алмазного сверления по критерию максимальной производительности методом последовательного отражения (поиска оптимума при помощи шестимерного симплекса), позволивший повысить производительность процесса в 1,5-2 раза.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований с целью расширения технологических возможностей процесса алмазного сверления созданы оригинальные конструкции специального алмазного инструмента:

• подковообразные сверла диаметром 0,8-6,0 мм, позволяющие исключить условия контакта с нулевой скоростью и заклинивание керна;

• регулируемые сверла-зенкера для обработки отверстий и фасок одним инструментом;

• регулируемые сверла для обработки точных отверстий по 8-9 квалитету;

• универсальные сверла с унифицированными режущими алмазными элементами эллипсообразной формы, базирующимися на плоских и криволинейных планшайбах для формообразования отверстий от 70 мм до 1000 мм и более.

6. Установлено, что особенностью изнашивания и самозатачивания алмазных сверл является эволюция формы алмазных зерен на режущей поверхности сверла (изнашивание, микросколы, вырывы зерен) от взаимодействия с обрабатываемым материалом и одновременное изнашивание связки абразивным шламом, вымываемым смазываю ще — охлаждающей жидкостью под давлением через кольцевой зазор зоны резания. Разработана модель эвакуации шлама из зоны резания и изнашивания связки сверла, обеспечившая работу сверла в режиме самозатачивания.

7. Выявлена связь характера износа алмазных зерен с прочностью связки алмазного сверла. В частности для традиционной связки Ml, имеющей

7ссвж < 800 МПа, доминирующим является изнашивание вершин режущих зерен с последующим их вырывом и появлением новых зерен вследствие разрушения связки. Для разработанной связки М ("МонАлит") имеющей

Тсж-1200 МПа, преобладающим является постепенное хрупкое микроскалывание алмазных зерен с образованием новых режущих кромок, что обеспечивает повышение эффективности использования алмазных зерен.

8. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования выявили связи между механическими свойствами связки сверл и максимальной силой резания, исключающей выров целых алмазных зерен из матрицы. На основании полученных данных применена технология изготовления сверл с высокой относительной концентрацией алмазов методом вакуумной пропитки, особенностью которой является обеспечение надежных адгезионных связей между связкой и алмазными зернами, повышение прочности и термостойкости связки ("МонАлит"). Технология обеспечила повышение износостойкости сверл на связке "МонАлит" в три раза по сравнению со сверлами на связке Ml.

9. Получена зависимость для определения температуры и температурных напряжений, как в зоне резания, так и на некотором расстоянии от нее с помощью решения дифференциального уравнения теплопроводности для линейного теплового потока методом интегрального преобразования Лапласа. Расчеты показывают, что температуры не достигают точки плавления материала и температуры графитизации алмаза. Глубина сколов на алмазных зернах за счет температурных напряжений может достигать 10 мкм.

10. Установлены соотношения макроизноса торцевой и цилиндрической рабочих поверхностей кольцевых алмазных сверл для связки Ml и М ("МонАлит"). Полученные результаты позволили разработать тонкостенные кольцевые сверла диаметром 4—70 мм с шириной режущей кромки 0,6-1,0 мм на связке "МонАлит", обеспечивающие повышение производительности сверл в 1,5 раза.

11. На основании проведенного моделирования процесса алмазного сверления и разработки конструкций подковообразных алмазных сверл разработано техническое задание на проектирование специального станка с адаптивным управлением стабилизацией силы резания для алмазного сверления отверстий диаметром 0,8-6 мм в подложках микросхем.

12. Определены необходимые условия применения системы адаптивного управления для процесса алмазного сверления, заключающиеся в нахождении оптимальной точки режимов обработки на границах допустимой области, определяемой системой функциональных ограничений. На основании исследования функциональной матрицы системы уравнений, описывающих объект управления и измеритель, установлены условия существования функциональной зависимости между регулируемой и измеряемой величинами.

13. Созданы станки с ЧПУ для алмазного сверления мод. УАС-6 с гравитационной подачей и мод. УРСА-6 с адаптивной системой стабилизации силы резания, которые позволили решить проблему автоматического сверления подложек микросхем из стекла, ситалла, поликора и повысить производительность обработки в 1,3 раза при требуемом качестве поверхности.

14. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по выбору конструкций и характеристик алмазных сверл, режимов обработки, условий охлаждения, технологических схем и наладок процесса сверления хрупких неметаллических материалов, обеспечившие повышение производительности процесса алмазного сверления в 1,5-2 раза.

15. Организовано серийное производство специальных станков для алмазного сверления мод. УАС-6 с гравитационной подачей и мод. УРСА-6 с адаптивным управлением на заводе «Точрадиомаш» (г. Майкоп). Изготовленные станки внедрены на 31 предприятии России и стран СНГ. Освоено на фирме «Рус—Атлант» серийное изготовление инструмента «МонАлит» для алмазного сверления (подковообразных, кольцевых и универсальных сверл для обработки отверстий диаметром 1-1000 мм, зенкеров и регулируемых зенкеров). К настоящему времени изготовлено 40000 единиц инструмента, которые эффективно используются более чем на 50 предприятиях. Ориентировочный годовой экономический эффект от результатов работы составляет 12 млн. руб.

1. Абдуллин Ш.А. Гальванопластический алмазный инструмент. М., Журнал «Оптико-механическая промышленность», 1972, № 6.

2. Абразивная и алмазная обработка материала. Справочник. Под ред. Резникова А.Н. М.: Машиностроение, 1977. 392 с.

3. Алексеев Н.М. Вдавливание сферического индентора в бесконечно-протяжённый слой пластического материала ограниченной толщины. Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. М.: «Наука», 1971.

4. Ардамацкий A.JI. Алмазная обработка оптических деталей: JL: Машиностроение, 1978, 232 с.

5. Архипов А.Г. Механизм разрушения горных пород при алмазном бурении и его акустико-спектральная диагностика. СПб., ВИТР, 2000.

6. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самоподнастраивающихся станков. М.: Машиностроение, 1978, 216 с.

7. Бакуль В.Н. Число зерен в одном карате — одна из важнейших характеристик алмазного порошка. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1978, №4, с. 22-27.

8. Бакуль В.Н., Лощак М.Г., Мильнев В.И. Микротвердость алмаза и ее зависимость от температуры. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1978, №1, с. 7-10.

9. Балыков А.В. Механическая алмазная обработка кварцевых пластин. РТМ ЮГО 054.037, 1969.

10. Балыков А.В. Опыт внедрения и исследования алмазного шлифования кварцевых пластин пьезорезонаторов. Материалы семинара МДНТП «Прецизионная отделочная обработка», 1969, с. 150-160.

11. Балыков А.В., Попов С.А. Состояние поверхностного слоя кварцевых пластин при алмазном шлифовании. М., Журнал «Вестник машиностроения», 1970, №2, с. 73-76.

12. Балыков А.В. Исследование процесса алмазного шлифования кварцевых пластин специальных радиоэлектронных приборов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 1971.

13. Балыков А.В. Исследование работоспособности сверл из алмазов марки САМ. М., Журнал «Алмазы», 1972, №11, с. 9-10.

14. Балыков А.В., Старшинов П.С., Калугина Л.М. Влияние вида алмазно-абразивной обработки на шероховатость поверхности кварцевых пластин. М., Журнал «Вопросы радиоэлектроники», сер. Технология производства и оборудования, вып.2, 1972, с. 101-109.

15. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазные сверла с подковообразным профилем рабочей части. М., Журнал «Алмазы», 1973, №1, с. 8-10.

16. Балыков А.В., Цесарский А.А., Калугина Л.М. Выбор СОЖ при алмазном сверлении хрупких неметаллических материалов. Журнал «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 7, М.: НИИМАШ, 1974, с. 14-16.

17. Балыков А.В. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №410955. Бюл. №2 от 15.01.1974.

18. Балыков А.В. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №455015. Бюл. №43 от 30.12.1974.

19. Балыков А.В., Цесарский А.А. Сверление алмазное отверстий в твердых хрупких неметаллических материалах. Типовые технологические процессы. ОСТ 4 Г0.054.079, 1974, 43 с.

20. Балыков А.В., Цесарский А.А., Войнов В.А. Алмазное кольцевое сверло. Авторское свидетельство №37621. Бюл. №28, от 30.07.1974.

21. Балыков А.В., Цесарский А.А. Универсальный алмазный инструмент для сверления неметаллических материалов. Сборник «Синтетические алмазы», вып.4, К.: Наук. Думка, 1975, с. 30-34.

22. Балыков А.В., Кирова Н.Ф., Цесарский А.А. Работоспособность алмазных сверл, изготовленных из различных марок алмазного сырья. Журнал «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 4, М.: НИИМАШ, 1975, с. 7-10.

23. Балыков А.В., Цесарский А.А., Войнов В.А. Инструмент для образования отверстий в твердых и хрупких материалах. Авторское свидетельство №443771. Бюл. №35, от 25.09.1976.

24. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазное сверление отверстий. М, Журнал «Обмен опытом в радиопромышленности», вып.8, 1976, с. 31-36.

25. Балыков А.В., Войнов В.А., Кирилычева Г.П. Качество поверхности феррита при алмазном шлифовании. М., Журнал «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып.12, 1976, с. 11-15.

26. Балыков А.В. О некоторых закономерностях алмазного шлифования хрупких неметаллических материалов. В кн. «Синтетические алмазы — ключ к техническому прогрессу», ч.2. К.: Наук. Думка, 1977, с. 171-181.

27. Балыков А.В., Сотников Ю.А., Карпушин Ю.В., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №570489. Бюл. №32, от 30.08.1977.

28. Балыков А.В., Кирова Н.Ф., Цесарский А.А. Влияние термомеханических характеристик синтетических алмазов новых марок на работоспособность алмазных сверл. М., Журнал «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 10, 1977, с. 5-7.

29. Балыков А.В., Войнов В.А., Калугина JI.M., Цесарский А.А. Режущий элемент для кольцевых сверл. Авторское свидетельство №605720. Бюл.№17, от 05.05.1978.

30. Балыков А.В., Войнов В.А., Куликов Б.А., Цесарский А.А. Инструмент для образования отверстий в твердых и хрупких материалах. Авторское свидетельство №607744. Бюл.№19, от 25.05.1978.

31. Балыков А.В., Войнов В.А., Куликов Б.А., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №647119. Бюл. №6, от 15.02.1979.

32. Балыков А.В., Калугина Л.М. Работоспособность алмазных кругов при шлифовании неметаллических материалов. М., Журнал «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 6, 1979, с. 4-6.

33. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазное сверление деталей из труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1980, 64 с.

34. Балыков А.В., Цесарский А.А., Войнов В.А. Алмазное кольцевое сверло. Авторское свидетельство №745701. Бюл. №25, от 07.07.1980.

35. Балыков А.В., Войнов В.А., Гусев С.С., Цесарский А.А. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №781075. Бюл. №43, от 23.11.1980.

36. Балыков А.В., Сотников Ю.А., Цесарский А.А., Карпушин Ю.В., Пугачев С.М. Кольцевое сверло. Авторское свидетельство №799957. Бюл. №4, от 30.01.1981.

37. Балыков А.В., Цесарский А.А. Алмазный инструмент. Авторское свидетельство №1804457. Бюл. №6, от 15.02.1981.

38. Балыков А.В. Установка с ЧПУ для алмазного сверления отверстий в твердых и хрупких неметаллических материалах. Доклады XXXVII Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио. М.: «Радио и связь», 1982, с. 3-4.

39. Балыков А.В., Батров Е.И. Оборудование и инструмент для сверления и резки деталей. М., Журнал «Обмен производственно-техническим опытом», вып.З, 1988, с. 26-28.

40. Балыков А.В., Бабичев В.Ю., Батров Е.И. Оптимизация алмазно-абразивной обработки неметаллических материалов путем адаптивного управления. Доклады Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио. М.: «Радио и связь», 1989, с. 5-7.

41. Балыков А.В., Бабичев В.Ю. Станок с ЧПУ для сверления и резки алмазным инструментом. М., Журнал «Обмен производственно-техническим опытом», вып.4, 1989, с. 59-61.

42. Балыков А.В., Арсентьев А.В. Управление процессами микрорезания кристаллических материалов с использованием акустико-эмиссионного контроля. Материалы МДНТП «Диагностика технологических процессов в машиностроении», М., 1990, с. 36-42.

43. Балыков А.В. Управление качеством поверхности по параметрам акустической эмиссии. Материалы МДНТП «Чистовая обработка материалов резанием», М., 1990, с. 84-88.

44. Балыков А.В. Диагностика шлифования хрупких твердых неметаллических материалов по динамическим параметрам. Доклады 8 Международной конференции по шлифованию, абразивным инструментам и материалам», Д., 1991,ч.2, с. 107-112.

45. Балыков А.В. и др. Многошпиндельный станок. Патент РФ №1839745.

46. Балыков А.В., Сухонос С.И. Новый алмазный инструмент для обработки стекла. М., Журнал «Стекло и бизнес», 1999, №2, с. 20-23.

47. Балыков А.В. , Сухонос С.И. Алмазное сверление стекла. М., Журнал «Стекло и бизнес», 1999, №3, с. 28-30.

48. Балыков А.В. , Сухонос С.И. Новое поколение алмазно-абразивного инструмента. М., Журнал «Технология металлов», 1999, №8, с. 46-48.

49. Балыков А.В. Новый алмазно-абразивный инструмент «МонАлит». М., Журнал «ИСОТ», 1999, №2.

50. Балыков А.В., Сухонос С.И. Новые возможности алмазно-абразивного инструмента "МонАлит". М., Журнал «Стекло и бизнес», 2001, №2, с. 34-35.

51. Балыков А.В. Алмазно-адаптивное сверление стекла. М., Журнал "Стекло и бизнес", 2002, №2, с. 44-45.

52. Балыков А.В. Моделирование процесса алмазного сверления неметаллических материалов. М., Журнал "Стекло и керамика", 2003, №3, с. 13-16.

53. Балыков А.В. Оптимизация процесса алмазного сверления методом планирования экстремальных экспериментов. М., Журнал "Стекло и керамика", 2003, №7, с. 17-20.

54. Балыков А.В. Автоматизация алмазного сверления отверстий малых диаметров. Сборник трудов научно-технической конференции МГАПИ "Технологические процессы и материалы в машиностроении", М., 2003, с. 37-42.

55. Балыков А.В. Моделирование процесса алмазного сверления, как метод повышения эффективности обработки. Сборник научных трудов МГАПИ "Математическое моделирование и управление сложных системам", М., вып. 6, 2003, с. 109-115.

56. Балыков А.В. Новые технологии алмазного сверления. М., Журнал "Технология металлов", 2003, №6, с. 30-32.

57. Балыков А.В. Повышение эффективности алмазного сверления отверстий. М., Журнал "Технология металлов", №10, 2003.

58. Балыков А.В. Аналитические модели алмазного сверления труднообрабатываемых неметаллических материалов. Сборник VIII Международной научно-технической конференции "Проблемы машиностроения и технологии металлов на рубеже веков", Пенза, 2003, с. 299-303.

59. Бардин А.Н. Технология оптического стекла. М., 1955, 495 с.

60. Бармин Б.П. Сверление деталей из стеклопластика синтетическими алмазами. Науч.-техн. реф. сб. «Алмазы», вып. 7. М.: НИИМАШ, 1972.

61. Бертенев Г.М. Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла. М.: «Стройиздат», 1974.

62. Бойцова JI.B. Исследование процесса алмазного сверления стекла. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Тольятти Куйбышевский политехнический институт им. В.В. Куйбышева, 1970.

63. Бокучава Г.В. Шлифование металлов с подачей охлаждающей жидкости сквозь поры шлифовального круга. М.: Машгиз, 1959, 107 с.

64. Бокучава Г.В. Влияние физико-механических свойств абразивных материалов на процесс шлифования. В кн.: Передовая технология и автоматизация управления процессом обработки деталей машины. Д.: Машиностроение, 1970, с. 453-458.

65. Бочкин О.И. и др. Механическая обработка полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1973.

66. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М.: Машиностроение, 1968.

67. Бужинский И.М. и др. Способ механической обработки хрупких деталей. Авт. свид. № 308876. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1971, № 22.

68. Ваксер Д.Б. и др. Алмазная обработка технической керамики. JL: Машиностроение, 1976, 160 с.

69. Глейзер JI.A. О сущности процесса круглого шлифования. — В кн.: Вопросы точности технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1959, с. 5-24.

70. Голуб Г.Ф. и др. Алмазное сверление отверстий в очковых линзах. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1972, № 5.

71. Голуб Г.Ф. Современные конструкции алмазных сверл. К., Журнал «Сверхтвердые материалы», 1981, №1.

72. Гурвич Р.А. и др. Алмазное сверло. Авт. свид. № 297434. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1971, № 10.

73. Гурвич Р.А. и др. Станок для внутреннего и глубинного алмазно-электролитического шлифования. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1973, № 1.

74. Довгань М.Е., Карпенко М.Т. Высверливание втулок из лейко-сапфира. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1974, № 2.

75. Дуда Т.М. Взаимодействие на границах контакта алмаз-покрытие-связка. К., Журнал "Сверхтвердые материалы", 1986, №5, с.30-32.

76. Евсеев Д.Г., Сальников А.Н. Физические основы процесса шлифования. Изд-во Сарат. ун-та, 1978, 128 с.

77. Журавлев В.В. Влияние металлизации на прочность алмаза и величину внутренних напряжений системы алмаз-металл. В сб. Повышение эффективности применения алмазных инструментов. Труды ВНИИалмаза, М., 1986, с. 50-56.

78. Захаров В.И. и др. Сверление отверстий в стеклопластике алмазным инструментом. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1972, № 3.

79. Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976, 390 с.

80. Зибров А.С. и др. Алмазное или абразивное трубчатое сверло. Автор, свид. № 252121. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1969, № 28.

81. Злобин В.А. и др. Ферритовые материалы. JL: Энергия, 1970.

82. Золотарева Р.С. и др. Сверление отверстий в дверных полотнах из стекла. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1973, № 2.

83. Карбань В.И., Кой П., Рогов В.В. и др. Обработка полупроводниковых материалов. К.: Наук, думка, 1982, 256 с.

84. Карбань В.И., Борзаков Ю.И. Обработка монокристаллов в микроэлектронике. М.: Радио и связь, 1988, 104 с.

85. Кангун В.Р., Цыпкин Р.З. Сверление неметаллических материалов алмазными перфорированными сверлами. М., Журнал «Станки и инструмент», 1973, № 12.

86. Каталог фирмы Diamant Boart «Алмазные инструменты для обработки стекла».

87. Качалов Н.Н. Технология шлифовки и полировки листового стекла. M.-JI. изд. АН СССР, 1958, 382 с.

88. Кизиков Д.Д. и др. Алмазно-металлические композиции. К.: Техника, 1988, 135 с.

89. Колев А.Н., Ищенко С.Ю., Владимирский В.К., Боруха С.Ю. Виброакустическая диагностика алмазного сверления активных каналов кольцевых оптических квантовых генераторов. М.: Электронная техника, сер.7, ТОПО, вып.24, 1988.

90. Колев А.Н., Пермин А.С., Ищенко С.Ю. Оптимизация процесса алмазного сверления методом планирования экстремальных экспериментов. М.: Электронная техника, сер.7, вып.2, 1988.

91. Колев А.Н., Ищенко С.Ю. Диагностика процессов алмазной обработки твердых и хрупких неметаллических материалов. М.: Электронная техника, сер.7, вып.7, 1988.

92. Колев А.Н. и др. Виброакустическая диагностика алмазного сверления активных каналов кольцевых оптических квантовых генераторов: М.: Электронная техника, сер.7, вып.2, 1988.

93. Кольцевые алмазно-металлические свезла. Информационный листок 9 3-74. М.: НИИМАШ, 1974.

94. Комолаева JI.B., Скрипко Г.Ф. Сверление глубоких точных отверстий в кварце и ситалле алмазным инструментом. Тезисы докл. Всесоюз. конф. «Теория и практика алмазной и абразивной обработки деталей приборов и машин», М.: МВТУ им. Баумана, 1973.

95. Комолаева JI.B., Пащенко Н.Г. Установка для глубокого сверления неметаллических материалов. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1974, №3.

96. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974, 280 с.

97. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977, 526 с.

98. Криштопа Н.А., Пучков А.С. Специальное сверло для обработки слоистых материалов. Науч.-техн. сб. «Технология и организация производства», К.: УкрНИИНТИ, 1971, № 6.

99. Кузнецов В.Д. Физика резания и трения металлов и кристаллов. М.: Наука, 1977,310 с.

100. Лапаев Ю.А. и др. Устройство для сверления кварцевых блоков. Автор, свид. № 364453. «Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1973, № 5.

101. Лоладзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных кругов. М.: Машиностроение, 1967, 112 с.

102. Марков А.И. и др. Алмазное сверление ситаллов с воздействием ультразвука. Науч.-техн. реф. сб. «Алмазы», вып. 3. М.: НИИМАШ, 1972.

103. Марков А.И. Ультразвуковая обработка металлов. М.: Машиностроение, 1980, 237 с.

104. Марков А.И., Ивкин Е.И. Ультразвуковые комплексы для интенсификации технологических процессов алмазной обработки деталей из твердых хрупких материалов: Межотраслевой научно-технический сборник. Научно-технические достижения, М.: ВИМИ, 1994, №5.

105. Марков А.И. и др. Влияние ультразвука на физико-механические и режущие свойства металлоалмазных композиций для обработки высокопрочной керамики, М.: СТИН, 2000, №2.

106. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974, 320 с.

107. Миркин М.Г. Устройство для закрепления деталей примораживанием. Авт. свид. № 350635. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1972, № 27.

108. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием. М.: Машиностроение, 1975, 304 с.

109. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука, 1980, 256 с.

110. Муминов Н.А., Митрофанов В.Г. Адаптивное управление технологическими процессами в машиностроении. Ташкент, изд-во "Фан" УзССР, 1976, 176 с.

111. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов, М.: Наука, 1965, 340 с.

112. Найдич Ю.В., Шуркал В.В., Уманский В.П. и др. Улучшение качества буровых коронок при использовании металлизированных природных алмазов. К., Журнал «Сверхтвердые материалы», 1990, №2, с. 39-43.

113. Никехин А.А., Корнюшина Н.М. Трубчатое сверло. Авт. свид. № 327068. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1972, № 5.

114. Ногин И.С. и др. Алмазное кольцевое сверло. Авт. свид. № 284675 -Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1970, №32.

115. Ногин И.С. Исследование процесса алмазного сверления бетона и железобетона. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Тольятти, Куйбышевский политехнический институт им. В.В. Куйбышева, 1973.

116. Ногин И.С., Яшин Г.Г., Зубов В.А. Алмазное сверление неметаллических материалов с охлаждением воздухом. М., Журнал «Алмазы и сверхтвердые материалы», вып. 9, 1981, с. 11-13.

117. Островский В.И. Вид и структура аналитических зависимостей теории шлифования. К., "Сверхтвердые материалы", 1987, №6, с.48-50.

118. Партон В.З. и др. Динамика хрупкого разрушения. М.: Машиностроение, 1977, 240 с.

119. Патент США №3710 516. 175-20.

120. Патент Англии № 1 010318. В, 24d, £7.

121. Патент Франции № 1 322 844. В, 236.

122. Патент Бельгии № 718357. С, 03 е.

123. Пермин О.С., Тургин В.И., Третьяков JI.M. Автоматизация управления сверлением глубоких отверстий в неметаллах. К., Журнал «Сверхтвердые материалы», 1980, №6.

124. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М.: Машиностроение, 1977, 263 с.

125. Постриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения твердых тел. СПб.: "Профессия", 2002, 320 с.

126. Прудников E.JI. Инструмент с алмазно-гальваническим покрытием. М.: Машиностроение, 1985, 96 с.

127. Пшеничный И.С. и др. Способ механической обработки хрупких деталей. Авт. свид. № 341655. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1972, № 19.

128. Расчеты на прочность в машиностроении. Т. II, М.: Машгиз, 1958.

129. Ребиндер П.А., Епифанов Т.И. Об энергетическом балансе процесса резания металлов. ДАН СССР, т. XVI, 1949, №4.

130. Резание труднообрабатываемых материалов. Под ред. проф. П.Г. Петрухи. М.: «Машиностроение», 1972.

131. Резников А.Н. Справочник по алмазной обработке. Куйбышевское книжное издательство, 1967.

132. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981, 288 с.

133. Родин П.Р., Криштопа Н.А. Установка для сверления слоистых материалов в замороженной среде. М., Журнал «Вестник машиностроения», 1973, № 1.

134. Рогов В.В., Букатов К.И. Алмазная обработка часовых и приборных камней из синтетического корунда. К.: УкрНИИНТИ, 1969.

135. Романов А.И. Получение мелкоразмерных отверстий в керамических подложках СВЧ-модулей. Обзор. М.: "Румб", 1989, 45 с.

136. Сагарда А.А. и др. Алмазно-абразивная обработка деталей машин. К.: «Техника», 1974.

137. Сверление глубоких отверстий малого диаметра в стекле. Экспресс-информация «Технология и оборудование механосборочного производства», 1973, № 17.

138. Селех В.Ф., Петренко А.П. Устройство для обработки отверстий. Авт. свид. № 382479. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1973, № 23.

139. Семибратов М.Н. и др. Технология оптических деталей. М.: Машиностроение, 1978, 415 с.

140. Симкин Л.Л. и др. Механизация процессов алмазной обработки стеклопластика. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1974, № 1.

141. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г. и др. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1980, 536 с.

142. Старков В.К. Обработка резанием: управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989, 295 с.

143. Стекло. Справочник. М.: «Стройиздат», 1973.

144. Сухонос С.И. и др. Абразивный инструмент. Патент РФ № 2092302, 1997.

145. Третьяков И.П., Карпов А.Б. и др. Метод исследования напряженного состояния системы связка-зерно-обрабатываемый материал при динамических нагрузках. Науч.-техн. реф. сб. «Алмазы», вып. 4. М.: НИИМАШ, 1978, с. 19-22.

146. Троицкий Н. Д. Глубокое сверление. JL: «Машиностроение», 1971.

147. Фадеев П.Л., Албагагиев А.Ю. Повышение надежности деталей машин. М.: Машиностроение, 1993, 96 с.

148. Флом И.Г. Опытно-промышленная установка для вырезки круглых стеклоизделий алмазными кольцевыми сверлами. Науч.-техн. реф. сб. «Алмазы», вып. 4. М.: НИИМАШ, 1973.

149. Френкель Ш.Т., Скрипко Г.Ф. Устройство для отрезки столбиков из твердых и хрупких материалов. Автор, свид. № 298441. Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1971, № п.

150. Худобин Л.В. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при шлифовании. М.: Машиностроение, 1971, 212 с.

151. Чегина Л.Г., Яхимович Д.Ф. Ультразвуковая размерная обработка алмазным инструментом. Науч.-техн. реф. сб. «Электрофизические и электрохимические методы обработки», вып. 2, 3. М.: НИИМАШ, 1974.

152. Черников Б.Г. Очистка смазочно-охлаждающих жидкостей. Журнал «Машиностроитель», 1969, № 9.

153. Шило А.В. и др. Изготовление алмазных трубчатых сверл методом гальванопластики. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1970, № 1.

154. Шнейнер Л.А. Твердость хрупких тел. М.: Издательство АН СССР, 1949.

155. Шубников А.В. Элементарные механические явления при шлифовании и полировании. В сб. «Качество поверхности деталей машин», М.: Издательство АН СССР, 1957.

156. Щиголев А.Г., Полупан Б.И., Коломиец В.В. Определение количества зерен по глубине рабочего поверхностного слоя алмазного инструмента. М., Журнал «Синтетические алмазы», 1979, № 3, с. 19-25.

157. Щиголев А.Г., Виноградов А.А. Расчет сил при резании единичным алмазным зерном. К., Журнал "Сверхтвердые материалы", 1981, №1, с.51-56.

158. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975, 176 с.

159. Diamond micro-points drill miniature holies in ceramic, Solid Stale. Technol, vol. 11, № 10, 1968.

160. Evans A.G., Charles E.A. Fracture Toughness Determination by Indentation, J. Amer. Ceram. Soc. vol. 59, 1976.

161. Griffith A.A. The phenomena of rupture and flam in solid. Phil. Trans. Roy. Soc. A. 1921.221 №2-P. 163-198.

162. Griffith A.A. The theory of rupture. Proc. First Int. Cong. Appl. Mech. 1924 -P. 55-63.

163. Irwin G.R. Analysis of stress and strains near the end of crack traversing a plate. J. Appl. Mech. 1957. Vol. 24, №3 P. 361-364.

164. Lawn B.R., Evans A.G. A model for crack initiation in elastic/plastic indentation fields. Journal of Material Science. 1977, vol. 12, P. 195-199.

165. Wapler H. Diamond in the glass industry. «Industrial Diamond Review». German edition v. 2, № 4, 1969.