Исследование метода шлифования сапфировых труб с применением двух шлифовальников

Цель – изучить закономерности формирования микрорельефа, распределения и величины остаточной шероховатости внутренней и внешней поверхностей сапфировой трубы во время ее шлифования свободно вращающимися шлифовальными конусами при помощи моделирования. Для изучения абразивной обработки сапфировой трубы использовался метод численного моделирования при помощи программного алгоритма, выполненного в компьютерной среде MATLAB. Предложена математическая модель взаимодействия рабочей поверхности абразивного инструмента и обрабатываемого изделия применительно к двухстороннему шлифованию сапфировых труб свободно вращающимися шлифовальными конусами со связанным абразивом. Данная модель учитывает случайный характер распределения зерен абразива по размерам и форме, хаотичность их размещения в зоне контакта с поверхностью образца, отражая тем самым закономерности их взаимодействия с обрабатываемой поверхностью при различных комбинациях параметров процесса шлифования. Установлено, что наиболее интенсивный линейный съем материала наблюдается на начальных стадиях шлифования. На внутренней стенке трубы отмечается больший темп удаления объема материала по сравнению с внешней при скорости вращения 2500 об/мин, зернистости абразива 26 мкм, конусности инструментов 1:8 и 1:5 и силе их прижатия к поверхности заготовки на единицу площади около 10 кПа. Выявлено, что остаточная шероховатость после 300 мин обработки имеет неравномерное распределение вдоль оси вращения заготовки с явно выраженным максимумом в ее центральной части, составляющем 64,8 мкм на внешней стенке заготовки и 49,14 мкм – на внутренней. Разработанная математическая модель позволяет исследовать закономерности формирования микрорельефа, распределения и величины остаточной шероховатости для различных условий шлифования, что в дальнейшем дает возможность оптимально подобрать режим обработки и механическую нагрузку на абразивный инструмент. Данная модель также дает возможность определять скорость линейного съема материала и требуемое время шлифования.

1. Теплова Т.Б., Самерханова А.С. Тенденция развития применения твердых высокопрочных материалов в микроэлектронике, медицине и ювелирных изделиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 10. С. 339–347.

2. Курлов В.Н., Рассоленко С.Н. Управление формой и качеством кристаллов сапфира при выращивании методом некапиллярного формообразования // Выращивание кристаллических изделий способом Степанова, пластичность и прочность кристаллов: тез. докл. Всерос. совещания (г. Санкт-Петербург, 22–24 октября 2003 г). СПб.: Изд-во Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, 2003. С. 6.

3. Гавриш С.В., Логинов В.В., Пучнина С.В. Импульсные газоразрядные источники ИК-излучения для оптико-электронных систем (обзор) // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6. № 4. С. 333–348.

4. Гавриш С.В., Гайдуков Е.Н., Константинов Б.А. Разрядные источники инфракрасного излучения для специальных целей // Светотехника. 1998. № 3. С. 2224–2225.

5. Гавриш С.В. Разрядные источники излучения с сапфировой оболочкой // Прикладная физика. 2011. № 4. С. 42–51.

6. Гавриш С.В. Влияние условий теплосъема на параметры импульсного газоразрядного источника ИКизлучения // Прикладная физика. 2018. № 5. С. 86–93.

7. Королев А.В. Выбор оптимальной геометрической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1972. 134 с.

8. Бочкин О.И., Брук В.А., Никифорова-Денисова С.Н. Механическая обработка полупроводниковых материалов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во «Высшая школа», 1983. 112 с.

9. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Изд-во «Машгиз», 1961. 379 с.

10. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Изд-во «Машиностроение», 1974. 280 с.

11. Лурье Г.Б. Прогрессивные методы круглого наружного шлифования. Л.: Изд-во «Машиностроение», 1984. 103 с.

12. Грабченко А.И., Федорович В.А., Шахбазов Я.А., Русанов В.В. Пути повышения эффективности процесса обработки абразивными шлифовальными кругами // Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. сб. Вып. 74. Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ», 2008. С. 70–83.

13. Matsui S., Tamaki I. Influence of the elastic displacement of grain cutting edges on grinding mechanism // Technology Reports of the Tohoku University. 1976. Vol. 41. Iss. 1. P. 73–88.

14. Савицкий И.В., Войтенко В.А. Увеличение точности обработки сапфировых трубок путем уменьшения механических напряжений // Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении. 2020. № 3. С. 61–68.

15. Кудинов В.А., Тодоров Н.Т. Закономерности развития колебаний и волнистости круга и изделия при врезном шлифовании // Станки и инструмент. 1970. № 2. С. 1–3.

16. Кудинов В.А., Гришин В.М. Динамические частотные характеристики процесса шлифования // Станки и инструмент. 1972. № 1. С. 7–9.

17. Савицкий И.В., Войтенко В.А. Новый метод шлифования цилиндрических поверхностей // Проблемы и перспективы международного трансфера инновационных технологий: сб. ст. по итогам Междунар. науч.практ. конф. (г. Воронеж, 24 августа 2020 г.). Стерлитамак: Изд-во АМИ, 2020. С. 56–59.

18. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 112 с.

19. Клунникова Ю.В. Исследование влияния абразивной обработки на процесс образования дефектов в кристаллах сапфира // Инженерный вестник Дона. 2016. № 2. С. 2.

20. Evans A.G., Wilshau T.R. Quasi-static solid particle damage in brittle solids: observations, analysis and implications // Acta Metallurgica. 1976. Vol. 24. Iss. 10. P. 936–956.

21. Kirchner H.P., Ragosta J.A. Relation of load to radial crack length for spherical indentations in hot‐pressed ZnS // Journal of the American Ceramic Society. 1983. Vol. 66. № 4. P. 293–296. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1983.tb15717.x