Формирование дефектного слоя при лезвийной обработке хрупких материалов

Детали, сделанные из современных хрупких материалов с высоким качеством обработанной поверхности, востребованы при изготовлении оптических и электронных приборов, а также ответственных узлов в машиностроительных изделиях. Лезвийная обработка алмазным инструментом позволяет формообразовывать такие детали без теплового поражения поверхностных функциональных слоев. Вместе с тем лезвийная обработка хрупких материалов сопровождается формированием на обработанной поверхности дефектного слоя вследствие нарушения структуры материала при силовом воздействии режущего инструмента. Рассмотрены причины и механизм образования дефектного слоя на обработанной поверхности при несвободном резании хрупкого материала. Обсуждены пути уменьшения размеров дефектного слоя. Выполнены теоретический и компьютерный анализы влияния локального поля напряжений в зоне действия сосредоточенной сжимающей силы на поверхность пластины из хрупкого материала. Экспериментальными методами исследован дефектный слой поверхности после нанесения риски трехгранным алмазным инструментом на кремниевую пластину.

Литература

[1] Балыков А.В., Липатова А.Б. Эффективная обработка хрупких неметаллических материалов. Вестник МГТУ «Станкин», 2008, № 2, с. 14–19.

[2] Агафонов С.В., Михайлов С.В., Ковеленов Н.Ю. Прогнозирование и управление качеством поверхностного слоя неспеченных керамических заготовок при обработке резанием. Известия Самарского научного центра РАН, 2017, т. 19, № 1(2), с. 207–210.

[3] Никанорова Л.В., Лосева М.В. Керамические материалы в автомобилестроении. Вестник АнГТУ, 2016, № 10, с. 192–193.

[4] Старков В.К. Физика и оптимизация резания материалов. Москва, Машиностроение, 2009. 640 с.

[5] Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. Москва, Высшая школа, 1974. 590 с.

[6] Грубый С.В. Расчет параметров стружкообразования и сил резания пластичных материалов. Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация, 2017, № 1, с. 25–37, doi: 10.24108/aplts.0117.0000058

[7] Yan J., Asami T., Harada H., Kuriyagawa T. Fundamental investigation of subsurface damage in single crystalline silicon caused by diamond machining. Precision Engineering, 2009, vol. 33, pp. 378–386, doi: 10.1016/j.precisioneng.2008.10.008

[8] Wieghold S., Morishige A.E., Meyer L., Buonassisi T., Sachs E.M. Crack detection in crystalline silicon solar cells using dark-field imaging. Energy Procedia, 2017, vol. 124, pp. 526–531, doi: 10.1016/j.egypro.2017.09.252

[9] Огородникова О.М. Методы и инструменты цифрового машиностроения для компьютерного моделирования технологий и конструкций. Научное обозрение, 2015, № 10-1, с. 209–212.

[10] Огородников А.И., Власов В.Н., Огородникова О.М. Компьютерная оценка ожидаемого качества в системе управления технологическими процессами механической обработки. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2015, № 1, с. 123–127.

[11] Жуков Ю.Н., Тихонов Э.Е., Савиных К.М., Огородников А.И. Лезвийный инструмент для разделительных операций хрупких листовых заготовок. Вестник машиностроения, 2015, № 3, с. 25–29.

[12] Жуков Ю.Н., Тихонов И.Н. Способ скрайбирования полупроводниковых пластин и резец для его осуществления. А.с. 1271301 СССР, 1986, бюл. № 35, 3 с.

[13] Жуков Ю.Н. Исследование геометрии инструмента и режимов резания при обработке криволинейных поверхностей на станках с числовым программным управлением. Дис. … канд. техн. наук. Свердловск, 1973, с. 36–42.

[14] Фрохт М.М. Фотоупругость. Ленинград, Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. 488 с.

[15] Жуков Ю.Н. Особенности стружкообразования при несвободном резании металлов. Научно-технический прогресс в промышленности. Тез. докл. Первой науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов Уральской зоны, Свердловск, 1974, с. 44–45.