Сверхточная обработка хрупких оптических материалов в нанометровом диапазоне толщин срезаемого слоя

Традиционная технология обработки поверхностей деталей из хрупких оптических материалов предусматривает предварительное шлифование алмазными кругами с зернистостью различного гранулометрического состава в строгой последовательности от крупных до мелких фракций. Далее проводят окончательное химико-механическое полирование микропорошками (свободным абразивом). Однако такая технология имеет существенные недостатки: относительно низкие производительность и стабильность процесса, сложность автоматизации и управления, влияние квалификации полировщика на качество обработки. Специалисты ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» и МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках Соглашения по федеральной целевой программе проводят комплекс технологических исследований и конструкторских разработок, направленных на повышение производительности, точности и качества обработки хрупких оптических материалов. В основу исследований положена гипотеза о «квазипластичности» хрупких материалов. Анализ экспериментальных данных показал, что при режимах резания, обеспечивающих нанометровые значения толщины срезаемого слоя, поверхностный слой хрупкого материала переходит в состояние «квазипластичности», образуется поверхность без сколов и трещин с шероховатостью в пределах нескольких нанометров.

Литература

[1] Bifano T., Dow T., Scattergood R. Ductile-regime grinding: a new technology for machining brittle materials. Journal of engineering for industry, 1991, vol. 113, no. 2, pp. 184–189.

[2] Теплова Т.Б. Квазипластичное удаление поверхностного слоя твердых хрупких материалов с получением нанометрового рельефа поверхности. Научный вестник МГГУ, 2010, № 8, с. 73–88.

[3] Nazwa T. Precision surface grinding of silicon carbide with fine grain diamond cup wheel. Engineering e-Transaction, 2010, vol. 5, no. 1, pp. 19–26.

[4] Шейнман Е. Пластичное резание хрупких материалов в нанодиапазоне. Обзор зарубежных исследований. Инструменты. Технология. Оборудование, 2007, № 12, с. 54–56.

[5] Shavva M.A., Lapshin V.V., Grubyy S.V. Processing of brittle materials in the nanometer range of thickness of layers cut. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2015, vol. 91, no. 1, pp. 12062–12068, doi:10.1088/1757-899X/91/1/012062.

[6] Goel S., Luo X., Comley P., Reuben R.L., Cox A. Brittle-ductile transition during diamond turning of single crystal silicon carbide. International journal of machine tool and manufacture, 2013, no. 65, pp. 15–21.

[7] Shavva M.A., Grubyi S.V. Cutting Forces Calculation at Diamond Grinding Of Brittle Materials. Applied Mechanics and Materials, 2015, vol. 770, pp. 163–168, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.770.163.

[8] Shariff Udin M., Seah K.H.W., Li X.P., Rahman M., Liu K. Effect of crystallographic orientation on wear of diamond tools for nano-scale ductile cutting of silicon. Elsivier, 2004, pp. 751–759.

[9] Prasad Pawase, Brahmankar P.K., Pawade R.S., Balasubramanium R. Analysis of Machining Mechanism in Diamond Turning of Germanium Lenses. Procedia Materials Science, 2014, no. 5, pp. 2363–2368.

[10] Wang J., Fang F., Zhang X. An experimental study of cutting performance on monocrystalline germanium after ion implantation. Precision Engineering, 2015, no. 39, pp. 220–223.

[11] Грубый С.В., Лапшин В.В. Моделирование процесса и разработка технологии сверхточной обработки плоских отражателей однорезцовой алмазной фрезерной головкой. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 2. URL: ttp://technomag.edu.ru/doc/699743.html, doi: 10.7463/0214.0699743.

[12] Evans J., Rhorer L. Fabrication of optics by diamond turning. Chapter 41 in Handbook of Optics, 2nd, II, 1995.

[13] Chen H., Dai Y., Zheng Z., Gao H., Li X. Effect of crystallographic orientation on cutting forces and surface finish in ductile cutting of KDP crystals. Machining Science and Technology, 2011, vol. 15, no. 2, pp. 231–242.

[14] Шавва М.А., Грубый С.В, Анализ взаимосвязи износа круга и сил резания при алмазном шлифовании. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 11. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/731997.html, doi: 10.7463/1114.0731997.