Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Диссертационная работа:

Щукин Александр Сергеевич. Лазерное импульсное формообразование деталей из хрупких неметаллических материалов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.07 / Щукин Александр Сергеевич; [Место защиты: Тул. гос. ун-т].- Тула, 2010.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2724

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Анализ состояния вопроса. Постановка цели и задач
исследования
10

  1. Системагизация хрупких неметаллических материалов и виды применяемых технологических воздействий 10

  2. Сравнительный анализ методов формообразования хрупких неметаллических материалов 13

  3. Анализ механизмов процесса оптического пробоя в объеме материала и оценка их вклада в форму образуемых разрушений 22

  4. Анализ механизмов процесса оптического пробоя поверхности

хрупких неметаллических материалов 38

Выводы по главе. Цель работы и задачи исследования 40

Глава 2. Теоретические исследования лазерного дискретного формообразования поверхности хрупких неметаллических материалов43

  1. Анализ способов лазерного дискретного формообразования поверхности 43

  2. Лазерное дискретное формирование разделяющей поверхности в объеме материала 46

  1. Разработка технологических схем формообразования 46

  2. Определение условий образования непрерывной поверхности 48

2.3. Лазерное дискретное формообразование поверхности в результате
съема материала 50

  1. Разработка технологических схем формообразования 50

  2. Определение условий образования непрерывной поверхности 59

2.4. Влияние нагрева материала на порог оптического пробоя при

воздействии наносекундного лазерного излучения 67

Выводы по главе 72

Глава 3. Экспериментальные исследования лазерного дискретного
формообразования поверхности хрупких неметаллических материалов74
3.1. Исследования лазерного дискретного формирования разделяющей
поверхности в объеме материала 76

  1. Исследование структуры разрушений в объеме обрабатываемого материала 76

  2. Исследование влияния поляризации лазерного излучения на формирование разрушений в объеме обрабатываемого материала 82

  3. Исследование формообразования материалов с применением рациональных схем относительного расположения разрушений 84

3.2. Исследования лазерного дискретного формообразования поверхности в
результате съема обрабатываемого материала 89

  1. Исследование формообразования от «входной» поверхности обрабатываемых материалов 89

  2. Исследование формообразования от «выходной» поверхности прозрачных обрабатываемых материалов 98

  3. Исследование формообразования поверхности материалов в различных технологических средах 101

3.2.4. Исследование процессов эвакуации продуктов обработки 105

Выводы по главе 109

Глава 4. Технологические исследования лазерного дискретного
формообразования поверхности. Примеры реализации способа
111

  1. Прогнозируемые технологические показатели лазерного дискретного формообразования 7 111

  2. Примеры реализации лазерного дискретного формообразования 120

  1. Получение глубоких отверстий 121

  2. Получение фасонных отверстий 121

  3. Получение объемных элементов с комбинацией поверхностей... 122

  4. Получение комплексов поверхностей 124

  5. Получение внутренних незамкнутых полостей 127

4.3. Разработка системы автоматизированного проектирования

технологических операций 128

Выводы по главе 132

Заключение 134

Список литературы 137

Приложение 147

Введение к работе:

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

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

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

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

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

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

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

Цель работы.

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

Достижение поставленной цели требует решения ряда основных задач:

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

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

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

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

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

Методы исследования.

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

Положения, выносимые на защиту:

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

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

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

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

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

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

Практическая ценность работы состоит в следующем:

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

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

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

Апробация работы.

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

Публикации.

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

Структура и объем работы.

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


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net