CC BY
61
Секция « Технология производства ракетно-космической техники»
Рис. 2. Зависимость предела текучести рт от геометрического отношения l/d, содержания абразива Ka и добавок мелкодисперсного фторопласта Ф-4: 1 - Ka = 1; 2 - Ka = 2; 3 - Ka = 3; 4 - Ka = 4; 5 - Ka = 1, Кф = 0,1; 6 - Ka = 2, Кф = 0,1; 7 - Ka = 3, Kj = 0,1; 8 - Ka = 4, Kj = 0,1. Графики зависимости аппроксимированы уравнениями:
1 - Рт = 0,25 kT - 0,15; 5 - Рт = 0,33 kT + 0,25;
2 - Рт = 0,25 kT - 0,05; 6 - Рт = 0,41 kT + 0,5;
3 - Рт = 0,49 kT + 1,5; 7 - Рт = 0,74 kT + 1,5;
4 - Рт = 0,6 kT + 7,55; 8 - Рт = 2 kT + 8, где kT = l/d
Заметно существенное влияние геометрических характеристик обрабатываемой поверхности: с увеличением длины канала и уменьшением его диаметра необходимо большее давление в подающем цилиндре для обеспечения сдвигового течения.
Библиографические ссылки
1. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : моногр. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007. 228 с.
2. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : моногр. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.
© Ермоленко А. И., Теряев Н. С., Володин А. Ю., Сысоева Л. П., 2014
УДК 621.9.06.001
В. В. Зверинцев, Ю. С. Завершинская, Ю. И. Тягусева Научный руководитель - Л. В. Зверинцева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА АБРАЗИВНОГО ПОЛИРОВАНИЯ
Знания о процессах полирования требуются повсеместно. Появление и рост эффективности и производительности дисководов, силиконовых чипов, а также солнечных батарей, полирование кремниевой поверхности которых перед нанесением тонких магнитных или проводящих пленок, должна быть идеальной. Заглаживание рисок, оставшихся после механической обработки полированием, благотворно сказывается на износостойкости деталей. В результате полирования сокращается площадь поверхности детали, окисляющейся воздухом и агрессивными средами, что повышает коррозионную стойкость детали. Полирование позволяет обнаружить дефекты поверхностного слоя: трещины, волосовины и флокены, которые на грубо обработанной поверхности незаметны.
Согласно ГОСТ 23505-79 абразивное полирование -абразивная обработка, предназначенная для уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности и увеличения зеркального отражения.
Поверхность становится оптически гладкой, блестящей, если величина неровностей на ней меньше половины длины волны видимого света, т. е. не должна превышать 0,2 мкм [1].
Существует несколько точек зрения сущности полирования, среди которых можно выделить основные.
По первой теории по аналогии с процессом шлифования при полировании производится микрорезание, сдвиги и разрушение кристаллической решетки. Эта гипотеза не может быть принята, поскольку не объясняет процесс, когда твердый материал хорошо полируется более мягким.
С точки зрения второй теории при полировании происходит лишь пластическое течение материала, при котором перераспределяется только верхний слой ме-
талла, поверхностные впадины заполняются за счет выступов. Но масса полируемых изделий уменьшается, это свидетельствует о том, что при полировании происходит абразивное удаление материала с поверхности.
Третья точка зрения принадлежит Д. Бейльби. В процессе притирки и полировании происходит чрезвычайно сильный нагрев поверхности и металл приобретает псевдожидкое состояние. Джорж Бейльби провел эксперименты, где после поверхностного химического вытравливания, на полированном образце проступали следы царапин от предыдущей стадии абразивного процесса. Возможность плавления в этих условиях маловероятна. Расплавленный металл под влиянием поверхностного натяжения образует гладкую поверхность, мгновенно застывает и не успевает приобрести кристаллическое строение. Такому поверхностному слою приписывают аморфный характер. Но, как известно, еще никем не получен металл в виде некристаллического, аморфного состояния.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки
Многие детали доводятся и полируются с добавлением охлаждающей жидкости.
В 1937 году Финч подтвердил теорию Бейльби другой серией экспериментов, после чего предположил, что существует два типа блестящей поверхности -поверхность с псевдожидким слоем и поверхность, имеющую такие тонкие царапины, что она выглядит, как полированная.
По теории акад. И. В. Гребенщикова, в процессе полирования основную роль играют химические процессы, происходящие на обрабатываемой поверхности. Если считать, что расстояние между центрами атомов в кристаллической решетке металлов равно примерно 0,5 нм, то средняя высота неровностей на полированной поверхности не превышает четырех слоев атомов. Это говорит о том, что рассматриваемые явления, не могут учитывать отдельные свойства не только молекул, но и атомов. По мнению И. В. Гребенщикова, металлическая поверхность всегда бывает покрыта оксидной пленкой, которая образуется практически мгновенно (слой окислов толщиной 1,4 нм образуется на железе в 0,05 с). Не только кислород, но и хлор, йод, сера при контакте с чистыми поверхностями образуют соответствующие пленки. Вследствие взаимного движения детали и инструмента пленка, покрывающая обрабатываемую поверхность, срывается в первую очередь в тех местах, где инструмент близко подходит к поверхности обработки. Обнажившаяся поверхность металла под влиянием кислорода или другого химического реагента вновь мгновенно покрывается пленкой, которая снова срывается полирующим инструментом. Шероховатость постепенно удаляется и получается ровная поверхность, которая не была подвергнута грубым механическим воздействиям, вызывающим разрушение кристаллической решетки. Однако и эта гипотеза не может объяснить полноту явлений, происходящих при обработке.
По мнению П. И. Ящерицына, А. Г. Зайцева и А. И. Барботько [2], при полировании не происходят указанные выше процессы в чистом виде. Одновременно действуют следующие факторы:
- химическое воздействие поверхностно-активных полирующих веществ (стеариновой кислоты, парафина и др.);
- резание абразивными зернами или размельчение (диспергирование) тончайшего поверхностного слоя;
- пластическое течение микрорельефа полируемой поверхностью. Процесс резания практически не может проходить с полным отсутствием пластических деформации. Теплота, образующаяся при трении, способствует этому. При полировании гребешки микронеровностей размягчаются и металл, как бы размазывается по обрабатываемой поверхности.
Профессор Тоширо К Бо1. из университета в г. Саи-тама (Япония), руководитель лаборатории, эксперт мирового уровня в области шлифования, полирования (в том числе химико-механического полирования), написавший 8 книг, более 100 научных работ и являющийся автором более 170 патентов в этой области считает, что полирование - это процесс, в котором рабочие частицы абразива не генерируют хрупких структур на обрабатываемой поверхности, а постепенно устраняют дефекты поверхности посредством пластической де-
формации, в конечном итоге образуют гладкую зеркальную поверхность. На этой финальной стадии, абразивные частицы не царапают поверхность, а лишь повышают дефектность выступающих над плоскостью поверхности участков, открывают доступ жидкой основе компаунда в пространство между поликристаллическими зернами металла. Это облегчает их пластическую деформацию в жидкой, смачивающей их среде. Поверхность металла, в том числе и ее микродефекты, при давлении и температуре полирования интенсивно адсорбируют жидкий компаунд, который действует как поверхностно активное вещество (ПАВ) и понижает поверхностную энергию твердого металла до состояния, в котором пластическая деформация возможна и без разогрева до температур термопластической деформации (как правило, близких к температуре плавления). Давление прижатия полировального инструмента к изделию, создает необходимое напряженное состояние. Это давление значительно меньше требуемого давления для шлифования или для термопластической деформации[3].
Для описания модели процесса полирования может быть применим эффект Ребиндера, открытый в 1928 году. П. А. Ребиндер описал эффект адсорбционного понижения прочности твёрдых тел, облегчение деформации и разрушения твёрдых тел вследствие обратимого физико-химического воздействия среды. Эффект наблюдается при контакте твёрдого тела, находящегося в напряжённом состоянии, с жидкой адсорбционно-активной средой. Благодаря этому эффекту можно резать обычными ножницами стекло под водой, а в самолетах категорически запрещено возить ртуть - она прекрасно смачивает алюминий (способствуя эффекту адсорбции). При попадании на крылья самолета, находящиеся в полете в напряженном состоянии, возникает опасность того, они могут погнуться и даже переломиться.
Производство полупроводниковой продукции с субмикронными размерами элементов - это уже сегодняшний день, а шероховатость поверхностей для микроэлектроники достигла величин в несколько ангстрем. Это на девять порядков тоньше, чем уровень «нано», который уже повсеместно используется в бытовой электронике. В чипах для Ipod и Iphone от Apple используется технология 32 нм. Все современные достижения в области полирования общеизвестны, широко обсуждаются, ставятся эксперименты, публикуются результаты.
Библиографические ссылки
1. Зверинцева Л. В. Абразивное полирование эластичным инструментом. Теоретические и практические основы процесса. Издатель: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH& Co. KG, Germany, 2012. 200 c.
2. Ящерицын П. И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов/ П. И. Ящерицын, А. Г. Зайцев, А. И. Барбатько. Минск : Наука и техника, 1976. 328 с.
3. URL: http://www.jportal.ru/forum/forum20/topic 7951/?PAGEN_1=4 (дата обращения: 10.03.2014).
© Зверинцев В. В., Завершинская Ю. С., Тягусева Ю. И., 2014
