Научная статья на тему 'Современное состояние электрофизических методов размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из хрупких неметаллических материалов'

Современное состояние электрофизических методов размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из хрупких неметаллических материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
354
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА / КАЛИБРОВКА / КАПИЛЛЯРНЫЕ ОТВЕРСТИЯ / ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / ДЕТАЛИ ИЗ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ / DIMENSIONAL PROCESSING / CALIBRATION / CAPILLARY HOLES / ELECTRIC PULSE TECHNOLOGY / PARTS MADE OF BRITTLE NONMETALLIC MATERIALS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Резюков Игорь Васильевич, Резюкова Людмила Владимировна

Проведен анализ существующих технологий размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из сверхтвердых и хрупких материалов. В результате исследования выявлены недостаточная точность и качество обработки, необходимость применения дорогостоящих сложных инструментов и оборудования, доводки размеров и устранения шероховатости внутренней поверхности отверстий абразивными материалами, при этом предъявляются высокие требования к квалификации рабочих. Все это объясняет низкую продуктивность таких технологий. Кроме того, состояние существующих методов размерной обработки капиллярных отверстий не позволяет в полном объеме механизировать и автоматизировать эти процессы. Предложена и экспериментально проверена технология изготовления отверстий заданного радиуса электроимпульсным методом, которая полностью исключает указанные недостатки. Разработана математическая модель процессов, происходящих при расширении капиллярных отверстий в диэлектрических материалах посредством импульсных дуг, в частности движения температурного фронта, созданного каналом дуги в теле капилляра. Результатом экспериментальных исследований явилось создание автомата, позволяющего калибровать отверстия в заготовках микроинструмента, используемого для термокомпрессионной сварки при автоматической сборке интегральных микросхем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE MODERN STATE OF ELECTROPHYSICAL METHODS DIMENSIONAL TREATMENT OF SMALL HOLES IN DETAILS OF THE BRITTLE NON-METALLIC MATERIALS

The existing technology of dimensional processing of small-diameter holes in parts made of superhero and brittle materials has been analyzed. As a result insufficient precision and quality of processing, the need to use expensive and sophisticated tools and equipment, tweaking of sizes and elimination of roughness of the inner surface of the holes by abrasive materials, with high requirements to skilled workers have been revealed. This explains the low productivity of these technologies. In addition, the existing methods of dimensional processing of capillary holes make it possible to mechanize and automate these processes. Technology of producing holes of given radius by electric pulse method has been proposed and experimentally tested, which eliminates these drawbacks. The mathematical model of the processes occurring during the expansion of the capillary holes in dielectric materials by means of pulsed arcs, movement of the temperature front created by the arc channel in the body of the capillary in particular, has been developed. The result of experimental research was the creation of automatic system, allowing to calibrate holes in micro tool blanks used for term compressive welding in automatic assembly of integrated circuits.

Текст научной работы на тему «Современное состояние электрофизических методов размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из хрупких неметаллических материалов»

УДК 621.95.044.7-03 ББК К500.134:К500.7

ИВ. РЕЗЮКОВ, Л.В. РЕЗЮКОВА

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА В ДЕТАЛЯХ ИЗ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: размерная обработка, калибровка, капиллярные отверстия, электроимпульсная технология, детали из хрупких неметаллических материалов.

Проведен анализ существующих технологий размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из сверхтвердых и хрупких материалов. В результате исследования выявлены недостаточная точность и качество обработки, необходимость применения дорогостоящих сложных инструментов и оборудования, доводки размеров и устранения шероховатости внутренней поверхности отверстий абразивными материалами, при этом предъявляются высокие требования к квалификации рабочих. Все это объясняет низкую продуктивность таких технологий. Кроме того, состояние существующих методов размерной обработки капиллярных отверстий не позволяет в полном объеме механизировать и автоматизировать эти процессы. Предложена и экспериментально проверена технология изготовления отверстий заданного радиуса электроимпульсным методом, которая полностью исключает указанные недостатки. Разработана математическая модель процессов, происходящих при расширении капиллярных отверстий в диэлектрических материалах посредством импульсных дуг, в частности движения температурного фронта, созданного каналом дуги в теле капилляра. Результатом экспериментальных исследований явилось создание автомата, позволяющего калибровать отверстия в заготовках микроинструмента, используемого для термокомпрессионной сварки при автоматической сборке интегральных микросхем.

В конструкциях современных изделий машино-, приборостроения, ядерной энергетики, самолето- и ракетостроения для повышения надежности выпускаемой продукции во все больших масштабах находят применение материалы, обладающие высокими физико-механическими свойствами. Такими материалами является неметаллические трудно обрабатываемые материалы: ситталы, ферриты, кварц, керамика, различные технические камни (например, искусственные сапфиры). Изделия из таких материалов перспективны и необходимы для решения важнейшей задачи обеспечения конкурентоспособности продукции на основе повышения долговечности, надежности и экономичности различных машин, механизмов, приборов и аппаратуры, их технологичности, упрощения конструкций, что является необходимой базой повышения уровня автоматизации технологических процессов. Особенностью вышеперечисленных материалов является их значительная твердость. Высокая абразивная способность твердых материалов осложняет их обработку традиционным лезвийным инструментом (включая и твердосплавный). Несмотря на то, что детали из таких материалов имеют, как правило, весьма несложную (цилиндрическую или коническую) конфигурацию, обработка их обычными способами весьма затруднительна, так как связана с процессом хрупкого разрушения.

Если вопросы формообразования наружных размеров таких деталей решены достаточно успешно с помощью алмазной шлифовки, то получение точных отверстий в этих материалах является очень трудоемкой операцией. В особой степени это касается калибровки отверстий особо малого диаметра -капилляров (й < 10-5-10-4 м).

В приборостроении для производства микроинструмента из неметаллических материалов, используемого для термокомпрессионной сварки при автоматической сборке интегральных микросхем, в настоящее время применяются керамика на основе Л120з и синтетические корунды. Эти материалы относятся к окисной керамике, которая обладает высокой прочностью при сжимающих и изгибающих усилиях и сохраняет ее до очень высоких температур. Это обстоятельство определило применение такой керамики в качестве конструкционного материала для изготовления деталей, работающих на истирание при одновременном нагреве.

Общими свойствами для всех видов технической керамики, как уже отмечалось, являются их хрупкость и связанные с этим трудности механической обработки, низкое значение предела прочности при ударных нагрузках. При этом, имея практически сравнимые характеристики по отдельным параметрам, керамика несравнима по пористости с синтетическим корундом.

Минимальная пористость рабочих поверхностей является одним из важных свойств, которым должны обладать, в частности, микроинструмент для термокомпрессионной сварки при производстве интегральных микросхем, микросборок полупроводниковых приборов, фильеры для протягивания особо тонких проволок и искусственных волокон и т.п. Содержащиеся в керамике поры приводят к снижению прочности и преждевременному выходу инструмента из строя. Наличие пор на рабочих поверхностях способствует увеличению трения скольжения протягиваемой проволоки по материалу инструмента, их взаимной адгезии и закупорке капиллярного отверстия. Понятно, что отсутствие или уменьшение количества изъянов на внутренней поверхности капиллярных отверстий повысило бы их качественные показатели. Создание высокоэффективных методов обработки керамических материалов представляет одну из сложнейших задач современного машиностроения.

На практике в настоящее время применяются различные технологии выполнения отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых неметаллических материалах.

Известны различные неэлектрические методы размерной обработки. Основным методом получения высокоточных поверхностей деталей из технической керамики и синтетических корундов является шлифование [7]. Обрабатываемость керамических материалов определяется следующими факторами: механическими свойствами керамики, зависящими от условий и параметров спекания, жесткостью технологической системы и режимами резания.

Одна из существующих технологий (рис. 1) основана на том, что начальное капиллярное отверстие в керамических заготовках 1 при прессовании формируются знаками 2 соответствующих форм и размеров. Затем керамика запекается, освобождается от знака, отверстие вскрывается по линии А - Б, после чего внутренние полости шлифуются и калибруются с помощью вольфрамовых проволок соответствующих диаметров алмазными пастами и суспензиями. Этот метод обработки, во-первых, малопроизводителен, так как: 1) требует нескольких этапов расширения отверстия до требуемого диаметра и в связи с этим - боль-

Рис.1. Формирование заготовки из керамики

ших временных и трудовых затрат на процессы заправки проволок; 2) скорость съема материала ограничена.

Во-вторых, он требует высокой квалификации рабочих и не всегда приводит к желаемому результату - шероховатость внутренней поверхности и округлость отверстий не удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Исследования показали наличие в поверхностном слое прошлифованных образцов дефектного слоя, обладающего повышенной вязкостью и пониженной хрупкостью [8]. В случае образца, у которого полированием удален внешний дефектный слой, предельная глубина сколообразования в случае же шлифованных образцов она складывается из глубины дефектного слоя материал которого в большей мере склонен к вязкому пластическому течению, нежели к хрупкому разрушению, и глубины внедрения в исходный материал соответствующей Ь для полированного образца. Из этих соображений была определена глубина дефектного слоя ^ = ¿3 - 12, которая составила в среднем 10 мкм.

Загрязнение абразивными материалами внутренней поверхности обрабатываемой детали требует дополнительных затрат труда, времени и материалов для промывки отверстий, например, этиловым спиртом в ультразвуковой ванне. Кроме того, задача калибровки таким способом усложняется тем обстоятельством, что диаметры калибруемых отверстий должны быть значительно меньше 1 мм.

Алмазное сверление также является одним из наиболее популярных существующих методов механической обработки отверстий в хрупких твердых неметаллических материалах [3]. Существует несколько десятков конструкций алмазных сверл, предназначенных для обработки отверстий в широком интервале диаметров и глубин [12]. Алмазное сверление - напряженный вид шлифования, особенностью которого является полный контакт режущей части инструмента с обрабатываемой деталью в замкнутом объеме. Для осуществления алмазного сверления всегда существует необходимость применения не только специальных инструментов в зависимости от вида отверстий, обрабатываемых материалов, но и создания условий для охлаждения сверл и удаления шлама из зоны обработки.

Кроме того, алмазные сверла требуют правки для получения максимальной режущей способности при установке новых сверл, для восстановления режущих свойств сверла, устранения биения сверла, обеспечения необходимой точности сверла по диаметру.

Диапазон скоростей резания, рекомендуемых при эксплуатации алмазного инструмента, достаточно широк (1-30 м/с). С ростом скорости резания уменьшается удельный съем материала, приходящийся на каждое работающее алмазное зерно и, как следствие, уменьшается шероховатость поверхности. Однако для алмазного сверления, характеризующегося тем, что режущие поверхности алмазных сверл находятся в постоянном контакте с обрабатываемым материалом, рекомендуются нижние значения скоростей этого диапазона. При сверлении керамики, рубина и лейкосапфира рекомендуемая производительность сверления составляет 1-2 мм/мин [3, 9]. При чрезмерном увеличении скорости резания возникают вибрации (как абсолютные, так и относительные), резко падает стойкость сверл, ухудшается качество обработки, увеличиваются сколы и их число.

Более производительным по сравнению с алмазным сверлением способом формообразования поверхностей деталей из твердых и хрупких материалов является ультразвуковая размерная обработка [5]. Ультразвуковая обработка -это воздействие ультразвука (обычно с частотой 15-50 кГц) на вещества в технологических процессах. Для ультразвуковой обработки применяют технологические аппараты с электроакустическими излучателями. Отношение глубины отверстия (толщины материала) к его диаметру является мерой качества получения тонких отверстий. Оно составляет не более 2:1 при обычном сверлении и не более 4:1 - при ультразвуковом методе, используемом при сверлении рубина и других тугоплавких материалов [11]. Это обстоятельство весьма ограничивает область применения этих видов обработки отверстий.

После ультразвуковой прошивки отверстий также требуется доводка для более точной калибровки и достижения необходимой шероховатости поверхности с помощью внутреннего шлифования.

Исходя из проведенного обзора используемых в настоящее время неэлектрических методов калибровки напрашивается вывод о том, что все они обладают существенными недостатками, к которым относятся: высокая трудоемкость; недостаточная чистота обрабатываемой поверхности, что требует применения дополнительных технологических операций; особые требования к качеству рабочего инструмента и высокому уровню квалификации рабочих.

Особого внимания заслуживают электрофизические методы обработки отверстий, которым не свойственны перечисленные выше недостатки механических способов.

К электрофизическим методам обработки (ЭФМО) относятся различные по схемному решению и назначению методы, основанные на использовании электрической энергии или специфических физических явлений, создаваемых этой энергией, для удаления материала или формообразования обрабатываемой заготовки [13, 17]. К ЭФМО непроводящих материалов можно отнести электроимпульсную и светолучевую (лазерную) обработки.

Лазерное сверление широко применяется не только для особо твердых материалов, но и для материалов, отличающихся повышенной хрупкостью [16]. В процессе освоения лазерной технологии сверления капиллярных отверстий в рубиновых заготовках [18] решалась также проблема, связанная с растрескиванием заготовок при воздействии на них лазерного излучения. Поэтому выбор режима работы лазера, обеспечивающего целостность заготовок при обработке отверстий в них до каждого конкретного диаметра, имеет решающее значение.

В отдельных случаях при обработке рубина происходило искажение продольной формы отверстия, как правило, в конечной его части. Кроме того, при лазерном сверлении имеет место неперпендикулярность отверстия к торцу заготовки, которая может быть вызвана в некоторых случаях наклонным падением излучения. Поэтому для обработки каждого нового изделия требуется тщательная юстировка оптического резонатора лазера, которая позволяет избежать этого искривления.

Основной же причиной неперпендикулярности отверстий в заготовках из синтетических или природных монокристаллических материалов является неперпендикулярность торцевых поверхностей этих заготовок их оптической оси. Устранение этого недостатка крайне затруднительно и требует высокого уровня квалификации оператора.

Для получения отверстий заданного диаметра применяется также электронно-лучевая обработка [6, 19]. Обработка хрупких материалов (стекла, керамики, рубина, алмаза и др.) имеет свои особенности, связанные с характером разрушения материала в зоне электронно-лучевого воздействия. В процессе электронно-лучевого нагрева возникают механические факторы, обусловливающие растрескивание и вынос вещества в виде осколков. Таким образом, одним из основных недостатков данного метода является нагрев всего образца, а также, как следствие, изменение структуры его вещества, что не всегда благоприятно сказывается на качестве изделия. Кроме того, взаимодействие электронного пучка с продуктами выброса (смесью пара и конденсата) в объеме канала приводит к тому, что непрерывно действующий пучок электронов периодически рассеивается на стенках канала.

Перечисленные недостатки снижают эффективность применения данного метода обработки для изготовления точных отверстий малого диаметра. Требуется высококвалифицированный персонал для доводки каждого отверстия до нужных диаметров и качества поверхности, как правило, механическими способами.

Из приведенного выше обзора и на основании анализа существующих технологий изготовления точных отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых, хрупких, неметаллических материалах можно сделать следующие выводы:

1. Механическая обработка (сверление) таких материалов малопроизводительна, требует высокой квалификации рабочих, не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям точности и качества обработки, связана с применением дорогостоящих и сложных инструментов и оборудования, требует доводки размеров и внутренней поверхности отверстий абразивными материалами.

2. Применение многих существующих электрофизических методов обработки таких материалов при современных требованиях к качеству и точности калибруемых отверстий, повышению производительности труда затруднено из-за необходимости включения в технологический процесс операций шлифования и полирования поверхностей.

3. Состояние рассмотренных методов размерной обработки капиллярных отверстий не позволяет полностью механизировать и автоматизировать эти процессы.

Этих недостатков можно избежать, используя в качестве «инструментов» импульсные электрические дуги. Подобная технология описана в [19], но для калибровки микроотверстий в металлических (медь, титан, тантал) деталях.

Метод размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из хрупких неметаллических материалов разработан в Чувашском государственном университете [2] и описан в работах [10, 14].

Для реализации поставленных задач прежде всего была определена принципиальная возможность применения импульсной дуги для расширения отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых диэлектрических материалах. Для этой цели была создана экспериментальная лабораторная установка, блок-схема которой изображена на рис. 2.

Установка состоит из трех блоков: зарядного устройства ЗУ, генератора импульсов тока ГИТ, блока поджига БП. Разрядный промежуток (РП) представляет собой двухэлек-тродную систему типа «игла - плоскость». В данной системе «иглой» служит знак, на который надевается исследуемая заготовка.

Для определения принципиальной возможности применения электроимпульсной технологии для калибровки отверстий малого диаметра в диэлектрических труднообрабатываемых материалах в качестве экспериментальных образцов использовались керамические заготовки микроинструмента КТ-3 [4]. Каждый образец предварительно исследовался под микроскопом МБС-10 или фотографировался на установке ММР-2Р. Производился замер вскрытого отверстия и обследовалось состояние торцевой поверхности заготовки. Затем образец устанавливался в разрядный промежуток, обрабатывался импульсным разрядом, после чего производилось измерение диаметра полученного отверстия. Результаты некоторых из этих измерений сведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты обработки образцов импульсными разрядами

№ Число Результаты замеров, мкм

образца разрядов начальный размер конечный диаметр

5 22,5 30

1 +10 30 37,5

+5 37,5 47

5 22,5 30

2 +5 30 35

+5 35 37

3 5 30 37,5

4 10 20 50

5 10 25 45

На рис. 3 приведены характерные фотографии.

Из данных измерений и сравнения с результатами калибровки отверстий механическим способом, а также по характерным фотографиям был сделан вывод о принципиальной возможности и перспективности применения новой импульсной технологии для расширения отверстий во вскрытых заготовках из труднообрабатываемых материалов, целесообразности продолжения исследований в данном направлении с целью установления количественных закономерностей.

В связи с необходимостью проектирования промышленного образца была разработана математическая модель процессов, происходящих при расширении капиллярных отверстий в диэлектрических материалах посредством импульсных дуг, в частности движения температурного фронта, созданного каналом дуги в теле капилляра [15].

Экспериментальная проверка полученных в [10, 15] соотношений проводилась при калибровке отверстий в заготовках микроинструмента из синтетического корунда «Рубин-10» ГОСТ 22029-76. Исходя из начальных (до воз-

Рис. 2. Блок-схема лабораторной установки

действия) размеров отверстий (I =10 м; г0 = 12-10 м), допустимых значений тока - до 150 А и напряжения - до 25 кВ, индуктивность разрядного контура выбрана равной 1 мкГн, емкость конденсаторов ЕНЭ - 440-10-12 Ф. Ограничения по току определялись максимально допустимым газокинетическим давлением на стенки капиллярного отверстия, а по напряжению - размером разрядного промежутка и ограничением по току.

а б в

Рис. 3. Характерные фотографии: а - вскрытое капиллярное отверстие (й = 24-10-6 м); б - отверстие, откалиброванное электроимпульсным методом (й = 60-10-6 м); в - отверстие, откалиброванное традиционным способом (й = 45-10-6 м)

Результатом экспериментальных исследований явилось создание автомата, позволяющего калибровать отверстия в заготовках микроинструмента. Общий вид автоматической установки показан на рис. 4.

Рис. 4. Автоматическая установка калибровки капиллярных отверстий

Установка состоит из обрабатывающей станции и системы контроля качества отверстий. Обрабатывающая станция 3 включает в себя систему автоматической подачи заготовок и высоковольтное устройство. Система контроля качества отверстий состоит из измерительного и микропроцессорного управляющего устройств.

Измерительное устройство представляет собой видеомикроскоп, состоящий из оптической части 1, телевизионной камеры 2, видеомонитора 4 и электронного блока обработки измерительной информации и представления

результатов измерения в цифровом виде на экране монитора. Устройство определяет величины диаметров отверстия по двум взаимно перпендикулярным направлениям и выводит информацию на экран монитора одновременно с изображением измеряемого отверстия.

Работой установки можно управлять, набирая определенные команды на клавиатуре, которая находится на обрабатывающей станции.

Установка позволяет увеличить производительность при улучшении качества отверстий. Если при обработке по традиционной технологии норма времени на изготовление одного отверстия диаметром 60 мкм равна 27 мин, то при электрофизической калибровке производительность составляет 3 отверстия того же диаметра в 1 мин при стопроцентном контроле изделий. Поверхность отверстия керамической заготовки после теплового воздействия импульсных дуг остекловывается, пористость практически отсутствует.

Литература

1. Абляз Т.Р., Ханов А.М., Хурматуллин О.Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов. Пермь: Изд-во:Перм. нац. исслед. политехи. ун-та, 2012. 112 с.

2. А.с. 1685046 СССР, МКИ 5 В 28 D 1/00. Способ изготовления отверстий малого диаметра / И.Д. Ахметзянов, И.П. Верещагин, И.В. Резюков. Опубл. в 1991, 2 с.

3. Балыков А.В. Алмазное сверление отверстий в деталях из хрупких неметаллических материалов. М.: Наука и технологии, 2003. 187 с.

4. Бойко А.Ф., Блинова Т.А. Краткий анализ конструкции и технологии производства инструмента для микросварки и микропайки // Международный научно-исследовательский журнал. 2013.№ 12-1(19). С. 45-48.

5. Бржозовский Б.М., Бекренев Н.В. Ультразвуковые технологические процессы и оборудование в машино- и приборостроении. Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2009. 348 с.

6. Бурдовицин В.А., Климов А.С., Окс Е.М. Электронно-лучевая обработка диэлектриков плазменным источником электронов в форвакуумной области давлений // Электронные средства и системы управления. 2009. № 1. С. 185-188.

7. Горелов В.А., Алексеев С.В. Особенности механической обработки деталей из керамических материалов // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. Т. 2, № 2 (14). С. 64-67.

8. Душко О.В., Мышлинская И.Х., Перфилов В.А. Обработка изделий из высокотвердой керамики // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. 2014. № 38. С. 65-74.

9. Заковоротный В.Л., Лапшин В.П., Туркин И.А. Управление процессом сверления глубоких отверстий спиральными сверлами на основе синергетического подхода // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Сер. Технические науки. 2014. № 3(178). С. 33-41.

10. Калихман С.А., Резюков И.В. Электроимпульсная калибровка капиллярных отверстий // Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. 1999. № 1-2. С. 128-133.

11. Моргунов Ю.А., Опальницкий А.И., Перепечкин А.А. Современное состояние и перспективы применения в отрасли ультразвуковой размерной обработки изделий // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. № 2. С. 140-144.

12. Пат. 2457935 РФ, МПК B24D18/00, B24D3/06, B23K35/24. Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов / Е.Г. Соколов, А.Д. Козаченко (РФ). № 2010145573/02; Заявл. 09.11.2010; Опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22. 6 с.

13. Поляков З.И., ИсаковВ.М., Исаков Д.В., Шамин В.Ю. Электрофизические и электрохимические методы обработки. 2-е изд., перер. и доп. Челябинск: Южноуральский гос. ун-т, 2006. 89 с.

14. Резюков И.В. Исследование зависимости температуры канала капиллярного разряда от введенной энергии // Вестник Чувашского университета. 1997. № 1. С. 145-152.

15. Резюков И.В. Методология моделирования электрофизической калибровки отверстий // Энергетика и электротехника: актуальные проблемы и решения: сб. науч. тр. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2007. С. 189-195.

16. Charschan S.S. Lasers as Production Tools. IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation, 1975, vol. IECI-22, iss. 1, pp. 3-8.

17. Chang-Seung Ha, Dong-Hyun Kim, Ho-Jun Lee, Hae June Lee, Hyun Seok Tak, Myung Chang Kang. Development of a pulse driven micro-electrical discharge machining for micro-hole boring. Plasma Science - Abstracts, 2009. ICOPS 2009. IEEE International Conference. San Diego, 2009, p. 1.

18. Kuzin V.V. Technology for machining high-refractory ceramic parts based on silicon nitride. Refractories and Industrial Ceramics, 2006, vol. 47, no. 4, pp. 204-208.

19. Goktas H., Kirkici H., Oke G., Udrea M.V. Microprocessing by intense pulsed electron beam. Udrea IEEE Transactions on Plasma Science, 2002, vol. 30, iss. 5, pp. 1837-1842.

РЕЗЮКОВ ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ - доцент, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).

РЕЗЮКОВА ЛЮДМИЛА ВЛАДИМИРОВНА - кандидат экономических наук, доцент кафедры отраслевой экономики, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).

I REZYUKOV, L. REZYUKOVA THE MODERN STATE OF ELECTROPHYSICAL METHODS DIMENSIONAL TREATMENT OF SMALL HOLES IN DETAILS OF THE BRITTLE NON-METALLIC MATERIALS

Key words: dimensional processing, calibration, capillary holes, electric pulse technology, parts made of brittle nonmetallic materials.

The existing technology of dimensional processing of small-diameter holes in parts made of superhero and brittle materials has been analyzed. As a result insufficient precision and quality of processing, the need to use expensive and sophisticated tools and equipment, tweaking of sizes and elimination of roughness of the inner surface of the holes by abrasive materials, with high requirements to skilled workers have been revealed. This explains the low productivity of these technologies. In addition, the existing methods of dimensional processing of capillary holes make it possible to mechanize and automate these processes. Technology ofproducing holes of given radius by electric pulse method has been proposed and experimentally tested, which eliminates these drawbacks. The mathematical model of the processes occurring during the expansion of the capillary holes in dielectric materials by means of pulsed arcs, movement of the temperature front created by the arc channel in the body of the capillary in particular, has been developed. The result of experimental research was the creation of automatic system, allowing to calibrate holes in micro tool blanks used for term compressive welding in automatic assembly of integrated circuits.

References

1. Ablyaz T.R., Khanov A.M., Khurmatullin O.G. Sovremennye podkhody k tekhnologii elek-troerozionnoi obrabotki material [Modern approaches to technology of elek-troerozionny processing of materials]. Perm, Perm National Research Polytechnic University Publ., 2012, 112 p.

2. Akhmetzyanov I.D., Vereshchagin I.P., Rezyukov I.V. Sposob izgotovleniya otverstii malogo diametra [A method of manufacturing a smalldiameter holes]. Patent USSR 1685046, 1991.

3. Balykov A.V. Almaznoe sverlenie otverstii v detalyakh iz khrupkikh nemetallicheskikh mate-rialov [Diamond drilling of holes in parts made of brittle nonmetallic materials]. Moscow, Nauka i tekhnologii Publ., 2003, 187 p.

4. Boiko A.F., Blinova T.A. Kratkii analiz konstruktsii i tekhnologii proizvodstva instrumenta dlya mikrosvarki i mikropaiki [The short analysis of a design and the production technology of the tool for microwelding and the microsoldering]. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal [The International research magazine], 2013, no. 12-1(19), pp. 45-48.

5. Brzhozovskii B.M., Bekrenev N.V. Ultrazvukovye tekhnologicheskie protsessy i oborudova-nie v ma-shino- i priborostroenii [Ultrasonic technological processes and equipment in machine building and instrument making]. Saratov, Saratov State Tech. University Publ., 2009, 348 p.

6. Burdovitsin V.A., Klimov A.S., Oks E.M. Elektronno-luchevaya obrabotka dielektrikov plazmennym istochnikom elektronov v forvakuumnoi oblasti davlenii [Electron-beam processing of

dielectrics by plasma source of electrons in roughing pressures], Elektronnye sredstva i sistemy upravleniya [Electronic tools and control systems], 2009, no, 1, pp, 185-188,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7, Gorelov V.A., Alekseev S.V. Osobennosti mekhanicheskoi obrabotki detalei iz kerami-cheskikh materialov Features of machining of ceramic materials], Izvestiya Moskovskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta MAMI [Bulletin of Moscow state technical University MAMI], 2012, vol, 2, no, 2(14), pp, 64-67,

8, Dushko O,V,, Myshlinskaya I,Kh,, Perfilov V,A, Obrabotka izdelii iz vysokotverdoi keramiki [Processing products from extra-hard ceramics], Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arkhitek-turno-stroitel'nogo universi-teta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura [Bulletin of Volgograd State University of Architecture and Construction, Series: Construction and architecture], 2014, no, 38, pp, 65-74,

9, Zakovorotnyi V,L,, Lapshin V,P,, Turkin I,A, Upravlenie protsessom sverleniya glu-bokikh otverstii spiral'nymi sverlami na osnove sinergeticheskogo podkhoda [Managing the process of drilling deep-hole twist drill bits on the basis of synergetic approach], Izvestiya vysshikh uchebnykh zave-denii. Severo-Kavkazskii region. Seriya: Tekhnicheskie nauki [News of higher educational institutions, The North Caucasus region, Series: Technical science], 2014, no, 3(178), pp, 33-41,

10, Kalikhman S,A,, Rezyukov I,V, Elektroimpul'snaya kalibrovka kapillyarnykh otverstii [This involves calibration of the capillary holes]. Trudy Akademii elektrotekhnicheskikh nauk Chu-vashskoi Respubliki [Proc, of the Academy of Electrotechnical Sciences of the Chuvash Republic], 1999, no, 1-2, pp, 128-133,

11, Morgunov Yu,A,, Opal'nitskii A,I,, Perepechkin A,A, Sovremennoe sostoyanie i per-spektivy primeneniya v otrasli ul'trazvukovoi razmernoi obrabotki izdelii [Current status and prospects for use in industry ultrasonic dimensional processing of products], Izvestiya Moskovskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta MAMI [Bulletin of Moscow State Technical University MAMI], 2012, no, 2, pp, 140-144,

12, Sokolov E,G,, Kozachenko A,D, Sposob polucheniya abra-zivnogo instrumenta iz sverkhtverdykh materialov [A method of producing abrasive tools of superhard materials], Patent 2457935 RF, 2012,

13, Polyakov Z,I,, Isakov V,M,, Isakov D,V,, Shamin V,Yu, Elektrofizicheskie i elektro-khimi-cheskie metody obrabotki. 2-e izd. [Electrophysical and electrochemical methods of processing, 2nd ed,], Chelyabinsk, South Ural State University Publ, 2006, 89 p,

14, Rezyukov I,V. Issledovanie zavisimosti temperatury kanala kapillyarnogo razryada ot vve-dennoi energii [The study of temperature dependence of the capillary discharge channel from input energy], Vestnik Chuvashskogo universiteta, 1997, no, 1, pp, 145-152,

15, Rezyukov I,V, Metodologiya modelirovaniya elektrofizicheskoi kalibrovki otverstii [The methodology of modeling electrical calibration of holes], Energetika i elektrotekhnika: aktual'nye problemy i resheniya: sb. nauch. tr. [Power industry and electrical engineering: current problems and solutions: Collection of scientific papers], Cheboksary, Chuvash State Univesity Publ,, 2007, pp, 189-195,

16, Charschan S.S. Lasers as Production Tools, IEEE Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation, 1975, vol, IECI-22, iss, 1, pp, 3-8,

17, Chang-Seung Ha, Dong-Hyun Kim, Ho-Jun Lee, Hae June Lee, Hyun Seok Tak, Myung Chang Kang. Development of a pulse driven micro-electrical discharge machining for micro-hole boring, Plasma Science - Abstracts, 2009, ICOPS 2009, IEEE International Conference, San Diego, 2009, p, 1,

18, Kuzin V.V. Technology for machining high-refractory ceramic parts based on silicon nitride, Refractories and Industrial Ceramics, 2006, vol, 47, no, 4, pp, 204-208,

19, Goktas H,, Kirkici H,, Oke G,, Udrea M,V, Microprocessing by intense pulsed electron beam, Udrea IEEE Transactions on Plasma Science, 2002, vol, 30, iss, 5, pp, 1837-1842,

REZYUKOV IGOR - Associate Professor, Head of Department Life Safety and Engineering Ecology Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

REZYUKOVA LYUDMILA - Candidate of Economics Sciences, Associate Professor of Industrial Economics Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

Ссылка на статью: Резюков И.В., Резюкова Л.В. Современное состояние электрофизических методов размерной обработки отверстий малого диаметра в деталях из хрупких неметаллических материалов // Вестник Чувашского университета. - 2016. - № 1. - С. 76-85.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.