CC BY
20
УДК 666.9-16 Т.Б. Теплова
УЧЕТ АККУСТИЧЕСКИХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ МИКРОШЛИФОВАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
Способ размерно-регулируемого микрошлифования твердых материалов в режиме квазипластичности позволяет получить обработанные поверхности с нанометровой величиной шероховатости. Это делает перспективным его применение в микроэлектронике для поверхностной обработки подложек из твердых материалов (например лейкосапфира. Для этих целей актуальным является выбор таких режимов микрошлифовния, при которых в процессе обработке не вносятся дополнительные дефекты как в поверхностном, так и в подповерхностном слоях, т.к. любые дополнительные нарушения сказываются на качестве изготовленных подложек и могут привести к отказам приборов, изготовленных на их основе. Кроме этого, способ является перспективным для автоматизации процесса шлифования, поскольку имеет возможности осуществления технологической диагностики различными аппаратными средствами, дополнительного контроля качества обрабатываемых изделий и возможностью осуществления групповой обработки изделий из твердых материалов.
Для получения поверхности высокого качества при шлифовании в режиме квазипластичности можно выделить ряд критериальных характеристик процесса, учитывающих наиболее существенные факторы процесса микрошлифования. Их учет позволит вести обработку изде-
лий из твердых материалов в режиме квазипластичности с получением заданных выходных параметров, а также дает возможность управления процессом поверхностной обработки любых твердых материалов и кристаллов.
Практика показала, что наиболее существенное влияние на процесс микрошлифования оказывает температура в зоне резания и собственные частоты колебаний частиц поверхностного слоя. Поэтому при автоматизации процесса микрошлифования для получения бездефектной поверхности обрабатываемого материала необходимо учитывать акустические и температурные параметры. При размерно-регулируемом шлифовании в упругой обрабатывающей системе (УОС) дискретность задания и отработки перемещений в плоскости обрабатываемой поверхности (ОП) по осям X и У составляют 0,5мкм, а в глубину образца по оси Ъ составляет 0,05 мкм (а в перспективе 0,005 мкм) [2]. В то же время изменение размеров образца вследствие теплового расширения в процессе обработки может существенно превышать эту величину. Это может привести к переходу процесса шлифования из зоны квази-пластичного резания в область хрупкого разрушения и привести к образованию трещин и сколу материала.
Но активный контроль тепловых параметров в зоне резания представляет определенные конструктивные трудно-
ста. Измерение этих параметров вблизи зоны резания, к тому же учитывая инерционность большинства приборов активного контроля, не дает возможности оперативного принятия решения по внесению каких-либо изменений в процесс микрошлифования. А следовательно эти методы не могут быть применены для автоматизации процесса шлифования в режиме пластичности. Возможно контролировать процесс обработки непосредственно при выходе образца из зоны резания, используя тепловизор с лазерным наведением, с предварительным определением области предельно допустимых значений температуры для обрабатываемого материала и при достижении максимально допустимого значения осуществлять переход на другой режим обработки. Также для автоматизации процесса возможно воспользоваться методом осциллографи-ческого контроля. Увеличение врезной подачи, увеличивающую силу трения и, как следствие, вызывающую повышение температуры в зоне резания, находит отражение в осциллограммах процесса. При этом контроль осуществляется путем импеданса системы, являющимся функцией температуры.
Проведение теоретических и экспериментальных исследований показало, что при поверхностной обработке анизотропных твердых материалов собственные частоты колебаний частиц поверхностного слоя зависят от кристаллографических направлений ОП. Исходя из этого, возможно контролировать процесс обработки материала путем анализа частот акустической эмиссии, сопровождающей процесс квази-пластичного микрошлифования и изменять режимы микрошлифования в
зависимости от кристаллографических направлений. Частотный контроль производится путем анализа осциллограмм за вычетом собственных колебаний системы, выходящих за пределы собственных колебаний элементов поверхностного слоя.
Кроме того, осциллографический контроль, а также совмещение его с тестовыми методами, дают возможность косвенного контроля тепловых параметров через обобщенный параметр - постоянной переходных процессов резания. Но, при шлифовании изделий из твердых материалов, обладающих анизотропией, возможно быстрое неравномерное повышение температуры участков обрабатываемой поверхности при смене «твердого» и «мягкого» направлений, величина которого вызовет переход процесса шлифования в зону хрупкого разрушения. При этом анализ температурного и частотного параметров, связанных между собой, позволит принимать адаптивные действия по смене режимов обработки, препятствующие хрупкому разрушению обрабатываемого материала. Варьируя параметрами обработки (скорость продольного перемещения стола станочного модуля, врезная подача, траектория обработки, время нахождения обрабатываемого изделия в зоне резания и вне её) можно не допускать достижения критического значения поступающего теплового потока и, тем самым, не допустить появление дефектов на поверхности обрабатываемого изделия. Таким образом, возможно осуществлять управление процессом шлифования с получением обрабатываемых поверхностей твердых материалов нанометрово-го микрорельефа.
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------
Теплова Т.Б. - кандидат технических наук, докторант, кафедра «Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный университет.
