Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный горный университет

Кафедра технологии художественной обработки минералов

Коньшин а.С., сильченко о.Б., теплова т.Б.

Процессы формообразования сложнопрофильных изделий из сверхтвердых алмазоподобных материалов и минералов

Учебное пособие

Москва 2004

УКД 671.152

Коньшин А.С., Сильченко О.Б., Теплова Т.Б.

Теория абразивно-алмазной обработки высокотвердых материалов

Учебное пособие. –М. МГГУ, 2004, с 100

Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы студентов специальности «Технология художественной обработки минералов»

Рецензенты:

ГАВРИШЕВ С.Е. – докт.техн. наук, профессор Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова

КРИКОРОВ В.С. – докт.техн.наук, профессор.

Одобрено Советом МГГУ в качестве учебного пособия по дисциплинам «Теория абразивно-алмазной обработки высокотвердых материалов»,

«Процессы формообразования и размерной обработки камня и ювелирных материалов»

©Московский государственный горный университет

ОГЛАВЛЕНИЕ:

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Глава 1. Способы обработки хрупких материалов. . . . . . . . . . . 6

1.1. Обзор методов обработки алмазов. . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Физическая сущность процесса микрошлифования твердоструктурных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3. Анализ существующих способов размерного пластичного микрошлифования твердоструктурных материалов. . . . . . . . . 18

Глава 2. Математическая модель управления микрошлифованием твердоструктурных минералов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.1. Теория съема припуска при однопроходном микрошлифовании

твердоструктурных минералов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.2. Теория процесса микрошлифования твердоструктурных минералов последовательными проходами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.3. Физический смысл постоянной времени переходных процессов резания. 42

2.4. Метод обеспечения геометрической точности сложнопрофильных изделий из хрупких материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Глава 3.Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел 48

3.1. Пластичность высокопрочных кристаллов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.2. Локальная потеря сдвиговой устойчивости кристаллической решетки в

нагруженном твердом теле на микроуровне. . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.3. Локальная потеря сдвиговой устойчивости нагруженного твердого тела на

мезоуровне, фрагментация материала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4. Глобальная потеря сдвиговой устойчивости нагруженного твердого тела на

макроуровне. Разрушение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.6. Модель элементарного акта пластической деформации твердоструктурных

минералов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.7. Динамическая модель бездефектного стружкообразования. . . . . . . . 82

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время большое внимание уделяется становлению и развитию в России алмазно-бриллиантового комплекса, основанного на использовании отечественного алмазного сырья, для производства принципиально новых наукоёмких изделий микроэлектроники, медицины и ювелирных изделий. Россия по добыче алмазного сырья занимает в настоящее время 3-4-ое место в мире, а по объему экспорта алмазного сырья занимает первое место в мире. При этом ежегодно теряется около трех миллиардов долларов США прибыли, которая могла бы быть получена Россией при решении проблемы автоматизации бездефектной обработки алмазов, в том числе в «твердом» направлении к истиранию в кристаллической решетке. Особое значение при этом приобретает качество и бездефектность обработанной поверхности алмаза.

Сейчас окончательную огранку осуществляют вручную на основании субъективного контроля размерных параметров, сходимости граней и качества обработки. При этом контроль осуществляет огранщик, который руководствуется своими органами чувств и квалификацией для диагностики параметров процесса обработки. И, хотя для операции огранки привлекают мастеров- огранщиков супервысокой квалификации, невозможно осуществить объективное диагностирование параметров процесса огранки. Поэтому качество получаемых бриллиантов, как правило, оказывается невысоким из-за отсутствия повторяемости и однозначности при субъективной оценке выходных параметров обработки.

В настоящее время стало возможным обрабатывать хрупкие материалы так, что преобладающим механизмом становится не разрушение, а пластическое течение. При таком шлифовании в режиме пластичности хрупких материалов получается поверхность примерно с такими же характеристиками как после полирования или притирки. Обработка алмазов на многокоординатном станочном модуле с ЧПУ на основе использования компьютерного управления технологией бездефектного размерно - регулируемого микрошлифования позволяет получить высокотехнологичные изделия для нано- и микроэлектроники, медицины, а также высококачественные ювелирные изделия. При этом, в зависимости от цели применения обработанного алмаза, могут быть использованы различные технологические приемы и режимы микрошлифования.

Огранка алмаза относится к числу критических технологических процессов с точки зрения необходимости исключения возможных дефектов привносимых технологическим процессом на обработанную поверхность. Для автоматизации такой критической технологии необходим постоянный контроль всех параметров обработки с тем, чтобы в нужный момент оперативно внести соответствующие коррективы.

Д.т.н. Сильченко О.Б., к.т.н. Коньшин А.С. создали модель пластических деформаций в мезообъемах при обработке в упругой обрабатывающей системе шлифовального станка твердоструктурных и хрупких анизотропных материалов и минералов, включая и натуральные алмазы.

Теоретические основы процесса микрошлифования в режиме пластичности позволяют автоматизировать процесс огранки алмазов в бриллианты.

В результате исследований О.Б.Сильченко, А.С.Коньшина, Т.Б.Тепловой стало возможным реализовать обобщенную концепцию технологической диагностики, более детально анализировать и учитывать основные физические процессы микрошлифования алмазов, моделировать бездефектность протекания этих процессов.