Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования
1.1 Алмазное сверление хрупких неметаллических материалов 10
1.1.1 Область применения алмазного сверления 12
1.1.2 Особенности алмазного сверления отверстий различной глубины и диаметров 15
1.1.3 Параметры технологического процесса алмазного сверления 20
1.2 Инструмент для алмазного сверления 45
1.3 Оборудование для алмазного сверления 59
1.4 Цель и задачи исследования 73
Глава 2. Исследование задачи выбора оптимальных параметров технологического процесса алмазного сверления
2.1 Показатели технологического процесса и факторы, действующие на процесс, задачи моделирования78
2.2 Моделирование процесса алмазного сверления 87
2.2.1 Фазы, условия микрорезания и объемы диспергируемого материала при моделировании работы сверла одним алмазным зерном 87
2.2.2 Механизмы изнашивания сверла, объемы диспергированного шлама при работе группы зерен 107
2.2.3 Роль смазочно-охлаждающеи жидкости в процессе сверления 120
2.2.4 Модель поверхностного слоя обрабатываемого материала 126
2.2.5 Тепловые процессы алмазного сверления 129
2.2.6 Математические модели алмазного сверления отверстий малых и больших диаметров 136
2.3 Параметрическая оптимизация процесса алмазного сверления 157
2.4 Выводы 173
Глава 3. Классификация, исследование и изыскание новых конструкций и характеристик алмазных сверл
3.1 Исследование геометрии режущей части и создание оригинальных конструкций алмазного инструмента 176
3.1.1 Классификация алмазных сверл 176
3.1.2 Подковообразные сверла 179
3.1.3 Кольцевые тонкостенные и профильные сверла 189
3.1.4 Универсальные алмазные сверла 201
3.2 Исследование и изыскание новых характеристик алмазных сверл 214
3.2.1 Обоснование применения технологии изготовления алмазного инструмента методом пропитки (сварки) в вакууме 214
3.2.2 Влияние прочности и металлизации алмазного порошка на работоспособность инструмента 220
3.2.3 Влияние зернистости алмазного порошка на параметры процесса сверления 229
3.2.4 Выбор оптимальной концентрации алмазов для сверл на связке "МонАлит" 232
3.3 Исследование технологических особенностей алмазного сверления 240
3.3.1 Выбор схемы сверления 240
3.3.2 Особенности механизма изнашивания и правки сверл 245
3.3.3 Исследование влияния состава СОЖ на процесс сверления 255
3.4 Выводы 263
Глава 4. Исследование адаптивного управления процессом алмазного сверления
4.1 Определение необходимости адаптивного управления процессом обработки 266
4.2 Измерение показателей процесса 270
4.3 Исследование акустической эмиссии в процессе алмазного сверления, как средства измерения показателей процесса 274
4.4 Реализация системы адаптивного управления за счет стабилизации силы резания 289
4.5 Выводы 301
Глава 5. Разработка станков с ЧПУ для алмазного сверления подложек микросхем
5.1 Разработка технического задания 303
5.2 Технические характеристики и особенности станков для сверления подложек микросхем 308
5.2.1 Станок с ЧПУ для алмазного сверления с гравитационной подачей 309
5.2.2 Станок с ЧПУ для алмазного сверления с адаптивным управлением по силе резания330
5.3 Особенности системы управления станков 343
5.4 Выводы 353
Общие выводы и результаты 354
Список литературы
- Особенности алмазного сверления отверстий различной глубины и диаметров
- Фазы, условия микрорезания и объемы диспергируемого материала при моделировании работы сверла одним алмазным зерном
- Исследование и изыскание новых характеристик алмазных сверл
- Исследование акустической эмиссии в процессе алмазного сверления, как средства измерения показателей процесса
Введение к работе
В радиоэлектронике, машиностроении и приборостроении, в оптической, часовой и ювелирных отраслях промышленности, в строительстве и быту широкое применение находят конструкционные хрупкие неметаллические материалы — стекло, кварц, керамика, ферриты, ситаллы. Эти материалы отличаются высокой твердостью, прочностью и хрупкостью.
При изготовлении деталей приборов и машин из перечисленных материалов получение отверстий является весьма трудоемкой операцией. До недавнего времени эту операцию выполняли с помощью абразивных суспензий. Одно отверстие в стеклянной шкале толщиной 6 мм обрабатывали в течение 5-7 минут, сверление отверстий диаметром 2 мм на глубину 300 мм и более в керамических деталях и вырезка дисков диаметром 500-1000 мм из ситалла были затруднены.
При использовании алмазного инструмента отверстие в шкале можно просверлить за 5-7 секунд. Алмазное сверление является одним из наиболее эффективных методов обработки отверстий или формообразования тел вращения диаметром 1-1000 мм из хрупких твердых неметаллических материалов (ХТНМ). Однако, несмотря на значительное развитие процессов алмазного сверления, на сегодняшний день отсутствуют обобщенные рекомендации по технологическим схемам и наладкам, применяемой оснастке и оборудованию, классификации и выбору конструкций алмазного инструмента, их характеристикам и режимам работы.
Для крупносерийного и массового производства изделий стеклофурнитуры и зеркал созданы специальные сверлильные станки-полуавтоматы и автоматические линии. На этих станках отверстия обрабатывают одновременно большим числом сверл, но при этом требуется обеспечить их одинаковую работоспособность, износостойкость и взаимозаменяемость.
Специфические требования предъявляют к алмазному сверлению в мелкосерийном и единичном производствах. В частности, возникает
необходимость в разработке универсальных сверл, позволяющих производить обработку отверстий диаметром от нескольких миллиметров до нескольких метров одним инструментом.
Эффективность процесса обработки и качество получаемой детали зависят от технологической схемы сверления, конструкции и характеристики инструмента, конструкции и материала обрабатываемой детали, оборудования, оснащения станка, состава СОЖ, режима обработки. Выбор каждого параметра зависит от конкретных условий производства. Правильно выбранные параметры должны обеспечивать получение отверстий по 7-12 квалитету точности, с величиной сколов по краям отверстий не более 0,1 мм, шероховатостью поверхности Ra=0,63-2,5 мкм, с высокой производительностью. В настоящее время отсутствуют обобщенные рекомендации по выбору параметров процесса обработки, связанные с особенностями выбранной технологической системы. Создание таких рекомендаций, позволяющих учесть взаимосвязи между конструкциями, характеристиками алмазных сверл, технологическими условиями обработки, свойствами обрабатываемых материалов и выходными параметрами процесса алмазного сверления является важной и актуальной задачей.
Анализ конструктивно-технологических решений современных микросборок, изготовляемых в России и за рубежом, показал, с одной стороны, устойчивую тенденцию появления новых, дорогостоящих материалов, обладающих уникальными электрофизическими свойствами, способных выдерживать высокие механические и температурные нагрузки, с другой стороны — постоянный рост требований к качеству и точности их размерной обработки, особенно на финишных операциях, какими являются сверления отверстий диаметром 0,8-5 мм в подложках микросхем.
Недостижимой мечтой многих специалистов, занимающихся обработкой стекла, является алмазно абразивный инструмент, сочетающий хорошую работоспособность, сложность формы режущей части и высокую стойкость, особенно кромкостойкость. Это противоречие существует на протяжении
многих лет. Гальваническим методом можно изготовить алмазные инструменты любой конфигурации. Но они имеют низкую стойкость, особенно острых кромок из-за однорядного расположения зерен.
Наоборот, инструменты, изготовленные методом порошковой металлургии, отличаются большой стойкостью. Однако изготовить таким способом сверла малых диаметров или с тонкой режущей кромкой не представляется возможным. Дело в том, что для обеспечения прочности конструкции инструмента необходимо наличие зазоров в виде связки между зернами алмазов, что ограничивает их предельную концентрацию. При миниатюрных размерах инструмента диаметром 0,8-2 мм, они становятся соизмеримыми с размерами алмазных зерен, и сверло разрушается. Кроме того, при механическом креплении алмазных зерен, они по мере износа связки обнажаются и вырываются из связки, не успев износиться. Чем больше размер вырванного зерна — тем меньше эффективность его использования и ниже кромкостойкость инструмента.
Таким образом, актуальной задачей является разработка принципиально новой технологии создания алмазного инструмента и доведение ее до промышленного производства. Необходимо также создать новые конструкции алмазных сверл, позволяющие сочетать в себе высокую производительность, хорошие условия для подвода СОЖ и технологичность в изготовлении.
Принимая во внимание также существенный рост объемов производства подложек микросхем для изделий микроэлектроники, необходимость автоматизации процессов и отсутствие до последнего времени в стране специального инструмента и оборудования с ЧПУ, разработка их для финишных операций алмазного сверления являются также актуальной задачей.
Кроме того, для условий серийного и массового производства изделий из стекла, необходимы новые конструкции оборудования с системами адаптивного управления процессом обработки. Решение этой задачи невозможно без моделирования и оптимизации процесса алмазного сверления. Создание систем адаптивного управления позволит существенно повысить
эффективность обработки отверстий в труднообрабатываемых неметаллических материалах.
Проведенный анализ работ, прямо или косвенно связанных с вопросами обработки отверстий в хрупких неметаллических материалах, позволяет говорить о недостаточной проработке проблем выбора соответствующих технологических систем и режимов обработки, отсутствии прогрессивных конструкций инструмента и оборудования, а также математических моделей, позволяющих оптимизировать процесс алмазного сверления и управлять им. Необходимо изыскание новых методов и подходов к решению указанных проблем.
В исследованиях процессов алмазного сверления хрупких неметаллических материалов отсутствует теоретическая проработка вопросов обрабатываемости различных материалов, а немногочисленные экспериментальные исследования не определяют их общие закономерности.
Таким образом, для повышения эффективности технологического процесса алмазного сверления отверстий в хрупких неметаллических материалах, основной задачей настоящих исследований было поставлено выявление взаимосвязей между технологическими условиями обработки, конструкциями и характеристиками алмазных сверл, свойствами обрабатываемых материалов и параметрами процесса, и разработка, на их основе, новых конструкций инструмента и оборудования, а также создания методов адаптивного управления алмазным сверлением.
Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что открыто новое перспективное научное направление в технологии обработки хрупких твердых неметаллических материалов, заключающееся в том, что все процессы, протекающие в ходе обработки, рассматриваются качественно и количественно связанными друг с другом, вследствие чего становится возможным нахождение оптимальных решений по выбору параметров точной высокопроизводительной обработки, а также адаптивного управления технологическим процессом в целом.
Практическая ценность настоящих исследований состоит в доведении решений до реализации на конкретных производствах, разработке прогрессивных технологий получения нового алмазного инструмента, создании новых конструкций инструмента и моделей оборудования для алмазного сверления. Практические достижения подтверждены патентами и авторскими свидетельствами, ссылки на которые приведены в списке литературы.
Особенности алмазного сверления отверстий различной глубины и диаметров
Изучение и анализ многих производств по обработке хрупких твердых неметаллических материалов показал, что существует две области наиболее массового применения алмазных сверл.
Первая — сверление отверстий в активных и пассивных подложках из кварца и ситалла микросхем микроэлектроники и вторая — в стеклофурнитуре, зеркалах и стеклянных панелях строительных конструкций. Наряду с крупными предприятиями массового производства имеются в системе микроэлектроники опытные производства и участки, и небольшие зеркальные мастерские с индивидуальным и мелкосерийным характером производства.
В подложках микросхем конструктивно обрабатываются отверстия диаметром 1-6 мм на глубину 0,5-2 мм, в деталях зеркально-стекольного направления наиболее распространены отверстия диаметром 5-70 мм при толщине листового стекла 3-25 мм. Далее будем их условно называть малые и большие отверстия.
Алмазное сверление — самый напряженный процесс механической обработки, при котором вся режущая торцовая поверхность находится в постоянном контакте с обрабатываемым материалом, ограничен доступ смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания, отсутствует автоматическое удаление шлама из зоны резания.
Особенно тяжелые условия обработки создаются при обработке малых диаметров. Поэтому технологические условия работы, конструкции станков и алмазных сверл малых диаметров должны иметь ряд существенных особенностей по сравнению с условиями работы сверл больших диаметров.
Прежде всего, при сверлении отверстий малых диаметров развиваются крутящие моменты значительно меньшие, чем при обработке больших диаметров. Скорости резания при работе сверлами малых диаметров близки к нулю. Например, при частоте вращения шпинделя 6000 об/мин скорость резания сверла диаметром 1 мм составляет всего 0,32 м/сек. Из теории алмазного шлифования [109] скорость резания должна составлять 10-25 м/сек. Для сверла диаметром 50 мм при той же частоте вращения она уже составляет 16 м/сек. Известно три положительных эффекта, наблюдаемых с увеличением скорости резания. 1. Кинематический, вызванный увеличением числа режущих кромок, проходящих зону шлифования и снимающих стружку в единицу времени. 2. Скоростной, характеризующий уменьшение сопротивления резанию. 3. Синтетический, отражающий увеличение процента режущих кромок, снимающих стружку по отношению к режущим кромкам, совершающим только работу упругопластической деформации без резания.
Увеличение частоты вращения шпинделя прецизионных станков до 40-70 тыс. об/мин допустимо для сверл диаметром 1-6 мм. Для сверл больших диаметров увеличение скорости недопустимо, т.к. приводит, даже при небольших дисбалансах, к возникновению вибраций и увеличению сколов на входе сверла.
При работе сверлами малых диаметров возникает проблема застревания кернов, радикальное решение которой возможно только за счет создания сверл специальных конструкций и характеристик.
Сверла малых диаметров работают в режиме самозатачивания, но менее прочны и износостойки и требуют строго регламентированных задающих усилий резания с возможностью остановки для предотвращения процесса поломки сверла и выхода дорогостоящей детали в брак.
Наоборот, кольцевые сверла больших диаметров более прочны но, как правило, если не выбраны оптимальные условия работы, имеют неопределенные периоды стойкости и необходимость периодической правки.
Обработка малых диаметров относится к направлению специальной техники, кроме бижутерии и сверления отверстий в приборных камнях, подвесок хрустальных люстр и очковых линз. Обработка отверстий больших диаметров — бытовая техника.
Вышеуказанное дает нам право структурно разделить исследование процесса алмазного сверления на два направления в зависимости от диаметра обрабатываемых отверстий.
Сверление неметаллических материалов может производиться при постоянном осевом усилии или при постоянной подаче. В первом случае производительность является функцией режущих свойств сверла и прилагаемого усилия. При этом методе производительность падает по мере работы, и сверло приходится править.
В [122] приводятся метод сверления стекла с постоянной подачей и устройство для его осуществления. Однако, как отмечается в патенте, метод не всегда дает положительные результаты.
В тех случаях, когда на обрабатываемых деталях допускаются сколы, сверление можно производить за один проход. Если же сколы недопустимы, то обработку производят с двух сторон. Во время первого прохода оставляют перемычку в 2-5 мм между дном отверстия и нижней плоскостью детали, а затем изделие переворачивают и производят досверливание. Для обеспечения соосности отверстий используют направляющие пальцы из твердой резины или цветных сплавов.
В некоторых случаях (например, в процессе изготовления прессованных стеклянных деталей) целесообразно делать предварительную наметку отверстий, что существенно облегчает последующее сверление и снижает его трудоемкость.
Фазы, условия микрорезания и объемы диспергируемого материала при моделировании работы сверла одним алмазным зерном
Рассмотрим процессы взаимодействия алмазного сверла с обрабатываемой деталью, износ сверла и разрушение материала детали как единую, взаимосвязанную систему, объединенную понятием механизм алмазного сверления.
Механизм алмазного сверления — система взаимосвязанных физических процессов, одновременно протекающих в алмазном инструменте, материале детали и межконтактном пространстве пары "сверло-деталь", при силовом взаимодействии вращающегося алмазного сверла с обрабатываемой деталью.
Условия диспергирования поверхности хрупких нелгеталлических материалов. Для условий контактных деформаций упругих тел Герцем был разработан закон, экспериментально подтвержденный Ауэрбахом, согласно которому: где Ркр - критическая нагрузка при образовании микротрещины в хрупком материале; г - радиус вдавливаемого индентора (зерна); В - постоянная Ауэрбаха,
Закономерности упругой деформации Ауэрбаха без видимых пластических последствий, действительны для инденторов с радиусами от 10 мкм до 1 см, то есть находятся в области диапазона зернистостей алмазного порошка, применяемого для изготовления сверл.
Исследованиями подтверждено, что основным действующим фактором, обеспечивающим диспергирование поверхности при алмазном сверлении является осевая сила резания Ру.
Очевидным является то, что сила резания, возникающая в зоне контакта алмазного зерна с обрабатываемым материалом, создает напряжения в материале, зерне и связке.
При создании модели процесса алмазного сверления использовались следующие положения,
1. Величины напряжений резания, создаваемые единичным алмазным зерном в обрабатываемом материале, должны быть больше его предела прочности при хрупком разрушении. Это соотношение с учетом сил резания и площадей контакта может быть записано в следующем виде. ad ap ad-FK ap-FK- Pyd Pyp, где а - предел прочности хрупкого разрушения материала; ад - напряжения, создаваемые на материале и зерне; Руд - действующая сила резания; Р - критическая сила резания, соответствующая порогу разрушения материала.
2. Величины напряжений, создаваемые единичным алмазным зерном в связке, должны быть ниже предела прочности разрушения связки. а д а%с y d-F3 c?Z-F3- PydlP;\ _CG где асж - предел прочности связки на сжатие; F3 - площадь заделки зерна в связке; сг д - напряжения, создаваемые единичным алмазным зерном в связке; РСу - сила резания, вызывающее разрушение (деформацию) связки.
3. Величина фактической силы резания, действующей на алмазное зерно, должна быть меньше статической прочности алмазного зерна по ГОСТ 2609-80, р, где Рс - статическая прочность алмазных зерен по ГОСТ 2609-80; n - количество режущих зерен.
4, Давление жидкости, подводимой во внутреннюю полость сверла, должно быть достаточным для удаления шлама через кольцевой зазор зоны резания и абразивного изнашивания связки.
Для описания механизма алмазного сверления возможны два подхода. Первый подход связан с изучением внешних признаков (состояние сверла, форма и вид поверхности отверстия, силовые показатели и др.) и устанавливает кинематику и динамику взаимодействия сверла с обрабатываемой деталью. Второй подход базируется на исследовании механизма сверления с энергетической точки зрения. Очевидно, что часть параметров описанных в п. 2Л легче определить, используя первый подход, а часть из них (например, показатель акустической эмиссии, температуру в зоне обработки), используя уравнения энергетического баланса. Поэтому, в дальнейшем будем использовать оба подхода, выбирая наиболее подходящий в зависимости от вида параметра.
Начнем с описания одного из основных параметров алмазного сверла — рельефа его режущей поверхности. Характеристики рельефа (рис, 2.2) зависят от большого количества факторов и носят случайный характер.
Основным методом, определяющим характеристики режущей поверхности абразивного инструмента, в настоящее время, является профилографирование [127]. Важной задачей является установление взаимной связи той или иной характеристики шероховатости поверхности профиля инструмента с его рабочими свойствами: режущей способностью, обеспечением требуемого качества обрабатываемой поверхности и т.д.
Применительно к абразивному инструменту все основные характеристики профилей, записанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, практически совпадают. Система критериев оценки рельефа режущей поверхности основана па аналитических соотношениях теории случайных функций.
Высота профиля z(x) может рассматриваться как непрерывная функция координаты х на фиксированной базовой длине измерения профиля / (рис,2.3). В пределах базовой длины /, функция z(x) имеет конечное число максимумов и минимумов с различными значениями himuX и himin Среди этих максимумов имеется один наибольший максимум с высотой hms определяющий уровень линии выступов. Если от линии выступов зафиксировать какой-либо уровень (или с), то профильная кривая несколько раз пересекает этот уровень снизу вверх. Расстояние между двумя смежными пересеченияхми определяет шаг между соседними неровностями Sp на фиксированном уровне р. Протяженность неровности bfp определяет размер алмазного зерна в поперечном сечении на данном уровне.
Выразим в аналитическом виде некоторые статистические характеристики случайных величин, по которым можно оценить геометрию рельефа режущей поверхности алмазного сверла.
Исследование и изыскание новых характеристик алмазных сверл
Рассмотрим основные причины различной работоспособности и износостойкости связок.
Для изготовления алмазных сверл используются только металлические связки, как ттаиболее прочные, износостойкие и обладающие хорошей теплопроводностью.
На рис, 3-29 представлены основные особенности и возможности металлических связок, широко применяемых для изготовления алмазных сверл. Стойкость инструмента в погонных метрах установлена статистически по производственным данным для сверл 0 6 мм, зернистостью алмаза 160/125, Сверла на гальванической связке имеют 1 слой алмазов. Расчет количества слоев алмазов для связок М2-01 и «МонАлит» произведен для высоты алмазосодержащего кольца, равной 6 мм.
"МоіїА шг Алмазные сверла, известные как гальванические изготавливают на связке, основу которой составляет никель методом гальваностегии и іжшванші ластики [129]. Они имеют развитый рельеф, но низкую стойкость и все реже применяются на практике. Например, сверлом 0 6 мм можно просверлить не более 50 отверстий в стекле толщиной 5 мм, т.е. всего 0,25 м. Выше упоминалось, что большое распространение в производстве алмазных сверл получил метод порошковой металлургии, заключающийся в прессование сіюкаиїт и горячей допресеовке алмазосодержащей имеем [90]. Широко применяющаяся связка М2-01 (МГ) состоит из олова и меди. Температура спекания этой свяжи состащіяет 680-700 С. В СБЯ ІКЄ Ml зерна механически удерживаются до их затупления, а затем вырываются по первому механизму износа. Сверла, шіотовлешше методом порошковой металлургии имеют хорошую работоспособность., но относительно не высокую стойкость (1500 2000 отверстий в стекле толщиной 5 мм) и кромкостойкость, так как коэффициент использования алмаза составляет не более 5-6 %. Производительность ограничена из-за возможности возникновения лавинообразного износа при форсировании режимов сверления. Это особенно проявляется для сверл 0 1-3 мм. Попытки повысить адгезионную способность связки Ml, т.е. силу удержания зерна за счет металлизации алмазных зерен для сверл малых диаметров не принесли существенных успехов.
Причинами низкой стойкости и кромкостойкости сверл на связке Ml является относительно невысокая предельная концентрация алмазных зерен (не более 150%) при недостаточной силе их удержания в матрице инструмента.
Таким образом, при создании новых связок для алмазных сверл были сформулированы следующие технические требования: - повышение адгезии алмазных зерен и связки; - повышение концентрации алмазов в инструменте.
В Московском государственном технологическом университете (МАИ) был предложен способ изготовления алмазных сверл [108] па новых связках с применением в процессе изготовления ультразвуковых колебаний- Алмазные сверла на связке ОПМ изготавливались методом жидкого прессования при воздействии ультразвука с частотой 18-22 кГц и амплитудой 5-10 мкм .Для изготовления образцов была создана экспериментальная ультразвуковая установка на базе четырехтонного гидравлического пресса. Источник ультразвука - магнитострикционный преобразователь ПМС-15 А-18 и генератор УЗГ2-4М.
Па фирме «Рус - Атлант» была разработана связка "МонАлит" (М) с концентрацией алмазов 200-250% [50]- Алмазные сверла "МонАлит" производятся методом пропитки в неметаллических преесформах. Сущность метода заключается в соединении металлизированных алмазных зерен расплавом связки.Алмазные зерна предварительно металлизируются никелем Nj , титаном Tj или молибденом Мо.Известно [77] ,что титан и молибден обладают высокой адгезионной способностью к алмазу и их соединение приводит к образованию карби до в. Далее эти покрытия взаимодействуют с элементами связки: медью,марганцем,никелем, в результате чего происходит образование новых фаз на контактных границах и способствует существенному повышению эксплуатационных свойств алмазно-абразивного инструмента.
Исследование акустической эмиссии в процессе алмазного сверления, как средства измерения показателей процесса
Исследования, проведенные в Главах 2 и 5, показали, что управление процессом по осевому усилию резания может обеспечить его автоматизацию, но не позволяет управлять с требуемой точностью параметрами качества поверхности. В ряде случаев при одних и тех же силах резания возникают недопустимые увеличения дефектного слоя обрабатываемых изделий.
Перспективным направлением в разработке управляемых адаптивных систем является регистрация высокочастотных акустических колебаний, позволяющих получать информацию из зоны резания [44, 45].
Основным отличительным признаком акустической диагностики является использование в качестве источников информации не статических параметров, характеризующих состояние процесса, а динамических, вызывающих появление и распространение акустических волн, как в самом обрабатываемом материале, так и в окружающей среде- При акустико-эмиссионном контроле получили распространение методы, основанные на регистрации и анализе сигналов акустической эмиссии (АЭ), представляющие собой упругие волны, вызванные любой локальной динамической перестройкой структуры материалов. Источниками сигналов АЭ являются ударное взаимодействие алмазных зерен с материалом детали, хрупкое разрушение материала детали и инструмента, трение связки инструмента об обрабатываемый материал. Вследствие этого при алмазном сверлении всегда существуют очаги излучения, вызывающие в материале продольные, поперечные и поверхностные волны. Энергетическое содержание АЭ в большой степени определяется перечисленными процессами, поэтому по АЭ можно контролировать параметры режимов обработки, которые соответствуют технологическим факторам. Для приема АЭ обычно используется пьезоэлектрический эффект, позволяющий преобразовать деформацию поверхности в электрические сигналы.
Излучаемые акустические волны могут иметь различную форму, и в основном, носят импульсный характер- Но при распространении в материале они подвергаются значительным изменениям в результате рассеивания от структурных несовершенств, многократных отражений на поверхности раздела и преломлений на границах сред. Все эти факторы значительно видоизменяют форму волн путем изменения фазы, ослабления амплитуды и др. Поэтому приходящий к датчику сигнал является случайным, а не синусоидальным, что затрудняет идентификацию источника сигнала. Так как приходящий сигнал АЭ является искаженным и информация о динамических процессах в зоне обработки в чистом виде не воспроизводится, то применяют различные методы анализа, основанные на статических или энергетических оценках. В последнее время используется более тонкий анализ АЭ, а именно анализ формы спектра излучения.
Задачами данного этапа исследований являлось установление взаимосвязи между параметрами акустического излучения и такими технологическими факторами, как осевая сила Ру и подача инструмента S,
Основой методики АЭ контроля является использование аппаратно-получаемого дискретного (с набором базовых частот) спектрального анализа высокочастотного акустического сигнала сопровождающего процесс взаимодействия инструмента с обрабатываемой деталью.
Регистрируемая информация представлена в виде четырех каналов отраженного, благодаря пьезоэффекту, в электрических сигналах широкополосному акустическому излучению. Один канал - высокочастотный (от 50 до 1000 кГц.) Три остальных канала выводят отфильтрованные узкополосньте (± 20 кГц) компоненты на трех базовых частотах (100; 200; 400 кГц).
Различные механизмы генерации механических колебаний (микро и макротрещинообразования, трение, пластическая деформация, тепловыделение) присутствующие при технологическом воздействии, количественно по разному представлены в различных частотных диапазонах в интервале от 100 до 400 кГц. Оценивая энергию сигнала в этих диапазонах и энергетические соотношения между ними в различные периоды времени обработки, можно определить качественные, а в некоторых случаях и количественные, взаимосвязи между параметрами АЭ и различными технологическими характеристиками.
Базовым аппартно-выявляемым показателем АЭ является интенсивность (количество импульсов в единицу времени) узкополосного сигнала І на фиксированной частоте (f= 100; 200; 400 кГц).
