Соглашение № 14.572.21.0042_Этап 1
advertisement
Участие в федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014-2020 годы» В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 25.08.2014 № 14.579.21.0042 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 25.08.2014 по 31.12.2014 ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» выполнялись следующие работы: а.) Аналитический обзор литературных источниковпо теме проекта, анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме, выявление объекта теоретических исследований и конечных критериев качества обработки; б.) Выбор и обоснование направления исследований; в.) Проведение теоретических исследований процесса резания в нанометровом диапазоне толщин стружки вквазипластичном режиме; г.) Теоретическое моделирование процесса резания пластичных и хрупких материалов; д.) Разработка алгоритмического программного обеспечения для расчета параметров процесса наноразмерной обработки; е.) Проведение исследовательских работ по определяющим узлам и компонентам экспериментального образца ультрапрецизионного стенда; ж.) Разработка кинематической схемы процесса резания; з.) Проведение патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96. и.) Теоретический подбор режимных параметров обработки в квазипластичном режиме; к.) Экспериментальный и теоретический подбор параметров режущего инструмента; л.) Предварительные экспериментальные исследования по наноразмерной обработки хрупких материалов; м.) Разработка предварительной технологии наноразмерной обработки образцов хрупких материалов; н.) Разработка схемы метрологического контроля образцов, обработанных в режиме квазипластичного резания. При этом были получены следующие результаты: На данном этапе ПНИ был проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку технологии наноразмерной обработки хрупких оптических материалов. В результате литературного обзора была сформирована научно- техническая база для вы-явления основных объектов и направлений исследований, выявлены методы и подходы для ре-шения основных задач ПНИ. Также были проведены теоретические исследования, которые шли по двум направлениям: расчет основных параметров квазипластичного режима обработки хрупких материалов при алмазном шлифовании, точении и фрезеровании для выявления основных критериев оценки хрупкопластичного перехода, а также разработка математической модели зоны резания при обработке хрупких материалов. Для создания математической модели использовались методы конечных элементов (МКЭ) и молекулярного моделирования. На данном этапе была разработана модель зоны взаимодействия обрабатываемого материала и индентора (режущего инструмента) с целью выявления параметров взаимодействия – глубины идентирования и силы нагружения – при которых разруше-ние обрабатываемого материала переходит из хрупкого состояния в пластичное. При выявлении параметров взаимодействия можно будет оценить давление и силы в зоне резания необходимые для хрупкопластичного перехода. Результаты, полученные при помощи метода молекулярного моделирования, наиболее приближены к результатам экспериментальных исследований. Данный метод широко применяется за рубежом для решения аналогичных задач, однако, полученные результаты пока не позволяют полностью описать процессы, протекающие в материале при квазипластичном режиме обработки. Как и в случае моделирования зоны резания расчет основных параметров квазипластичного режима обработки хрупких оптических материалов сводится к разработке методики расчета сил в зоне резания при обработке хрупких оптических материалов монокристаллическим алмазным или абразивным режущим инструментом. Были выявлены основные зависимости для расчета сил в зоне резания и предложены методики оценки данных параметров для контроля процесса обработки в квазипластичном режиме. По результатам представленных расчетов было создано программное алгоритмическое обеспечение, позволяющее рассчитать параметры обработки хрупких материалов в квазипластичном режиме, и подана заявка на его регистрацию. Кроме того, была подана публикация в журнал, индексируемый в базе данных Scopus. В рамках проекта на данный момент разработана схема специального ультрапрецизионного стенда для наноразмерной обработки материалов в квазипластичном режиме. Данный стенд будет представлять собой пятикоординатную универсальную машину с возможностью обработки хрупких материалов методами алмазного точения, в том числе с применением ультразвуковых колебаний, алмазного шлифования, алмазного фрезерования. На стенде будет предусмотрены функции контроля обрабатываемой заготовки, контроля и наладки режущего инструмента, а также функция правки шлифовального инструмента без снятия режущего инструмента со стенда. Поскольку в состав стенда будут входить специальные ультрапрецизионные узлы, необходимо разработать методики контроля жесткости и виброустойчивости данных узлов. На данный этап были разработаны методики контроля узлов вращательного перемещения – поворотного стола и шпиндельного узла. Данные методики отрабатывались на других узлах аналогичных конструкций. Организацией Индустриальным партнером были проведены работы по подбору параметров режущего инструмента для обработки хрупких материалов алмазным фрезерованием и алмазным шлифованием в квазипластичном режиме. Кроме того, был проведен теоретический подбор режимных параметров обработки в квазипластичном режиме, который опирался на разработанную ранее в ходе проекта научно-техническую базу. Также была разработана схема метрологического контроля образцов, обработанных в режиме квазипластичного резания. В рамках данного этапа ПНИ были проведены предварительные экспериментальные работы на уже имеющемся ультрапрецизионном оборудовании. Методами алмазного фрезерования и шлифования были обработаны такие материалы, как: дигидрофосфат калия (KDP-кристаллы), ситалл, монокристаллический кварц, кварцевое стекло, сапфир, германий. Для обработки данных материалов была разработана специальная кинематическая схема резания, позволяющая обеспечить снятие стружки нанометровой толщины, т.к. из литературных источников известно, что квазипластичный режим обработки наступает при толщине снимаемой стружки 1…100 нм. Для проведения данных исследований был выбран режущий инструмент, подобраны режимы обработки, а также разработана схема метрологического контроля образцов после обработки. На данном этапе шероховатость обработанных образцов составила 3-5 нм. Таким образом, можно сделать вывод, что при использовании более точного и жесткого оборудования качество обработанной поверхности будет лучше и цель ПНИ будет осуществлена. Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.
