Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Обработка конструкционных материалов в машиностроении

Разработка технологии управляемого термораскалывания листового стекла излучением твердотельного лазера

Диссертация

Автор: Малов, Илья Евгеньевич

Заглавие: Разработка технологии управляемого термораскалывания листового стекла излучением твердотельного лазера

Справка об оригинале: Малов, Илья Евгеньевич. Разработка технологии управляемого термораскалывания листового стекла излучением твердотельного лазера : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.07 Москва, 2000 185 c. : 61 01-5/152-0

Физическое описание: 185 стр.

Выходные данные: Москва, 2000






Содержание:

Введение
Глава 1 Свойства стекла, методы его обработки и применение
11 Основные свойства промышленных стёкол
12 Методы разделки стекла
121 Механическая разделка стекла
122 Лазерная разделка стекла
13 Выводы по данным литературного обзора
14 Цели и задачи исследования
Глава 2 Экспериментальные и расчётные методики исследования
21 Использование экспериментального стенда в опытных исследованиях процесса УТР
22 Определение коэффициентов отражения и поглощения Борского флоат-стекла
23 Измерение отклонений трещины от заданной траектории
24 Метод расчёта полей перераспределения напряжений
Глава 3 Исследование механизма образования и развития трещины в объёме стеклянной пластины при воздействии на неё излучением твердотельного лазера
31 Определение термонапряжённого состояния неограниченной пластины без трещин, нагреваемой линейным источником тепла
311 Распространение тепла в неограниченной стеклянной пластине
312 Вывод уравнения равновесия изотропной пластины
313 Расчёт и анализ силовых полей, вызванных мгновенным источником тепла в неограниченной пластине
32 Процесс зарождения трещины в стеклянной пластине в условиях термонапряжённого состояния, вызванного неподвижным лазерным излучением
321 Выбор критерия разрушения материала
322 Зарождение трещины в глубине тонкой пластины
323 Зарождение трещины на краю пластины
33 Процесс распространения трещины в силовом поле лазерного луча, перемещающегося вдоль поверхности стеклянной пластины
331 Поведение трещины на стадии стабильного роста
332 Поведение трещины на стадии завершения при приближении к краю пластины
34 Выводы по главе
Глава 4 Разработка технологии управляемого термораскалывания листового стекла излучением твердотельного лазера
41 Оптимизация технологических параметров процесса УТР
42 Точность получаемых деталей и методы её повышения
43 Выбор режимов управляемого термораскалывания листового стекла
44 Определение практических возможностей метода УТР
45 Выводы по главе

Введение:
Актуальность работы. Устоявшиеся в современной промышленности методы обработки стекла давно известны и находят широкое применение, однако по сей день, оптимальная резка стекла остаётся крайне сложной задачей. Причиной этого является большое разнообразие форм и размеров вырезаемых заготовок, а также наличие на исходном материале распределённых по всей площади разнообразных дефектов, местоположение которых невозможно предугадать заранее. Вследствие этого получается большой процент бракованной продукции, а также возникают проблемы с автоматизацией процесса резки. Кроме того, края получаемых деталей содержат множество царапин, микротрещин, задиров и т.п., приводящих к снижению прочности изделий до значений, которые на два-три порядка меньше предполагаемого порога предельной прочности. Особенно актуальна эта проблема в случае, когда предъявляются повышенные требования к качеству обработки.
В 70-е годы был предложен способ раскроя стекла методом управляемого термораскалывания (УТР) с использованием СОг-лазе-ра. Этот способ обеспечивает удовлетворительную точность и высокое качество разделения. Однако из-за низкой производительности и ограничений по толщине разделяемого стекла (до 8 мм) он не получил широкого распространения.
Появление в последние годы современных высокомощных твердотельных лазеров (Л = 1,06 мкм), более дешёвых и простых в эксплуатации по сравнению с газовыми, сделало актуальным проведение систематических исследований и разработку метода УТР с использованием АИГ:Ш-лазера. Данный метод, в сравнении с упомянутым выше, является более эффективным и стабильным, а также имеет существенно более широкую область применения, т.к. позволяет в 3*4 раза увеличить толщину разделяемого стекла. Он является перспективным для использования в электронике, авиационной, автомобильной и судостроительной промышленности.
Цель настоящей работы заключается в определении механизма зарождения и развития трещины при УТР стеклянной пластины лучом АИГ:Ш-лазера и в последующей разработке технологии разделки листового стекла с помощью данного метода.
Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо было решить следующие задачи: определить термодеформационное состояние стеклянной пластины, подвергаемой воздействию непрерывного лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм; определить силовые поля, возникающие в стеклянной пластине при её нагреве лазерным излучением (Л = 1,06 мкм) на различных стадиях процесса термораскалывания, начиная с момента попадания лазерного луча на поверхность стеклянной пластины и заканчивая выходом луча за её пределы; выбрать критерий разрушения материала; определить зависимость размера минимального дефекта, на котором возможно зарождение трещины, от параметров лазерного луча и толщины стеклянной пластины; решить задачу теории разрушения с последующим анализом (на основе критерия разрушения) поведения трещины на стадиях зарождения, стабильного роста и выхода на край пластины; разработать оптимальные приёмы термораскалывания листового стекла на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Методы исследования базируются на основных теоремах теории теплопроводности, классической теории упругости и теории разрушения. При расчёте полей перераспределения напряжений в вершине трещины, следующей за лазерным лучом, применялось численное интегрирование методом Симпсона. Расчёты проводились при помощи ПК на базе процессора Pentium-200 с использованием математической системы MathCAD и программ, составленных на языке Borland Pascal 7.0. Практические исследования велись на экспериментальном стенде, созданном на базе опытного образца MT:Nd-лазера мощностью 400 Вт. Оценка величины отклонения трещины от заданной траектории, а также контроль за наличием дефектов в обрабатываемом стекле осуществлялись с помощью микроскопов МБС-2 и МБИ-1.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту: расчётным путём установлен механизм УТР флоат-стекла излучением АИГ:Ш-лазера, заключающийся в следующем. Лазерный луч обеспечивает локальный нагрев стеклянной пластины сразу по всей её толщине, приводящий к возникновению вне области нагрева растягивающих поперечных напряжений, под действием которых происходит зарождение и развитие разделяющей трещины; на основе силового критерия разрушения установлено, что по мере приближения трещины к лазерному лучу, уровень растягивающих напряжений в её вершине снижается до значений, не превышающих порог хрупкой прочности стекла, что обуславливает контролируемое развитие трещины и позволяет изменять её направление; установлено, что при подходе лазерного луча к границе пластины, перед ним возникает область повышенных сжимающих напряжений, в результате чего наблюдается устойчивое отклонение трещины от заданного направления, что существенно снижает точность процесса УТР. Уменьшение мощности лазерного луча на этом этапе процесса термораскалывания позволяет устранить данное явление.
Практическая ценность и реализация результатов работы: использование при УТР лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм позволило в 3-^4 раза увеличить толщину разделяемого стекла в сравнении с методом, использующим СО2-лазер; на основе проведённых исследований получены эмпирические зависимости скорости перемещения лазерного луча от мощности излучения, наименьшего размера образца и толщины образца; использование разработанных приёмов управления трещиной на различных этапах процесса термораскалывания позволило получать детали с точностью не хуже 10,5 мм; разработанную технологию УТР планируется практически использовать на предприятии АО „Галактика".
Апробация работы. Основные разделы работы доложены: на X Международной конференции „Лазеры в науке, технике и медицине" (20-24.09.1999); на научных семинарах кафедры „Лазерные технологии в машиностроении" МГТУ им. Н.Э. Баумана (1999 и 2000г.г.).