Анотація до роботи:

Сідорко В.І. Наукові основи процесів фінішної алмазно-абразивної обробки природного та синтетичного каменю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2006.

Дисертаційна робота присвячена проблемам підвищення продуктивності і якості фінішної алмазно-абразивної обробки різних видів природного і синтетичного каменю (ПСК) інструментами зі зв’язаними алмазними та іншими за складом полірувальними порошками шляхом удосконалення технологічних процесів обробки і застосування нових інструментів з функціонально-орієнтованими конструкціями та характеристиками робочого шару. Наукову основу рішень склало застосування запропонованої моделі утворення та направленого видалення частинок оброблюваного матеріалу і формування високоякісної поверхні при фінішній алмазно-абразивній обробці ПСК з урахуванням особливостей масопереносу в зоні контакту і статистичного характеру розподілу частинок шламу за розмірами. Вперше виявлені закономірності формування поверхні виробу і зносу робочого шару інструмента в залежності від режимних і кінематичних параметрів процесу обробки, геометричних розмірів і форми поверхні виробу, коефіцієнта питомого зносу інструментального матеріалу для існуючих технологічних систем і кінематичних схем обробки. Запропоновані методи розрахунку продуктивності обробки ПСК і коефіцієнтів заповнення поверхні інструмента робочим шаром, за яких забезпечується його рівномірний знос, та комплексної оцінки якості поверхні виробу. Розроблено нові інструменти, удосконалені технології їх виготовлення, розроблені технологічний регламент фінішної обробки ПСК та рекомендації щодо їх практичного застосування.

В результаті виконаних експериментально-аналітичних досліджень взаємодії інструмента з виробом в контактній зоні в дисертаційній роботі отримали подальший розвиток наукові основи процесів фінішної алмазно-абразивної обробки ПСК, встановлені нові закономірності формування високоякісної поверхні виробу інструментом зі зв’язаними алмазними та іншими за складом полірувальними порошками з функціонально-орієнтованими конструкціями та характеристиками робочого шару та вирішена науково-технічна проблема підвищення продуктивності і якості фінішної алмазно-абразивної обробки природного і синтетичного каменю.

Основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Розроблена модель взаємодії інструмента з виробом в контактній зоні і формування високоякісної поверхні виробу при фінішній алмазно-абразивній обробці ПСК, згідно з якою: частинки шламу оброблюваного матеріалу утворюються в результаті силової дії інструмента на поверхню виробу і рухаються в об’ємі контактної зони; видалення оброблюваного матеріалу представляється як масоперенос частинками шламу; виникнення та поширення дефектів і ушкоджень у поверхневому шарі виробу обумовлені видаленням частинок шламу і переміщенням границі розділу інструмент-оброблювана поверхня.

2. На основі розробленої моделі і експериментально-аналітичного дослідження взаємодії інструмента з виробом та зміни стану їх контактуючих поверхонь одержані наступні закономірності:

- продуктивність фінішної алмазно-абразивної обробки ПСК визначається законом руху границі розділу інструмент-оброблювана поверхня і залежить від об’єму і концентрації частинок шламу, а також параметрів технологічного процесу, конструктивних параметрів і характеристики робочого шару інструменту, відповідно до формули (– гранична величина продуктивності обробки, – безрозмірний параметр);

- концентрація частинок шламу, видалених в процесі фінішної алмазно-абразивної обробки ПСК, тим більше, чим менше коефіцієнт об’ємного зносу, а їх розміри відповідають нерівностям: Rmax для процесу полірування і Rmax для процесу шліфування;

- енергія переносу обернено пропорційна коефіцієнту масового зносу, лінійно залежить від коефіцієнта теплопровідності матеріалу виробу та температури, визначає енергетичні витрати на видалення оброблюваного матеріалу в процесі фінішної алмазно-абразивної обробки ПСК і при поліруванні має значення приблизно в тисячу разів більше, чим при шліфуванні;

- швидкість зносу робочого шару інструмента залежить крім режимних і кінематичних параметрів процесу обробки, геометричних розмірів і форми поверхні виробу від коефіцієнта питомого зносу інструментального матеріалу і визначається для існуючих технологічних систем і кінематичних схем обробки коефіцієнтами заповнення поверхні інструмента робочим шаром, за яких забезпечується його рівномірний знос.

3. Експериментально показано, що при взаємодії поверхонь інструмента і виробу в процесі полірування показники заломлення і поглинання та коефіцієнт відбиття світла ПСК і стан поверхні робочого шару інструмента періодично змінюються внаслідок утворення продуктів зносу (частинок шламу та частинок зносу інструмента), їх локалізації на контактуючих поверхнях у вигляді шарів нальоту та видалення разом з МОТС.

4. Розрахунково-експериментальним методом визначено параметри, що поряд з параметрами шорсткості Ra, Rq і Rmax характеризують якість поверхні виробу і в сукупності дають можливість її комплексної оцінки:

- глибину зруйнованого шару поверхні виробу з ПСК, яка при шліфуванні та поліруванні визначається законом руху границі розділу інструмент-оброблювана поверхня і залежить від середньоймовірнісного розміру частинок шламу і параметрів шорсткості обробленої поверхні;

- показник поглинання світла виробу з природного каменю, що лінійно залежить від глибини зруйнованого шару обробленої поверхні;

- коефіцієнт відбиття світла поверхонь виробів з ПСК (на довжині хвилі 530 нм), що експоненційно збільшується при зменшенні параметрів шорсткості;

- еліпсометричний параметр , що є чутливим до колориметричних характеристик ПСК, який лінійно зменшується зі збільшенням параметрів шорсткості Ra, Rz, Rmax;

- еліпсометричний параметр Ш, залежності якого від параметрів шорсткості описуються зростаючими функціями, що мають дві лінійні ділянки і розрив при значеннях параметрів шорсткості, які є граничними при переході від шліфованої до полірованої поверхні;

- характеристику ідіохроматичного забарвлення (відношення спектрів розсіювання світла обробленою та еталонною поверхнями).

5. Розроблено методики: розрахунку продуктивності обробки ПСК (ТАШ, НТАШ, полірування інструментом зі зв’язаним полірувальним порошком); розрахунку коефіцієнтів заповнення поверхні інструмента робочим шаром, за яких забезпечується його рівномірний знос, для існуючих технологічних систем і кінематичних схем фінішної обробки ПСК; оптимізації характеристик робочого шару інструмента і прогнозування його працездатності; комплексної оцінки якості поверхонь виробів з ПСК.

6. Розроблено нові інструменти з функціонально-орієнтованими конструкціями і характеристиками: для фінішної обробки плоских поверхонь виробів з ПСК на верстатах радіально-консольного типу і мостових шліфувально-полірувальних верстатах (Патенти України №№ 51091, 64524 А); для ТАШ, НТАШ і полірування ПСК і способи їхнього виготовлення (Патенти України №№ 55047 А, 55048 А, 10751, 15433) з алмазних мікропорошків, нетоксичних порошків оксиду алюмінію й ультрадисперсних алмазів, ПЕТФ після вторинної переробки і кремнійорганічних сполук, які забезпечують підвищення продуктивності і якості обробки. Удосконалено технологічний регламент фінішної обробки природного і синтетичного каменю новими інструментами, який включає комплексну оцінку якості обробленої поверхні за шорсткістю, відбивною здатністю, ідіохроматичністю забарвлення, глибиною зруйнованого шару та еліпсометричними параметрами.

7. Результати роботи застосовано на 10 промислових підприємствах. В порівняні з техніко-економічними показниками процесів обробки природного і синтетичного каменю за традиційними технологіями, забезпечено підвищення продуктивності обробки в 1,5 рази, параметрів шорсткості поверхонь виробів з природного каменю (габро, граніту) з Ra 0,10-0,12 до Ra 0,012-0,030, відбивної здатності поверхонь виробів з синтетичного каменю (керамічного граніту) в 1,2-2,0 рази.

Основні публікації за темою дисертації

1. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Новый поход к исследованию закономерностей съема неметаллических материалов при их финишной обработке // Сверхтвердые материалы, Получение и применение. Монография в 6 томах / Под общей ред. Н.В. Новикова. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, ИПЦ «Алкон» НАНУ, 2006. - Т. 4: Инструменты и технологические процессы в прецизионной финишной обработке / Под ред. В.В. Рогова. - Гл. 4. - С. 232-252.

2. Состояние поверхности деталей ИК-техники после микроточения резцами из природных алмазов и СТМ / Бурман Л.Л., Сидорко В.И., Рогов В.В., Ветров А.Г., Денисенко А.П. // Сверхтвердые материалы. - 1990. - № 2. - С. 57-60.

3. Прецизионное формообразование поверхностей деталей ИК техники и точной оптики из неметаллических материалов с использованием алмазного микроточения и полирования инструментом «Аквапол» / В.В. Рогов, Л.Л. Бурман, Ю.Д. Филатов, В.И. Сидорко // Вопросы оборонной техники. - Сер. 17. - Наука-производству. - 1990. - Вып. 1 (29). - С. 20-22.

4. Сидорко В.И., Бурман Л.Л., Васерман Ф.М. Алмазное микроточение прецизионных поверхностей оптических деталей из неметаллических материалов // Сверхтвердые материалы. - 1991. - № 2. - Ч. 1. - С. 58-64.

5. Сидорко В.И., Бурман Л.Л., Васерман Ф.М. Алмазное микроточение прецизионных поверхностей оптических деталей из неметаллических материалов // Сверхтвердые материалы. - 1991. - № 3. - Ч. 2. - С. 59-64.

6. Исследование процесса микроточения деталей из оптических кристаллов / Бурман Л.Л., Денисенко А.П., Ершов А.Н., Павлов Э.Р., Сидорко В.И., Сыроватский М.Ф., Штейнгольц З.И. // Автометрия. - Новосибирск: Наука. - 1992. - № 1. - С. 79-85.

7. Изучение закономерностей неравновесного процесса полирования природных и синтетических алюмосиликатов / Филатов Ю.Д., Горбачев Г.Ф., Сидорко В.И, Крамар В.Г., Скрябин В.В. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 2000. - Вып. 13. - С. 255-259.

8. Полирование алюмосиликатных материалов в неравновесном режиме / Филатов Ю.Д., Горбачев Г.Ф., Сидорко В.И, Крамар В.Г., Скрябин В.В. // Сучасні процеси обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин. - Київ: НАНУ, ІНМ ім. В.М. Бакуля, серія Г. - 2001. - С. 146-154.

9. Особливості формоутворення поверхонь неметалевих матеріалів при декоративному поліруванні / В.Г. Крамар, В.І. Сидорко, В.В. Скрябін, Ю.Д. Філатов // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. - 2001. - Спец. випуск. - С. 184-194.

10. Изучение закономерностей формообразования при полировании природных и синтетических алюмосиликатов / Ю.Д. Филатов, В.И. Сидорко, В.Г. Крамар, В.В. Скрябин // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 2001. - Вып.18. - С. 45-49.

11. Закономерности финишной обработки поверхностей деталей из неметаллических материалов / Филатов Ю.Д., Сидорко В.И, Ящук В. П., Горбачев Г.Ф., Крамар В.Г., Скрябин В.В. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков. - 2001. - № 60. - С. 244-248.

12. Финишная обработка и контроль поверхности деталей из алюмосиликатных материалов / Филатов Ю.Д., Сидорко В.И., Горбачев Г.Ф., Ящук В.П., Крамар В.Г., Скрябин В.В. // Сверхтвердые материалы. - 2001. - № 5. - С. 70-75.

13. Состояние поверхностей деталей из алюмосиликатных структурно-неоднородных материалов / Филатов Ю.Д., Сидорко В.И., Ящук В.П., Скрябин В.В., Крамар В.Г. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ. - 2002. - Вып. 19. - С. 246-249.

14. Скрябин В.В., Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Закономерности формообразования поверхностей изделий из алюмосиликатных материалов // Сверхтвердые материалы. - 2002. - № 5. - С. 74-82.

15. Сідорко В.І., Філатов Ю.Д. Взаємодія поверхонь інструмента і оброблюваної деталі при поліруванні неметалевих матеріалів // Сучасні процеси обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин. - Київ: НАНУ, ІНМ ім. В.М. Бакуля, серія Г. - 2003. - С. 157-165.

16. Контроль качества поверхности изделий из керамического гранита и поделочного камня / В.В. Скрябин, В.И. Сидорко, Ю.Д. Филатов, В.П. Ящук // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технологии его изготовления и применения. - Вып. 7. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля. - 2004. - С. 64-67.

17. Скрябин В.В., Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Характер износа рабочего слоя инструмента при финишной обработке плоских поверхностей изделий из алюмосиликатных материалов // Сверхтвердые материалы. - 2004. - № 4. - С. 69-74.

18. Скрябин В.В., Филатов Ю.Д., Сидорко В.И. Закономерности полирования изделий из алюмосиликатных материалов инструментом со связанным полировальным порошком // Сверхтвердые материалы. - 2004. - № 6. - С. 73-78.

19. Филатов Ю.Д., Сидорко В.И. Статистический подход к износу поверхностей деталей из неметаллических материалов при полировании // Сверхтвердые материалы. - 2005. - № 1. - С. 58-66.

20. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Производительность обработки деталей из неметаллических материалов при полировании // Наукові праці Донецького національного технічного університету, Серія: Машинобудування і машинознавство. - Вип. 92. - Донецьк: ДонНТУ. - 2005. - С. 99-108.

21. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Производительность тонкого алмазного шлифования плоских поверхностей деталей из неметаллических материалов // Вісник Хмельницького національного університету. - Технічні науки. - 2005. - № 1. - С. 25-31.

22. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Обрабатываемость неметаллических материалов при алмазном шлифовании // Високі технології в машинобудуванні. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005. - Вип.1(10). - С. 115-125.

23. Исследование состояния поверхностей обрабатываемой детали и инструмента в процессе полирования неметаллических материалов / В.И. Сидорко, Ю.Д. Филатов, А.Ю. Филатов, Л.В. Поперенко // Сверхтвердые материалы. - 2005. - № 3. - С. 63-72.

24. Закономірності фінішної алмазної обробки мармуру / Сідорко В.І., Філатов Ю.Д., Крамар В.Г., Шульженко О.О., Бочечка О.О., Скрябін В.В., Ковальов С.В. // Процеси механічної обробки в машинобудуванні. - Ж: ЖДТУ. - 2005. - Вип. 1. - С. 218-234.

25. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Закономерности образования нарушенного слоя при финишной обработке неметаллических материалов // Прогресивні технології і системи машинобудування. - Донецьк: ДонНТУ. - 2005. - Вип. 30. -С. 181-185.

26. Глубина нарушенного слоя при финишной обработке неметаллических материалов / Сидорко В.И., Филатов Ю.Д., Майстренко А.Л., Дуб С.Н., Скрябин В.В., Крамар В.Г., Филатов А.Ю., Ткач В.Н. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2005. - Вып. 69. - С. 257-268.

27. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д. Энергетические соотношения в физико-статистической модели процессов финишной обработки неметаллических материалов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля. - 2005. - С. 285-287.

28. Сідорко В.І., Філатов Ю.Д. Продуктивність фінішної обробки неметалевих матеріалів // Вісник ЖДТУ. - Технічні науки. - 2005. - Вип. 3 (34). - С. 8-14.

29. Эллипсометрический контроль поверхностей деталей из неметаллических материалов / Сидорко В.И., Филатов Ю.Д., Филатов А.Ю., Поперенко Л.В. // Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут»: Приладобудування. - К.: НТУУ «КПІ»., 2006. - Вип. 31. - С. 44 - 52.

30. Сидорко В.И., Филатов Ю.Д., Скрябин В.В. Разработка характеристики полировального инструмента для обработки изделий из неметаллических материалов / Сучасні процеси механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин: Зб. наук. праць (Серія Г «Процеси механічної обробки, верстати та інструменти»)/НАН України. ІНМ ім. В.М. Бакуля. - Київ, 2006. - С. 145-151.

31. Оценка качества поверхностей деталей из природного камня при помощи метода эллипсометрии / Сидорко В.И., Филатов А.Ю., Филатов Ю.Д., Поперенко Л.В. // Сучасні процеси механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин: Зб. наук. праць (Серія Г «Процеси механічної обробки, верстати та інструменти») / НАН України. ІНМ ім. В.М. Бакуля. - Київ, 2006. - С. 152-155.

32. Технология финишной обработки деталей из природного и искусственного камня / Филатов Ю.Д., Сидорко В.И., Крамар В.Г., Скрябин В.В. // Технология механической обработки материалов: Сб. науч. тр. / Отв. ред. Н.В. Новиков; НАН Украины. Ин-т сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля (Сер. Процессы механической обработки, станки и инструменты). - К., 2006. С. 99-103.

33. Сидорко В.И. Теоретический анализ износа рабочего слоя инструмента для финишной обработки деталей из природного и синтетического камня // Сверхтвердые материалы. - 2006. - № 2. - С. 64-71.

34. Сидорко В.И., Филатов А.Ю. Состояние полированных поверхностей изделий из природного и синтетического камня // Сборник научных трудов «Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения». - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, 2006. - С. 365-368.

35. Патент 55047 А Україна, МПК 7 B24D3/28. Маса для виготовлення робочого шару абразивного інструмента / Новіков М.В., Філатов Ю.Д., Сидорко В. І., Скрябін В.В., Крамар В.Г.; ІНМ НАН України. - № 2002065043; Заявл. 18.06.2002; Опубл. 17.03.2003, Бюл. № 3. - 4 с.

36. Патент 55048 А Україна, МПК B24D3/28, B24D3/34. Маса для виготовлення робочого шару полірувального інструмента / Новіков М.В., Філатов Ю.Д., Сидорко В. І., Скрябін В.В., Крамар В.Г.; ІНМ НАН України. - № 2002065044; Заявл. 18.06.2002; Опубл. 17.03.2003, Бюл. № 3. - 4 с.

37. Патент 64524 А Україна, МПК B24D7/00. Інструмент для фінішної обробки / Новіков М.В., Філатов Ю.Д., Сидорко В.І., Скрябін В.В., Крамар В.Г.; ІНМ НАН України. - № 2003065738; Заявл. 20.06.2003; Опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2. - 4 с.

38. Патент 51091 Україна, МПК 7 B24D7/00, 5/00. Інструмент для фінішної обробки / Новіков М.В., Філатов Ю.Д., Сидорко В. І., Крамар В.Г., Скрябін В.В., Ляхов В.Н.; ІНМ НАН України. - № 2001129157; Заявл. 28.12.2001; Опубл. 15.04.2005, Бюл. № 4. - 4 с.

39. Деклараційний патент 10751 Україна, МПК 7 B24D3/34. Спосіб виготовлення абразивного інструмента / Новіков М.В., Філатов Ю.Д., Сідорко В.І., Скрябін В.В., Крамар В.Г.; ІНМ НАН України. - № 200505762; Заявл. 13.06.2005; Опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11 - 4 с.

40. Деклараційний патент 15433 Україна, МПК (2006) B24D3/20. Маса для виготовлення робочого шару абразивного інструмента / Новіков М.В., Філатов Ю.Д., Сідорко В.І., Скрябін В.В., Крамар В.Г., Ковальов С.В., Богатирьова Г.П., Полтарацький В.Г., Нікітін Ю.І; ІНМ НАН України. - № 200509690; Заявл. 14.10.2005; Опубл. 17.07.2006, Бюл. № 7 - 4 с.

41. Инструменты для финишной обработки деталей из неметаллических материалов / Новиков Н.В., Филатов Ю.Д., Сидорко В.И., Крамар В.Г., Скрябин В.В., Ящук В.П., Ляхов В.Н // Інструментальний світ. - 2002. - № 2. - C. 4-6.

42. Сидорко В.И. Характеристика требований к показателям качества поверхностей деталей из неметаллических материалов // Материалы V-й Междунар. науч.-практической конф. «Качество, стандартизация, контроль: теория и практика». - Киев: АТМ Украины. - 2005. - С. 96-98.

43. Сідорко В.І. Теплофізичний і енергетичний аналіз контактної взаємодії поверхонь інструмента і деталі при фінішній обробці неметалевих матеріалів // Доклады Междунар. науч.-технического семинара «Новые материалы и инструменты». - Киев: АТМ Украины. - 2005. - С. 129-137.

44. Еліпсометричний контроль поверхонь деталей з неметалевих матеріалів / В.І. Сідорко, О.Ю. Філатов та ін..// Тези ІV наук.-техн. конф. «ПРИЛАДОБУ-ДУВАННЯ: стан і перспективи». - Київ: ПБФ, НТУУ «КПІ». - 2005. - С. 240-241.

45. Сідорко В.І. Сучасний стан і розвиток технології фінішної алмазно-абразивної обробки природного та штучного каменю // Материалы 6-го Междунар. научн.-техн. сем. «Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении». - Киев: АТМ Украины. - 2006. - С. 142-144.

46. Филатов Ю.Д., Сидорко В.И. Производительность полирования природного и синтетического камня // В сб. «Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энергосбережении» Матер. Междунар. научн.-техн. конф.- 28-29 сентября 2006 г., Одесса. -Киев: АТМ Украины. - 2006. - 137 с. - С. 116-121.

Автор вдячний науковому консультанту д.т.н. Філатову Ю.Д. за допомогу в постановці задач наукових досліджень, виконанні роботи і обговоренні одержаних результатів, колегам по роботі Рогову В.В., Бурману Л.Л., Майстренку А.Л., Дубу С.М., Ткачу В.М., Ящуку В.П., Поперенку Л.В., Крамару В.Г., Скрябіну В.В., Васерман Ф.М., Ветрову А.Г., Денисенку О.П., Дракіній Т.М., Ляхову В.Н., Пегловському В.В., Сироватському М.Ф, Харитоненку Г.І. і Філатову О.Ю. за допомогу в проведенні експериментів і обробці результатів.

Автор висловлює велику подяку академіку НАН України Новікову М.В. за підтримку і увагу до роботи, методичну допомогу, корисні зауваження і поради при обговоренні та аналізі результатів.