Математическая модель процесса полирования алмазоподобного PVD покрытия крацеванием


Авторы

Королев А. В.1*, Королев А. А.2, Авдонин К. А.3**

1. Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., ул Политехническая, 77, Саратов, 410054, Россия
2. Саратовская государственная юридическая академия, Вольская улица, 1, Саратов, 410056, Россия
3. Энгельсское опытно-конструкторское бюро «Сигнал» им. А.И. Глухарева, квартал 5, стр. 14, Энгельс-19, Саратовская область, 413119, Россия

*e-mail: science7@bk.ru
**e-mail: kirill.avdonin@mail.ru

Аннотация

В статье представлено математическое моделирование процесса полирования алмазоподобного PVD покрытия деталей вращения методом крацевания. Актуальность исследования обусловлена широким применением алмазоподобных покрытий в автомобильной, аэрокосмической, электронной промышленности и медицине, где требуется снижение трения, износа и коррозии деталей, работающих в экстремальных условиях. Основной проблемой является достижение низкой шероховатости поверхности, так как традиционные методы полирования работают с низкой производительностью и недостаточной эффективностью. Разработанная модель описывает механизм массового скалывания микронеровностей хрупкого покрытия под воздействием ударов металлических нитей полировального инструмента. В работе приведена формула для расчёта величины скола вершины микронеровности, учитывающая массу, геометрические и механические характеристики металлической нити, а также параметры микрорельефа и скорость удара. Микроскопический профиль покрытия аппроксимируется синусоидой, что позволяет определить радиус округления вершин микронеровностей и связать его с параметрами шероховатости поверхности. Анализируется схема полирования с вращением детали и инструмента, что позволяет рассчитать число ударов по каждой вершине микронеровности и их влияние на снижение шероховатости в процессе обработки. Модель учитывает изменение интенсивности ударов по мере уменьшения высоты микронеровностей, что отражает динамику процесса полирования. Выполненное компьютерное моделирование подтвердило сложность механизма хрупкого разрушения микронеровностей, обусловленную взаимодействием теорий удара, хрупкого разрушения и контакта твёрдых тел. Полученные результаты позволяют глубже понять процесс крацевания и эффективно управлять технологией полирования алмазоподобных покрытий для достижения заданных параметров микрорельефа и повышения производительности.

Ключевые слова:

алмазное покрытие, полирование, шероховатость поверхности, поликристаллический алмаз, PVD-покрытие

Список источников

  1. Дорожкин С.И. Напыление пленок в вакууме. Фонд инфраструктурных и образовательных программ: монография. – М.: [б. и.], 2012. – 48 с.

  2. Политыко К.Н., Мантуров Д.С. Формирование PVD покрытий для трибологического назначения // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2023. № 3 (64). С. 81-93.

  3. Королев А.В., Охлупин Д.Н., Синев И.В. Способ нанесения алмазоподобного PVD-покрытия на многогранные подложки // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2023. № 23. С. 147-153. DOI: 10.26160/2658-3305-2023-23-147-153

  4. Барышников В.В., Заярский Д.А., Крылова С.Е. Исследование износостойкого покрытия на основе диоксида циркония, полученного PVD методом // Всероссийская научно-методическая конференция «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры» (Оренбург, 26–27 января 2022): сборник материалов. – Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2022. С. 1488-1493.

  5. Богачев В.А., Маркачев Н.А., Петров Ю.А. и др. Износостойкие и антифрикционные материалы и покрытия, применяемые в узлах трения элементов конструкций космических аппаратов производства АО «НПО Лавочкина» // Труды МАИ. 2023. № 132. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=176841

  6. Chen Y., Liu W., Feng H., Zhang L. Failure mechanisms of CVD diamond wafers and thin films during polishing // Machining Science and Technology. 2015. Vol. 19, No. 1. P. 152-173. DOI: 10.1080/10910344.2014.991030

  7. Filatov Y.D., Sidorko V.I., Kovalev S.V., Vetrov A.G. Formation of flat surfaces of optoelectronic components in diamond polishing // Journal of Superhard Materials. 2017. Vol. 39, No. 2. P. 129-133.

  8. Епифанов В.И., Лесина А.Я., Зыков Л.В. Технология обработки алмазов в бриллианты. – М.: Высшая школа, 1987. - 350 c.

  9. Кирсанов С.В., Гончаренко И.М., Бабаев А.С. Влияние «сухого» полирования твердосплавных образцов на характеристики износостойкого покрытия // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 4 (193). C. 12-15.

  10. Дерябкин А.В. Диффузионная термохимическая обработка поверхности алмаза // Электроника и электрооборудование транспорта. 2018. № 4. 35-37.

  11. Дерябкин А.В., Федоров Ю.Ю., Темирязева М.П. Исследование зависимости шероховатости поверхности алмаза при термохимической обработке на никелевых и железных поверхностях разного класса чистоты // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2018. № 1. C. 550-551.

  12. Kubota A., Nagae S., Motoyama S., Touge M. Two-Step Polishing Technique for Single Crystal Diamond (100) Substrate Utilizing a Chemical Reaction with Iron Plate // Diamond and Related Materials. 2015. No. 60. P. 75-80. DOI: 10.1016/j.diamond.2015.10.026

  13. Roy S., Balla V.K., Mallik A.K., Dandapat N., Ralchenko V.G., Bolshakov A.P., Ashkinazi E.E. A Comprehensive Study of Mechanical and Chemo-Mechanical Polishing of CVD Diamond // Materials Today Proceedings. 2018. No. 5 (3). P. 9846-9854. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.10.176

  14. Королев А.В., Охлупин Д.Н., Синев И.В., Авдонин К.А. Полирование деталей с алмазным покрытием различными режимами обработки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 569-574. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-569-575

  15. Королев А.В., Охлупин Д.Н., Синев И.В., Авдонин К.А. Влияние режимов полирования на шероховатость деталей с алмазным покрытием // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2023. № 1 (272). С. 22-25. DOI: 10.35211/1990-5297-2023-1-272-22-25

  16. Добрышкин А.Ю. Колебания стержня, несущего малую присоединенную массу // Труды МАИ. 2020. № 110. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=112820. DOI: 10.34759/trd-2020-110-2

  17. Гришакин В.Т. Деформирование нити упругого маятника при резонансе // Труды МАИ. 2023. № 130. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=174598. DOI: 10.34759/trd-2023-130-03

  18. Прокудин О.А., Рабинский Л.Н., Чан К.Т. Определение динамических характеристик металлополимерного слоистого стержня // Труды МАИ. 2021. № 120. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=161419. DOI: 10.34759/trd-2021-120-06

  19. Быкова Т.В., Могилевич Л.И., Попов В.С. и др. Радиальные и изгибные колебания круглой трехслойной пластины, взаимодействующей с пульсирующим слоем вязкой жидкости // Труды МАИ. 2020. № 110. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=112836. DOI: 10.34759/trd-2020-110-6

  20. Коровайцева Е.А. Систематизация одномерных краевых задач механики деформируемого твердого тела // Труды МАИ. 2020. № 110. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=112827. DOI: 10.34759/trd-2020-110-3

  21. Королев А.В., Охлупин Д.Н., Синев И.В., Авдонин К.А. Исследование модели удара металлической нити о вершину микронеровности алмазного покрытия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 12. С. 225-230. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-225-226

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход