Impact of machining conditions on exploitaion stability of thermoplastic composite scintillators

• Autorzy: Lavrynenko S. , Rucki M. , Siemiątkowski Z. , Kucharczyk W. , Morozow D. , Zapolovsky M. , Lavrynenko O.

Warianty tytułu

PL

Wpływ warunków obróbki na stabilność eksploatacyjną scyntylatorów wykonanych z kompozytów termoplastycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents research results on the degradation of scintillators made out of thermoplastic composite materials based on polystyrene (PS). The samples were machined with the tools made out of three different material types: refractory alloys, synthetic diamonds, and diamonds mined from the Earth. The investigations enabled us to establish relations between the polystyrene scintillators’ machining conditions and the final roughness of their surface, as well as the impact of the surface quality on their optical stability. It was found that optimal feed of the preliminary machining was no more than 0.1 mm/tooth, and, for profiling or finishing milling, the rate was ca. 0.02 to 0.04 mm/tooth. Both an increase and decrease of the finishing milling parameters worsened the quality of the surface. It was proved that the optical elements can keep unchanged their characteristics during exploitation as long as 10 years if certain machining conditions are kept. The result can be attributed to high surface integrity in terms of surface microcracks, edge micro-damages, and inner stresses.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad degradacją materiału scyntylatorów wykonanych z termoplastycznych kompozytów na bazie polistyrenu (PS). Badane próbki obrabiano narzędziami z różnych materiałów: ze stopów trudnotopliwych, z diamentów sztucznych oraz z diamentów naturalnych. Na podstawie wyników ustalono zależności pomiędzy warunkami obróbki scyntylatorów polistyrenowych a wynikową topografią powierzchni, a następnie pomiędzy jakością powierzchni a stabilnością optyczną scyntylatorów. Ustalono, że optymalny posów dla obróbki zgrubnej wynosił nie więcej niż 0,1 mm/ostrze, zaś dla dokładnej i wykańczającej ok. 0,02÷0,04 mm/ostrze. Zarówno zwiększenie, jak i zmniejszenie tych wielkości pogarszało jakość powierzchni. Stwierdzono, że zachowanie określonych parametrów obróbki powoduje, iż elementy optyczne mogą zachowywać swoje właściwości eksploatacyjne nawet do 10 lat, prawdopodobnie ze względu na uzyskany wysoki stopień integracji powierzchni i minimalizację mikropęknięć, mikrouszkodzeń krawędzi oraz naprężeń wewnętrznych.

Słowa kluczowe

EN

scintillator; polystyrene; fine milling; surface topography; degradation

PL

scyntylator; polistyren; frezowanie precyzyjne; topografia powierzchni; degradacja materiału

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 4
• Strony: 47--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Lavrynenko S.

• National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Ukraine

autor

Rucki M.

• Faculty of Mechanical Engineering, Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Poland

autor

Siemiątkowski Z.

• Faculty of Mechanical Engineering, Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Poland

autor

Kucharczyk W.

• Faculty of Mechanical Engineering, Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Poland

autor

Morozow D.

• Faculty of Mechanical Engineering, Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Poland

autor

Zapolovsky M.

• National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Ukraine

autor

Lavrynenko O.

• National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Ukraine

Bibliografia

• 1. Birks J.B.: The Theory and Practice of Scintillation Counting. Oxford: Pergamon Press, 1964.
• 2. Smith A.Li.N., Hehlen M.P., McKigney E.A., Gardner R.: Light yield measurement method for milled nanosize inorganic crystals. Applied Radiation and Isotopes, 2012, 70(7), pp. 1219-1222. DOI: 10.1016/j.apradiso.2011.09.021.
• 3. Globus M.E., Grinev B.V.: Inorganic Scintillators: New and Traditional Materials. Kharkov: Acta, 2000 (in Russian).
• 4. Viagin O., Masalov A., Bespalova I., Zelenskaya O., Tarasov V., Seminko V., Voloshina L., Zorenko Yu., Malyukin Yu.: Luminescent properties of composite scintillators based on PPO and o-POPOP doped SiO2 xerogel matrices. Journal of Luminescence, 2016, 179, pp. 178-182. DOI: 10.1016/j.jlumin.2016.07.001.
• 5. Zhmurin P.N., Lebedev V.N., Titskaya V.D., Adadurov A.F., Elyseev D.A., Pereymak V.N.: Polystyrene-based scintillator with pulse-shape discrimination capability. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2014, 761, pp. 92-98. DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.084.
• 6. Ibeh C.C.: Thermoplastic Materials: Properties, Manufacturing Methods, and Applications. Boca Raton: CRC Press, 2011.
• 7. Sahno T.V., Barashkov N.N., Kraynov I.P.: Organic materials for luminescent sunlight concentrators. Moscow: NIITECHIM, 1992 (in Russian).
• 8. Grabchenko A.I., Verezub N.V., Lavrinenko S.N., Fererov A.M., Getmanov A.A., Horvath M., Mamalis A.G.: Precision Machining of Optical Products Made from Polymeric Materials. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2001, 17(2), pp. 93-103. DOI: 10.1007/s001700170.
• 9. Mamalis A.G., Lavrynenko S.N.: On the precision single-point diamond machining of polymeric materials. Journal of Materials Processing Technology, 2007, 181(1-3), pp. 203-205. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2006.03.060
• 10. Petrushin S.I., Danilenko B.D., Retiunsky O.Yu.: Optimization of the materials properties in the composite cutting edge of the cutting tools. Tomsk: Tomsk Technical University, 1999 (in Russian).
• 11. Mathia T.G., Pawlus P., Wieczorowski M.: Recent trends in surface metrology. Wear, 2011, 271, pp. 494-508. DOI: 10.1016/j.wear.2010.06.001
• 12. de Groot P.J.: Interference Microscopy for Surface Structure Analysis. In: Yoshizawa T. (Ed.): Handbook of Optical Metrology: Principles and Applications. Boca Raton: CRC Press, 2015, pp. 791-828.
• 13. Narisawa I.: Resistance of Polymer Materials. Moscow: Chemistry, 1987 (in Russian).
• 14. Grzesik W.: Effect of the machine parts surface topography features on the machine service. Mechanik, 2015, 8-9, pp. 587-593 (in Polish). DOI: 10.17814/mechanik.2015.8-9.493.
• 15. Borisenko A.Yu., Senchishin V.G., Lebedev V.N.: Long-term stability of the polystyrene scintillators. Visnyk of Kharkov University: Physics, 1998, 421, pp. 33-36.
• 16. Mizak W., Mazurkiewicz A.: System for nonstandard testing of erosive wear of materials. Journal of Machine Construction and Maintenance, 2017, 4, pp. 27-35.
• 17. Choi Y.: Influence of feed rate on surface integrity and fatigue performance of machined surfaces. International Journal of Fatigue, 2015, 78, pp. 46-52. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2015.03.028.
• 18. Klocke F., Gierlings S., Brockmann M., Veselovac D.: Influence of Temperature on Surface Integrity for Typical Machining Processes in Aero Engine Manufacture. Procedia Engineering, 2011, 19, pp. 203-208. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.11.102.
• 19. Jawahir I.S., Brinksmeier E., M’Saoubi R., Aspinwall D.K., Outeiro J.C., Meyerb D., UmbrelloD., Jayal A.D.: Surface integrity in material removal processes: Recent advances. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2011, 60(2), pp. 603-626. DOI: 10.1016/j.cirp.2011.05.002.
• 20. Zhao Y.J., Yan Y.H., Song K.Ch., Li H.N.: Robust and automatic measurement of grinding-induced subsurface damage in optical glass K9 based on digital image processing. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2018, 18(1).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).