satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2019-18-5-386-394sat-2041Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGЭлектрохимическая прошивка микроотверстий в трубчатом ступенчатом концентраторе-волноводе медицинского назначенияElectrochemical Cutting of Micro-Holes in Tubular Stepped Concentrator-Waveguide for Medical PurposesАлексеевЮ. Г.AliakseyeuYu. G.

Кандидат технических наук, доцент

КоролёвА. Ю.KorolyovA. Yu.

Кандидат технических наук

Адрес для переписки: Королёв Александр Юрьевич – Белорусский национальный технический университет ул. Я. Коласа, 24, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 292-25-98     korolyov@park.bntu.by

Address for correspondence: Korolyov Aleksandr Yu. – Belarusian National Technical University, 24 Ya. Kolasa str., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 292-25-98     korolyov@park.bntu.by

korolyov@park.bntu.byБудницкийА. С.BudnitskiyA. S.

Аспирант

ВэньциДайWenqiDai

Аспирант

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201914102019185386394Copyright © Алексеев Ю.Г., Королёв А.Ю., Будницкий А.С., Вэньци Д., 20192019Алексеев Ю.Г., Королёв А.Ю., Будницкий А.С., Вэньци Д.Aliakseyeu Y.G., Korolyov A.Y., Budnitskiy A.S., Wenqi D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2041

Развитию ультразвуковых технологий лечения сосудов в последнее время уделяют большое внимание во всем мире. Авторами статьи совместно с кардиологами из БелМАПО и РНПЦ «Кардиология» разработаны новый эффективный метод лечения и ультразвуковое оборудование, позволяющие выполнять разрушение внутрисосудистых образований с одновременным повышением эластичности сосудистой стенки. Преимуществами метода являются отсутствие оперативного вмешательства, низкая вероятность осложнений, небольшая стоимость лечения. Основной компонент разработанного ультразвукового оборудования – ступенчатый концентратор-волновод трубчатого типа, имеющий на дистальном конце сферический наконечник с одним осевым отверстием диаметром 0,5 мм и тремя радиальными отверстиями диаметрами 0,3 мм, расположенными под углом 120° друг относительно друга. Основной эффект применения концентратора-волновода достигается за счет ультразвукового вибромеханического воздействия сферическим наконечником на внутрисосудистое образование с последующим удалением продуктов разрушения путем их аспирации из сосудистого русла. Дополнительный эффект обеспечивается за счет кавитационного воздействия на сосудистое образование и стенки сосуда через отверстия в сферическом наконечнике потоками жидкости, подаваемой по внутренней полости ступенчатого концентратора-волновода, что способствует значительному улучшению эластических свойств сосудистой стенки при атеросклерозе и сахарном диабете. Для достижения максимальной эффективности воздействия кавитирующей струей на внутрисосудистые образования и на сосудистую стенку необходимо обеспечить высокие точность и качество поверхностей формируемых микроотверстий. По результатам анализа особенностей существующих методов формообразования отверстий малого диаметра предложен метод электрохимической прошивки, позволяющий получать точные микроотверстия диаметром 0,3 мм с высоким качеством поверхности на деталях малого сечения и жесткости. В статье представлены результаты исследования влияния параметров процесса электрохимической прошивки (напряжения, концентрации и расхода электролита) на размеры и форму получаемых микроотверстий. Разработаны основные режимы процесса электрохимической прошивки, позволяющие сформировать микроотверстия в сферическом наконечнике трубчатого концентратора-волновода требуемых точности, размеров и формы.

A great attention has been recently paid to development of ultrasound technologies for treatment of blood vessels throughout the world. Authors of the paper have developed a new effective treatment method and ultrasound equipment that allow to carry out destruction of intravascular formations with simultaneous increase in elasticity of a vascular wall together with cardiologists from Belarusian Medical Academy of Postgraduate Education and Republican Scientific and Practical Center “Cardiology”. Advantages of the method are absence of necessity in surgical intervention, low probability of complications, low cost of treatment. The main component of the developed ultrasonic equipment is a tube-type stepped concentrator-waveguide having a spherical tip at a distal end with a single axial hole of 0.5 mm-diameter and three radial holes of 0.3 mmdiameter located at an angle of 120° relative to each other. The main effect for application of the concentratorwaveguide is achieved by ultrasonic vibromechanical action of a spherical tip on intravascular formation with subsequent removal of destruction products by their aspiration from a vascular bed. An additional effect is provided due to cavitation action on vascular formation and vessel walls by flow of fluid supplied via an internal cavity of the stepped concentratorwaveguide through the holes in the spherical tip. This contributes to a significant improvement in elastic properties of a vascular wall in atherosclerosis and diabetes. It is necessary to ensure high accuracy and quality of surfaces for the formed microholes in order to achieve maximum efficiency of the cavitation jet impact on intravascular formations and on the vascular wall. According to the analysis results on specific features of existing methods for small-diameter hole shaping, an electrochemical hole cutting method has been proposed which allows to obtain accurate micro-holes with a diameter of 0.3 mm and high surface quality in parts of small cross section and rigidity. The paper presents results of study on effect of electrochemical holes cutting parameters (voltage, concentration and consumption of electrolyte) on size and shape of the formed microholes. Main modes of electrochemical holes cutting process have been developed which allow to form micro-holes in a spherical tip of a tubular concentrator-waveguide with required accuracy, dimensions and shape.

концентратор-волноводсферический наконечникмикроотверстиеэлектрохимическая прошивкаэлектролитнапряжениерасходконцентрацияconcentrator-waveguidespherical tipmicro-holeelectrochemical hole cuttingelectrolytevoltageconsumptionconcentrationReferencesКомбинированная технология изготовления гибких ультразвуковых концентраторов-инструментов / Ю. Г. Алексеев [и др.]; под общ. ред. Б. М. Хрусталева. Минск: БНТУ, 2015. 203 с.Alekseev Yu. G., Korolev A. Yu., Minchenya V. T., Niss V. S., Parshuto A. E., Khrustalev B. M. (2015) Combined technology for manufacturing of flexible ultrasonic concentrators-instruments. Minsk, Belarusian National Technical University. 203 (in Russian).Влияние электролитно-плазменной обработки на структуру и свойства поверхностного слоя стали 12Х18Н10Т / И. В. Фомихина [и др.] // Весцi Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2008. № 3. С. 24–29.Fomikhina I. V., Litovskaya Yu. O., Alekseev Yu. G., Korolev A. Yu., Niss V. S. (2008). Influence of Electrolytic-Plasma Treatment on Structure and Properties in Surface Layer of Authentic Stainless 12Х18Н10Т Steel. Vestsi Natsionalnoy Akademii Navuk Belarusi. Ser. Fiz.Tekhn. Navuk = Bulletin of National Academy of Science of Belarus. Series of Physical and Technical Sciences, (3), 24-29 (in Russian).Модель размерного съема материала при электролитно-плазменной обработке цилиндрических поверхностей / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2012. № 3. С. 3–6.Alekseev Yu., Korolev A., Parshuta A., Niss V. (2012). Model for Metal Removal in Electrolyte-Plazma Treatment of Cylindrical Surfaces. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, (3), 3-6 (in Russian).Электролитно-плазменная обработка при нестационарных режимах в условиях высокоградиентного электрического поля / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2017. Т. 16, № 5. С. 391–399. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-5-391-399.Aliakseyeu Y. G., Korolyov A. Y., Parshuto A. E., Niss V. S. (2017) Electrolyte-Plasma Treatment under Non-Stationary Mode in a High-Gradient Electric Field. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, 16 (5), 391-399 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-5-391399Электролитно-плазменное полирование титановых и ниобиевых сплавов / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 3. С. 211–219. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-3-211-219.Aliakseyeu Y. G., Korolyov A. Y., Niss V. S., Parshuto A. E., Budnitskiy A. S. (2018) Electrolyte-Plasma Polishing of Titanium and Niobium Alloys. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, 17 (3), 211–219 (in Russian). https://doi.org/ 10.21122/2227-1031-2018-17-3-211-219Электролитно-плазменная обработка внутренних поверхностей трубчатых изделий / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2016. № 1. С. 61–68. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2016-15-1-61-68Alekseev Y. G., Korolyov A. Y., Niss V. S., Parshuta A. E. (2016) Electrolytic-plasma treatment of internal surface in tubular products. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, 15 (1), 61–68 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2016-15-1-61-68Минченя, В. Т. Применение ультразвуковых концентраторов-волноводов трубчатого типа для устранения непроходимости кровеносных сосудов / В. Т. Минченя, И. Э. Адзерихо, А. Ю. Королёв // Доклады БГУИР. 2016. Т. 101, № 7. С. 300–303.Minchenya V. T., Adzerikho I. E., Korolev A. Yu. (2016) The use of ultrasonic concentrators-waveguides of tubular type to eliminate the obstruction of blood vessels. Doklady Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta informatiki i radioèlektroniki = Doklady BGUIR, 101 (7), 300–303 (in Russian).Минченя, В. Т. Исследование процесса формообразования волочением ступенчатых поверхностей ультразвуковых концентраторов-волноводов трубчатого типа для устранения непроходимости кровеносных сосудов / В. Т. Минченя, А. Ю. Королёв, Дай Вэньци // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 26–27 апр. 2018 г. / редкол.: И. С. Сазонов (гл. ред.) [и др.]. Могилев: Белорусско-Российский университет, 2018. С. 41–42.Minchenya V. T., Korolev A. Yu., Dai Wenqi (2018) Investigations on forming process while using drawing method for stepped surfaces of ultrasonic concentrators-waveguides of tubular type to eliminate obstruction of blood vessels. Materialy, Oborudovanie i Resursosberegayushchie Tekhnologii: Materialy Mezhdunar. Nauch. tekhn. Konf., 26-27 apr. 2018 g. [Materials, Equipment and Resource Saving Technologies: Proceedings of International Scientific and Technical Conference, Apr. 26-27, 2018]. Mogilev, Belarusian-Russian University, 41–42 (in Russian).Юрьев, А. С. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем / A. C. Юрьев. СПб.: Мир и семья, 2001. 1154 c.Yuriev A. S. (2001) Handbook for calculation of hydraulic and ventilation systems. Saint Petersburg, Mir i Semya Publ. 1154 (in Russian).A review on Drilling Printed Circuit Boards / L. J. Zheng [et al.] // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 188. P. 441–449. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.188.441Cheng Yong Wang, Yue Xian Song, Yang L.P., Qu Y.P., Ping Ma, Fu L.Y. (2011) A review on Drilling Printed Circuit Boards. Advanced Materials Research, 188, 441–449. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.188.441Interaction of Cemented Carbide Micro-Drills and Printed Circuit Boards During Micro-Drilling / L. J. Zheng [et al.] // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 77, N 5-8. P. 1305–1314. https://doi.org/10.1007/s00170-014-6520-1Li Juan Zheng, Cheng Yong Wang, Yun Peng Qu, Yue Xian Song, Lian Yu Fu (2014) Interaction of Cemented Carbide Micro-Drills and Printed Circuit Boards During Micro-Drilling. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 77 (5-8), 1305–1314. https://doi.org/10.1007/s00170-014-6520-1Ultrashort Pulsed Laser Drilling and Surface Structuring of Microholes in Stainless Steels / L. Romoli [et al.] // CIRP Annals. 2014. Vol. 63, N 1. P. 229–232. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.03.053Romoli L., Rashed C.A.A., Lovicu G., Dini G., Tantussi F., Fuso F., Fiaschi M. (2014) Ultrashort Pulsed Laser Drilling and Surface Structuring of Microholes in Stainless Steels. CIRP Annals, 63 (1), 229–232. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.03.053Laser Drilling of Stainless Steel with Nanosecond Double-Pulse / X. D. Wang [et al.] // Optics & Laser Technology 2009. Vol. 63, N 2. P. 148–153. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2008.05.021Wang X.D., Michalowski A., Walter D., Sommer S., Kraus M., Liu J.S., Dausinger F. (2009) Laser Drilling of Stainless Steel with Nanosecond Double-Pulse. Optics & Laser Technology, 63 (2), 148–153. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2008.05.021Jiang Jing. Research on Microporous Machining Technology of Metal Materials by Picosecond Laser / Jing Jiang // Beijing University of Technology Master Thesis. Beijing, 2014. 61 p.Jiang Jing (2014) Research on Microporous Machining Technology of Metal Materials by Picosecond Laser. Beijing, Beijing University of Technology Master Thesis. 61.Research on Femtosecond Laser Efficient Parallel Micro-Hole Machining Technology / Luo Zhang [et al.] // Journal of Hubei University of Technology. 2018. Vol. 33, No 4. P. 19–21.Luo Zhang [et al.] (2018) Research on Femtosecond Laser Efficient Parallel Micro-Hole Machining Technology. Journal of Hubei University of Technology, 33 (4), 19–21 (in China).Ultrashort Pulse Laser Micropore Processing / W. Zhao [et al.] // Infrared and Laser Engineering. 2018. Vol. 10. P. 1–9.Zhao W. [et al.] (2018) Ultrashort Pulse Laser Micropore Processing. Infrared and Laser Engineering, 10, 1–9.Experimental Study on Picosecond Laser Processing of Stainless Steel Micropores / L. Y. Liu [et al.] // Applied Laser. 2015. Vol. 35, No 4. P. 472–478.Liu L. Y. [et al.] (2015) Experimental Study on Picosecond Laser Processing of Stainless Steel Micropores. Applied Laser, 35 (4), P. 472–478.Kong, M. C. Aspects of Material Removal Mechanism in Plain Waterjet Milling on Gamma Titanium Aluminide / M. C. Kong, D. Axinte, W. Voice // Journal of Materials Processing echnology. 2010. Vol. 210. P. 573–584. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.11.009Kong M. C., Axinte D., Voice W. (2010) Aspects of Material Removal Mechanism in Plain Waterjet Milling on Gamma Titanium Aluminide. Journal of Materials Processing echnology, 210, 573–584. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.11.009Wang, J. The Cutting Performance in Multipass Abrasive Waterjet Machining of Industrial Ceramics / J. Wang, D. M. Guo // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 133. P. 371–377. https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)01125-1Wang J., Guo D. M. (2003) The Cutting Performance in Multipass Abrasive Waterjet Machining of Industrial Ceramics. Journal of Materials Processing Technology, 133, 371–377. https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)01125-1Improving Surface Hardness of Austenitic Stainless Steel Using Waterjet Peening Process / А. Azhari [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2012. Vol. 63. P. 1035–1046. https://doi.org/10.1007/s00170-012-3962-1Azhari A., Schindler C., Kerscher E., Grad P. (2012) Improving Surface Hardness of Austenitic Stainless Steel Using Waterjet Peening Process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 63, 1035–1046. https://doi.org/10.1007/s00170-012-3962-1Azmir, M. A. A Study of Abrasive Water Jet Machining Process on Glass/Epoxy Composite Laminate / М. А. Azmir, A. K. Ahsan // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. P. 6168–6173. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.08.011Azmir M. A., Ahsan A. K. (2009) A Study of Abrasive Water Jet Machining Process on Glass/Epoxy Composite Laminate. Journal of Materials Processing Technology, 209, 6168–6173. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2009.08.011Grachev, M. V. Comparison of Technological Methods for Small Diameter Hole Perforation in Titanium Alloys / M. V. Grachev // International Journal of Engineering & Technology. 2018. Vol. 7, No 3.19. P. 105–107. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i3.19.16995Grachev M. V. (2018) Comparison of Technological Methods for Small Diameter Hole Perforation in Titanium Alloys. International Journal of Engineering & Technology, 7 (3), 105–107. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i3.19.16995Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г. Л. Амитан [и др.]; под. общ. ред. В. А. Волосатова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. 719 с.Amitan G. L., Baisupov I. A.,Baron Yu. M., Volosatov V. A. (1988) Handbook on electrochemical and electrophysical processing methods. Leningrad, Mashinistroyenie Publ. 719 (in Russian).Мороз, И. И. Электрохимическая размерная обработка металлов / И. И. Мороз. М.: Машиностроение, 2009. С. 279.Moroz I. I. (2009) Electrochemical dimensional processing of metals. Moscow, Mashinistroyenie Publ. 279 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.