автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Научные основы шлифования инструментальных материалов с направленным изменением характеристик контактных поверхностей

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Институт сверхтвердых материалов им. В.Н.Бакуля

РГБ ОД - 7 ФЕО Г.:^

ЛАВРИНЕНКО Валерий Иванович

7

!

УДК 621.923.6

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ШЛИФОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С НАПРАВЛЕННЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность - 05.03.0i - Процессы механической обробкк,

станки и инструменты

Автореферат

диссертации на соискание научной степени доктора технических наук

Кшв - 2000

На правах рукописи. Работа выполнена

в Институте сверхтвердых материалов HAH Украины.

Научный консультант : доктор технических наук, профессор

Розенберг Олег Александрович, ИСМ НАНУ, зав. отделом

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ст. наук. сотр.

Виноградов Александр Александрович, Институт сверхтвердых материалов HAH Украины

доктор технических наук, профессор Внуков Юрий Николаевич Запорожский государственный технический университет, проректор по научной части

доктор технических наук, профессор Головко Леонид Федорович НТУУ «Кшвський полггехшчний шститут»

Ведущая организация - Харковский государственный политехничес кий ушверситет (Кафедра резания материалов и режущих инструментов)

Защита состоится -JJ - 2000 р. в 13 часов 30

мин. на заседании специализирювайого ученого совета Д 26.230.01 при Институте сверхтвердых материалов HAH Украины по адресу : 04074, м. Кшз-?4, вул. Автозаводсыса, 2 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института сверхтвердых материалов HAH Украины.

Автореферат разослан "// " ^¿W 2000 р.

Отзывы на диссертацию в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять по указаному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Ученый секретарь специализированого ученого совета, доктор технических наук Майстренхо АЛ.

I/ЧП 0 f)42 /,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для современного Машиностроения характерным является широкое использование новых разработок из области материаловедения по созданию и усовершенствованию инструментальных материалов. В структуру последних, для повышения твердости, прочности, химической инертности, снижения коэффициента трения, дополнительно вводят карбиды переходных металлов 1УЬ - УЬ подгрупп. Это характерно для: быстрорежущих сталей (введение карбидов ванадия и ниобия), твердых сплавов (карбидов титана, тантала, нИобия), безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС) на основе карбида титана, инструментальных керамик (карбидов титана и циркония).

Для выделения указанные материалы в научной литературе получали название по этим карбидам - ванадиевые, Титано-танталовые, оксидно-карбидные. Поскольку нами в диссертационной работе была рассмотрена не одна группа инструментальных материалов, а все, указанные выше, то они нами объединены н имеют один формальный признак - наличие в их составе карбидов металлов 1УЬ - УЬ подгрупп. Фактически это признак причастности указанных инструментальных материалов к группе труднообрабатывемых материалов. Шлифование таких материалов характеризуется быстрой потерей кругом режущей способности, повышением вследствие этого, силовых и температурных факторов процесса шлифования, что приводит к снижению механических характеристик их поверхностного слоя, возникновению трещин н сколов. Такие затруднения при обработке связаны в значительной степени с тем, что указанные материалы, каждые в своих группах имеют Наиболее: высокие механические показатели, например, твердости; низкие показатели теплопроводности; низкую стойкость против окисления, которая обуславливается выделением металла и неметалла (С) при этом, а если учесть характерное для указанных карбидов наличие определенной области гомогенности, то э+о существенно злияет на механические характеристики И качество пОВерхност- ■ ного слоя. Как результат, максимальная производительность обработки таких ■ материалов кругами из СТМ с охлаждением составляет всего от 900 до 120.0 мм3/миН, что является крайне недостаточным для современного Производства, учитывая то, что их доля А общем выпуске составляет более 25% И наблюдается тенденция к ее увеличению. Поэтому, решение вопроса о повышении эффективности обработки Инструмеи+альных материалов, содержащих в структуре карбиды металлов 1УЬ - УЬ подгрупп, явлкетей актуальной и , важной проблемой.

Реальным способом интенсификации процесса обработки таких материалов является снижение контактных нагрузок в зоне шлифования путем изменения характеристик контактных поверхностей за счет введения в зону

обработки дополнительной энергии (процессу элевтррщдифоэадий), ЧТР позволит управлять характерам контактных процесса« в зон« обработки, используя изменение состояния и состава пленок нв шП'октиых поверхностях, формоизменение режущей поверхности кругов, эффекты изменения концентрации подвижной фазы инструментальных композитов. Следует указать, что прямое использование традиционных процессор электрощлифования не позволит достичь необходимой цели, поскольку для этого необходимо изменить направленность физикр-химичеркого воздействия.

В целом, разработка научных основ повышения эффективности процессов шлифования указаных выше материалов за счет целенаправленного изменения характеристик контактных поверхностей круга и обрабатываемого изделия, что позволит управлять процессами механического и физико-химического взаимодействия при шлифовании и создавать энергоэкономныв технологий, является важной научно-технической проблемой, которая имеет большое народно-хозяйственное значение. Решению этой проблемы и Наоаяшена данная диссертационная работа.

Си язь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнялась.в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИСМ ЫАН Украины, Всесоюзной (бывшего СССР) Программы КП НТП СЭВ по САПР (задания -5.20 н 5.21), проектам ГКНТ Украины 5.43,07/05-92 та 04.04.03/004к-95.

Цель и задач!! исследований состоят в разработке научных основ повышения эффективности процессов шлифования труднообрабатываемых инструментальных материалов, содержащих ь структуре карбиды металлов lVb - Vh подгрупп, кругами и? СТМ Но критериям производительности и качества обработки за счет направленного изменения характеристик контактных поверхностей круга и обрабатываемого изделия на базе экспериментально-аналитического исследования физических и химических процессов в зоне обработки.

Достижение этой цели обуславливает решение следующих задач ; ( - провести анализ особенностей высокопроизводительной обработки инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов lVb - Vb подгрупп, с введением дополнительной электрической энергии в зону обработки и определить условия управления процессами изменения харарстериетик контактных поверхностей с целью повышения •^производительности обработки, снижения износа кругов и энергоемкости процессов шлифования;

V - выявить возможности направленного и упрарлясмого использования совокупности . механических, электрохимических и электрофизических 'процессов при электрошлифованин указанных материалов, определить роль

электродных процессов при этом, установить закономерности анодной и катодной поляризации применительно к процессам электрошлифования, особенности формирования и состазы анодных и катодных пленок;

- изучить закономерности формоизменения режущей поверхности шлифовальных кругов из СТМ при торцовом шлифовании в радиальном и окружном направлении с учетом повышения производительности обработки и выявить условия повышения работоспособности зерен СТМ;

- установить особенности пространственного расположения зерен в режущем слое круга, с учетом этого произвести расчеты по определению напряженно-деформованного состояния системы «зерно - связка»;

- на основе установления направленности процессов и теории контактного взаимодействия двух тел, находящихся в электрическом поле, получить теоретически и подтвердить экспериментально зависимости для расчета величин електрохимического и электроэрозионного токов и установить при электрошлифовании долю электрохимического тока в общем;

- разработать научные предпосылки разработки новых конструкций кругов из СТМ с стабилизированной формой профиля их режущей поверхности, новых составов электролитов и технологических жидкостей с направленным действием для обробкн ¡нструментальних матерГалш;

- выработать нетрадиционные показатели информационной структуры ' шлифовальных кругов и базы данных применительно к САПР шлифовальных кругов и технологий шлифования;

- разработать новые технологические процессы высокопроизводительной и качественной обработки инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов 1УЬ - \'Ь подгрупп, и внедрить их в производство.

Научная новизна :

1. Разработаны научные принципы повышения эффективности процессов электрошлифования инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов 1\'Ь - УЬ подгруппы, кругами из СТМ, которые базируются на концепции разделения направленности механических, электрохимических и электрофизических воздействий и Показано, что основными процессами, которые позволят управлять такой направленностью При этом, являются катодные процессы.

2. Выявлены закономерности волнового формоизменения режущей поверхности кругов из СТМ при шлифовании, которые приводят к реальному снижению площади поверхности; ответственной за съем припуска. Впервые установлена неравномерность движения волнового формоизменения в окружном направлении и определен ее механизм. Это позволило уточнить механизм съема материала при торцовом шлифовании, получить аналитически уравнение критической производительности шлифования и установить условия сни-

жения износа кругов при превышении значения такой производительности.

3. На основе (золвших массивов экспериментальных данных (от 500 до 5000 точек) уточнен вид закона распределения показателя прочности зерен СТМ из диапазона, наиболее распространенного для процессов щлифова^ия, и установлено, что он подчиняется не нормальному, как это принято, а логарифмически-нормальному закону распределения

4. На основании положений теории упругости, при определении напряженно-деформированного состояния системы «зерно-связка» с учетом реальных углов наклона зерен, показано, что та часть зерен, которые наклонены не, навстречу направлению действия силы резания, находятся в крайне неблагоприятной зоне напряжений и выдвинута предположение о том, что вследствие этого при условии превышения критической производительности обработки, их участие в съеме припуска является несущественным.

5. На основе изучения закономерностей электродных процессов впервые определены состав и особенности формирования анодных и катодных пленок применительно к условиям электрошлифования, что позволило установить механизм их направленного формирования для условий явной и неявной поляризации, а также замены насцщеных электролитов - направленными, в которых реализован эффект регенерованного гидрооксидного блока в МЭЗ,

6. Впервые, применительно к электрощлифовздию инструментальных материалов кругами из СТМ, определен диапазон напряжений технологичес-

.кого тока при которых имеет место эффект "смазьтания током" и показано, что этот эффект может действовать исключительно при условии отсутствия анодных оксидных пленок на поверхности обрабатываемого материала.

7. На основе положений теории'упруго-изогнутых тел И решения-осе-симметричНоГГ задачи теории упругости изотропного Тела, применительно к конструкциям Шлифовальных кругов, разработано методика-программное обеспечение определения, осевой жесткости кругов и предложены новые показатели информационной структуры кругов; показатели удельной и относительной' осевой жесткости, критерий; ее достаточности, что позволяет установить возможности'использования более дешевых и менее дефицитных материалов в корпусах шлифовальных кругов безпьтерй; в отличйе от известных решений, необходимой работоспособности таких Кругбв. ■ • ' '

Практическое значение работы {■ ..- разработаны новые технологически^ процессы обработки инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов ТУЬ - УЬ подгруппы: безвольфрамовйх таердих сплавов, .эконо^нолегираваннух быстрорежущих сШей, инструментальных керамик, сЛожнолегированнЫХ твердых сплавов}

г разработаны новые конструкций шлифовальных кругов из СТМ с учетом положения про критическую производительность, оснастка для их из-

гртовления и техническая документация на их производство;

- разработаны новью составы электролитов и технологических жидкостей с направленным действием на изменение характеристик контактных поверхностей ;

- разработаны нетрадиционные показатели информационной структуры кругов и базы данных для САПР шлифовальных кругов н технологий шлифования;

- на основе результатов исследований разработаны рекомендации по применению и эффективному внедрению новых процессов шлифования.

Полученные научные и практические результаты, изобретения и рекомендации внедрены на 17 предприятиях Украинь! Н России. Это позволило в целом достичь повышения производительности шлифования в 1,3.„1,8 раза, износостойкости кругов в 1,5...2,2 раза, исключить импортные и внедрить отечественные круги и сэкономить для предприятий Украины валютные средства.

Личный вклад автора в разработку проблемы. В диссертационной работе приведены результаты исследований, выполненные под научным руководством и при непосредственном участии автора в период з 1984 по 1999 г.г. Разработка методик исследований, анализ и обобщение полученных результатов, формулировка всех основных обобщающих положений диссертации выполнены автором лично.

Из научных результатов личным вкладом автора является:

- разработка модели волнового формоизменения режущей поверхности круга в процессе шлифования и установление механизма неравномерного перемещения волны в окружном направлении;

- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение положения о критической производительности шлифования;

- исследования пространственного. расположения зерен СТМ в режущем слое круга и особенностей формирования наклона зёрен в процессе изготовления круга;

- установление особенностей влияния катодных пленок на изменение характеристик рабочей поверхности круга в условиях явной и неявной поляризации, расчет электрохимической составляющей общего тока;

- исследование и установление условий возникновения Эффекта изменения градиента подвижной фазы.композитов в поверхностном слое;

- установление более Ю зависимостей связи наиболее распространенных параметров шероховатости с базовым параметром Яа для различных способов, и методоз Щлпфоьдния инструментальных материалов, что позволяет за счет выбора технологии обработки Целенаправленно изменять' Геометрические характеристики обработанной поверхности. ' ' ■

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международных, Всесоюзных (бывшего СССР) и украинских конференциях, семинарах, симпозиумах: "Технологическое управление триботехни-ческими характеристиками узлов машин" (г, Кишинев, 1985 г.), "Применение прогрессивных инструментальных материалов и. методов повышения стойкости режущих инструментов" (г. Краснодар, 1985, 1988 г.г.), "Шлифование-86" (г. Ереван, 1986 г.), "Электрохимическая размерная обработка деталей машин" (г. Тула, 1986 г.), "Технологическое управление, качеством и эксплуатационными свойствами деталей машии" (г. Брянск, 1986 г.), "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов" (г. Юрмала, 1987 г.); "Стойкость и диагностика режущего инструмента в условиях автоматизированного производства" (г. Ижевск, 1988 .), "7-th INTE.RGRIND" (Budapest, 1988 г.), "Повышение эффективности технологических процессов машиностроительных производств" (г. Барнаул, 1989 г.), "Повышение качества и надежности машиностроительной продукции" (г. Луцк, 1989 г.), "Сверхтвердые материалы в ресурсосберегающих технологиях" (г .Киев, 1989 г,), "Obrobka materiaiow niernetalowych" (r.Rzeszow, 1990 г.), "International conference on engineering design" (Dubrovnik, 1990 г.), "Повышение эффективности применения электрофизических и электрохимических методов обработки материалов" (г. Ленинград, 1990 г.), "Прогрессивные технологии в машиностроении" (г. Одесса, 1991 г:), "Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов" (г. Рубцовск, 1991 г.), "INTERGR1ND' 9l" (г. Ленинград, 1991 г.), "Прогрессивная техника и технология машиностроения" (г. Донецк - Севастополь, 1995 г.), "Современные проблемы машиноведения" (г. Гомель, 1996 г.), «Износостойкость машин" (г.Брянск, 1996 г.), "Высокие технологии в машиностроении" (г. Харков г Алушта, 1992, 1994, 1996 - 1999 г.г.), II Электрохимический съезд Украины (г. Днепропетровск," 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 172 работы, среди которых: 3 монографии, 10 брошюр, 25 свидетельств на изобретения, 3 свидетельства на промышленные образцы. 11 работ, у т. ч. 1 монография и 2 свидетельства на изобретения опубликованы без соавторов.

Структур*! и объем работы. Диссертационная работа, состоит из введения, 7 разделов, обших выводов, списка литературы из 316 наименований и приложений. Изложена на 278 страницах основного текста с 87 рисунками и 84 таблицами. Общий объем работы составляет 487 стр.

содержание работы

Структура диссертации отражает последовательность выполнения теоретических и экспериментальных исследований. В первом разделе

приведены свойства инструментатьных материалов, содержащих в структуре карбиды металлов 1УЬ - УЬ подгрупп, пранапизировапы основные концепции существующих процессов их обработки, сформулирована цель и задачи исследований. Второй раздел посвящен обоснованию методик проведения исследований, установления показателей процесса шлифования с учетом изменения характеристик контактных поверхностей и методов их измерения, оценки их достоверности. Третий раздел содержит изложение основных результатов исследований фрикционного контакта при шлифовании инструментальных материалов, рассмотрена сущность электрохимических процессов при электрошлифовании и получены зависимости расчета электрохимической и злектроэрозионной составляющей общего тока, обоснована концепция разделения направленности процессов При электрошлифовании и определены на этой основе условия изменения характеристик контактных поверхностей за счет формирования катодных и анодных пленок и условия достижения положительных эффектов катодной поляризации без введения энергии в зону обработки. Четвертый раздел посвящен обоснованию уточненного механизма съема материала с учетом изменения геометрии контакта на основе предложенной модели волнового формоизменения режущей поверхности кругов, обосновано положение о критической производительности и установлены методы снижения износа кругов при повышении производительности обработки, В пятом разделе рассмотрены условия возникновения эффектов изменения фазового состава приповерхностного слоя композитов с целью повышения их износостойкости и средства управления такими процессами. В тестом разделе представлены результаты разработки специальных конструкций кругов с фиксированным формоизменением их поверхности при шлифовании, анализируются статистические зависимости взаимосвязи параметров' шероховатости обработанной поверхности, а также новые показатели информационной структуры шлифовальных кругов. В седьмом разделе на основе результатов разработок обоснованы рекомендации по использованию новых технологических процессов шлифования инструментальных материалов, их опытно-промышленной проверки и внедрения в производство.

Первый раздел. Выполнен анализ литературных данных по физико-механическим свойствам инструментальных материалов, содержащих в структуре карбиды металлов 1УЬ - УЬ подгрупп, и показаны причины их неудовлетворительной шлифуемости. В поиске путей решения этой проблемы большое количество научных трудов посвящено исследованию закономерностей контактных процесов при шлифовании, в т.ч. с введением дополнительной энергии. В этом направлении известны фундаментальные работы отечественных исследователей Беззубенко Н.К., Бердника В.В., Внукова Ю.Н., Граб-

чепко д.и., Гостева ВД, Гурвича Р.А-, Захэренко И.П., Коваленко В,С., Новоселова Ю.К., Новикова Ф.В., ОДатюхи П.Г., Савченко Ю,Я., Узуняна М.Д., life* пелева A.A., Якимова A.B. и др. Анализ современных представлений q механизме высокопроизводительного съемз материала свидетельствует о том, что основным средством при этом является использование дополнительного воздействия: механического, электрохимического, элрктроэрозионного и др. Этот подход являетря позитивным, позволяет решить многие проблемы обработки, однако, врямую использовать известные решения для обработки указанных выше групп материалов мы на можем, вследствие проблем, возникающих дополнительно, Так, при электрохимическом шлифовании, мы, и это будет показано выше, еще больше ослабляем их поверхность, за счет интенсивных анодных процессов, а при элертроэрозионном шлифований попадание электроразрядов, при прямом пробое МЭЗ, на обрабатываемую поверхность (например, БВТС или керамик) приводит к их растрескиваниям и сколам, что автоматически исключает возможность повышения производительности обработки для таких материалов указанными методами.

Указанное выше свидетельствует о том, что В нашем случае в зону обработки при традиционных методах электрошлифования вводится избыточная энергия, которая идет не на пользу, а только приводит к определенным усложнениям. Таким образом, для высокопроизводительного шлифования указанной выше группы материалов необходимо иметь такой процесс обработки, который бы исключал негативные стороны как интенсивных электрохимических процессов, так и интенсивных электрофизических процессов. Простое уменьшение количества этой энергии не позволит достичь необходимого эффекта, поскольку дело не в ее количестве, а в направленности на достижение определенного эффекта. Как свидельствуют литературные данные ресурса механического резания зернами СТМ вполне достаточно для дос-¡тижения высокой производительности шлифования, но необходимо обеспечить условия использования этого ресурса и значительно снизить негативные проявления' контактных процессов в зоне обработки, которые приводят к ухудшению качества обработанной поверхности; Сделать это, на наш взгляд, возможно только за счет коренной переработки концепций технологий элек-{рошлифования путем разработки эффективных энергоэкономиых технологий ца основе изменения характеристик электроконтактных поверхностей.

Кроме того, как свидельствует анализ литературных источников, при повышении производительности Обработки мы, дополнительно к указанным выше' проблемам, сталкиваемся с противоречием, которое является характерным для процессов шлифования, и которое связано с тем, что такое повышение приводит к одновременному увеличению износа кругов и ухудшению шероховатости обработанной поверхности. Характерные кривые

«Произаодит«льность-изНос круга» и «производительность-шероховатость» имеют да« зоны: небольшого прирост» показателей q и Я, с повышением производительности и катастрофического прироста, связанных с формоизменением рцжущей поверхности круга. Преимущественно исследователи пренебрегают такими формоизменениями и считают, что вся режущая режущая пойерх-, нс$ст!» круга отвечает за съем материала при одном обороте круга, а это, на наш взгляд, вносит достаточно существенную ошибку, поскольку реально она являете* значительно меньшей. В связи с этим, возникает- вопрос о Компенсации дефицита внешней поверхности за счет внутренней, или за счет Использования эффектов изменения градиента подвижной фазы инструментальных композитов, Что в литературе не нашло своёго отображения.

Поэтому, в основу работы и был положен единый подход к проведению . тейретическИХ и экспериментальных исследований основанный на положениях, теории трения й Изнашивания 0 том, чтд изменение характеристик контактных поверхностей необходимо рассматривать, во-первых, как формирование пленок на контактных поверхностях, во-вторых, как изменение геометрии контакта, и в-третих, как изменение фазового состава приповерхностного слоя. Из литературы известны Некоторые исследования по розрабо'тке методов шлифования на основе элементов приведенных положений, однако отсутствует база для создания научного Подхода в этом направлении.

Второй гишсл. Для решения задач, поставленных в работе, использовались известные' и специально разработанные методики исследований, например, по установлению Нетрадиционных показателей информационной структуры шлифовальных кругов, коэффициента трения применительно к условиям шлифования, воздействию технологических. жидкостей на интенсивности изнашивания инструментальных композитов. Исследования проводились на оборудовании, широко используемом в инструментальной промышленности, с дополнительной его модернизацией для изучения действия электрохимического и электрОэрозйонногО воздействия на процесс обработки в условиях плоского торцового многопроходного и. упругого шлифования, наиболее характерных для шлифования передних и задних поверхностей режущего инструмента. В качестве Обрабатываемых использовали инструментальные материалы, содержащие в структуре карбиды металлов 1УЬ - \Ъ подгрупп: безвольфрамовые твердые сплавы (ТН20, ТН50, КИТ] б), сложнолегироваНные вольфрамовые Твердые сплавы (ГГ20К9, ТТ8К10Б и др.), экономнолегированные быстрорежущие стали (Р6М5ФЗ, А11РЗМЗФ2 и др.), оксидно-карбидные керамики (ВОКбО, ВОК71, ВОК85С и др.), которые изготавливались УкрНИИспецсталь и СКТС и ТМ (Украина), заводом «Победит», Московским (МКТС) и Кировградским (КЗТС) комбинатами твердых сплавов, СП «МКТС-Хертель», МОЗ ТМ

и ТС (Россия). В качестве кругов из СТМ применяли стандартные и специальные шлифовальные круги форм 6А2, 12А2-450, 12Л2-200, 12А9В, 12D9 изготовления Опытного завода ИСМ HAH Украины, ПЗИА и АИ (Украина), завода «Ильич» (Россия), фирм «Винтер» и «Вендт» (Германия), «Агатон» (Швейцария).

Изучение закономерностей процесса шлифования указанных труднообрабатываемых инструментальных материалов, эффектов изменения характеристик контактных поверхностей круга и обрабатываемого изделия производилось с применением современных методов профилометрии, оптической и электронной микроскопии, термического анализа, рентгенографии, металлографии, потснииометрии, тензометрии, аналитической химии.

Обоснованность и достоверность, научных положений, выводов и рекомендаций подтвердждается постановкой и решчним задач с использованием известных положений механики, трения и изнашааания, аналитической химии, теории шлифования, теории упругости, электрохимии, широким использованием статистических методов оценки результатов исследований, сходимостью расчетных данных с результатами эксперт ментальных исследований и с известными результатами других исследователей, достаточно большим объемом экспериментальных исследований например, для установления закона распределения показателя проч-ности зерен СТМ, использовались выборки объемом от 500 до 5000 точек, для выявления, корреляционной связи между показателями шероховатости обработанной поверхности, объем исследованных экспериментальных данных составил около 4500 точек. Для установления закономерностей использовали современные методики обработки данних, на ПЭВМ (YPCON, «Термоунругость» и др.).

Третий раздел.. Поскольку для инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов IVb - Vb подгруппы, большое значение имеют контактные процессы ь зоне обработки, то нами установлены значения их коэффициентов трения по связкам применительно к реальным условиям шлифования. Установлено, что при этом коэффициент трения наибольший у связок; керамических - 0,15.„0,28 и металлических на основе кобальта (0,12.„0,3-4) i Си - AI - Zn (0,13...0,26). А вот у кругов на полимерных связках 0,07..,0,13 , и на металлических з основами Си - Sri - Sb (0,07...0,10) и Си - Sn (0,05...0,11) этот коэффициент значительно ниже, что важно в нашем случае. Укажем, что круги на металлических связках имеют невысокую режущую способность, которую возможно обеспечить за счет электроэрозии. Но, наши исследования показывают, что процесс электроэрозионного шлифования кругами из СТМ для указанной выше группы инструментальных материалов использовать нецелесообразно, поскольку он,: кроме указанного выше

ухудшения качества приводит к повышению износа кругов н росту себестоимости обработки. Поэтому, в дальнейшем, основное внимание было направлено нами на возможности процесса электрохимического шлифования (ЭХШ) кругами из СТМ, для чего рассмотрена сущность электрохимических Процессов при ЭХШ.

Традиционно исследователи стремятся к обеспечению максимального значения выхода по току, однако нашими исследованиями, выявлено, что даже для самых оптимальных условий ЭХШ кругами из СТМ он составляет не более 10 %, А если учесть то, что неизбежный нагрев электролита в процессе обработки всего на 20° снижает выход по току в 1,6 раза, а использование некоррозионно-активных электролитов снижает выход еще в 1,3...2,7 раза, то следует признать, что для этих условий анодная поляризация не может привести к ощутимым результатам в электрохимическом растворении.

С учетом проведенных исследований возникает необходимость оценки величины электрохимической составляющей общего тока, на который возможно рассчитывать В съеме припуска. Для анализа электрохимического Шлифования выделим элементарную электрохимическую ячейку, в состав которой входят элементы поверхности круга и обрабатываемого изделия и технологическая среда, а наиболее важным параметром является величина межэлектродного зазора (МЭЗ). Величина МЭЗ определялась нами с учетом коэффициента критического удержания зерна в связке круга (е), средневероятной толщины ' срезаемого слоя (аг ) и глубины электрохимического растворения (А) материала. Для случая плоского торцового шлифувания МЭЗ рассчитывали как : 5 = х (1 - е) - + А-. С учетом преобразований получено уравнение, для расчета' МЭ9 применительно к условиям ЭХШ кругами из.СТМ :

В формулу (1) входят показатели производительность шлифовании'.(С?), скорость вращения круга (ук), относительная концентрация 'СТМ (К), коэффициент распределения зерен (Р*), угол заострения зерен (Р), толщина обрабатываемого изделия (И), внешний диаметр (О) и ширина режущей поверхности (В)-круга,.а также показатели электрохимического растворения, которые для зуслопий ЭХШ кругами Из СТМ Практически не . изучены. Поэтому, .в диссертации приведены расчеты величин электрохимических эквивалентови экспериментальные данные значений; выходаттстоку (г|). Извсс.тпр'.юто.плотность тока в промежутке между электродами составляет :

О .„„■ Рс№0/2) >КШ} /Г(£>- В)

Ц-(&<Ра + А<рк) 8

X >

(т

Для ВОЗМОЖНОСТИ НР1ЩЬЭР98НИЯ фррвдц (3) ^МИ убТЯНРШКНЦ

стандартные потенциалы электродов + Дфк) и электропроводности (6)

ячеек с различными сонарами электролитов при^внит«?ЧЬИО к условиям электрощлифрцания.

Плотнортэ то(<а элвКТРЭДИМКч^скрй составляющей определена из системы уравнений (1) та (2) у виде ;

-хЦ + + 4V - (А?я + )]х д. , ...

----уЬ-- • ■......... , Ш*. (3)

где , для уменьшения.громоздкости зависимости (3), введено показатели

N - е- 2,338(—(В—Ш^^гО.)0-* (1 - „ КукВН . р'у-Ъ)

Конкретные данные расчета плотности электрохимической составляющей тока приведены в диссертации, Из них следует, что ее доля в общем Токе является опять трки Небольщой и составляет от 8 ДО 15 %.

А основную долю составляет электроэрозионная составляющая силы тока- При ЭХЩ является обычным, а особенно это характерно для повышенных режимор, возникновение нежелательных электроэрозионных разрядов в зоне обработки. Исторически сложилось» что исследователи стремились избавиться от них, чтобы улучшить действенность электрохимических процессов, Однако, исследования показали, Что эта сделать невозможно, поэтому основной шнмание было обращено ив электрозрозионкМе процессы обработки, а электрохимическое шлифование со своими нерешенными проблемами. Поскольку, как указано выше, по показателям качества электроэрозионное Шлифование для условий обработки изделий из инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов 1УЬ - УЬ подгрупп, принанять нежелательно, то нами предложено недостатки ЭХШ превратить в его преимущества.

Для этого, исходя из приведенных выше результатов исследований действенности электрохимический процессов, вЫдвй1(уТа, концепция 0 разделении направленности процессов при электрошлифованим инструментальных материалов, содержащих в структуре карбиды метадл&в - УЬ Подгрупп, При этом! электрохимические процессы предложено рассматривать не в точки зрения получения сверхвысоких показателей анодного растворения, а как процесс^ электродной поляризации, т.е. как регулирующие, так; чтобы Механические Процессы резания зернами были бы Направлены исключительно на съем обрабатываемого материала, а эрозионное * Исключительно на поддержание высокой режущей способности круга, без явлений их избыточности. Тем еамьи^, мы д;(й указанных групп материалов максимально устраняем негативное воздействие электроэрозионных процессов на обрабатываемую поверхность, и направляем их на достижение только позитивного аффекта -

максимального снижения контакта связки и обрабатываемого материала. При таких условиях, механические процессы резани-! зернами СТМ и должны обеспечить повышения производительности обработки' без ухудшения качества обработанной поверхности. А достичь этого возможно в первую очередь изменением характеристик элзктроконтактных поверхностей за счет электрохимических электродных процессов, которых недостаточно для достижения высоких показателей анодного растворения, но вполне достаточно для поляризации поверхностей анода и катода, формирования на них пленок и изменения условий контактирования электродой.

В свою очередь, электроэрозионный процесс нами предложено рассматривать не с позиций возникновения пробоя зазора электроразрядами, а как электроконтактное взаимодействие между стружкой и поверхностью связки круга, то есть с позиций триботехники скользящих электрических контактов. Данное положение основывается на впервые нами обнаруженном для условий электрошлифования эффекте «смазывания» электрическим током, наличие которого как раз и характерно для триботехники скользящих электрических контактов. Установлено, что этот эффект наблюдается * диапазоне напряжений и=0...6 В в зависимости от материалов контактов: для быстрорежущих сталей - 0...6 В (наилучше 4 В), для \УС - твердых сплавов -0...3 В (1 В), для ЛС - твердых сплавов - 0...2 В (1 В). Именно такой подход и. Позволил нам впервые для условий электрошлифованйя Получить зависимость для расчета плотности Элект'роэрозионнон составляющей общего тока:

кт7 +22Т1~аекккеА?3вГид£ЯМ,1 + -/?,£/ 1 _а_:_400 а/м2

(4)

где кь ке, км - коэффициенты, учитывающие соответственно, часть режущей поверхности круга, ответственной за съем припуска, содержание электропроводных компонентов в связке, долю електроэрозиоНного разрушения связки; с и Ь - удельная массовая теплоемкость и скрытая теплота плавления материала связки; Т„\ и Тсв - температуры плавления и средняя температура связки при электрошлифовании.

Сумма плотностей электрохимического (3) и электроэрозионнного (4) токов составляют плотность общего технологического тока .Ь=.Ьх+]«-Сравнение расчетных и экспериментальных данных плотностей общего токов ЭХШ показали ошибку в пределах от 1 до 8 %, что является удовлетворительным и Подтверждает правомерность выдвинутых гипотез.

Приведенные выше исследования позволили определить пути уменьшения избыточности электроэрозионных процессов при электрошлифовании И достичь, в определенной степени, решения той проблемы, которую не могли

решить ранее исследователи электрахцмическрго щднфоцацнй » значительного снижения электроэразии- Например, для классического метода электрохимического шлифования стали Р6М5ФЗ при производительности 1200 мм3/мин ток составляет 220 А при 1^6 В, а при Использовании нашего подхода он составляет уже 50 А (при той же производительности и напряжении), но При износе круга в 2,6 раза меньше. Таким образом, изложенные выше положения позволяют значительно (более чем в 4 раза) снизить энергоемкость процесса.

Одним из механизмов получения приведенных выше позитивных эффектов, как раз и является один из электродных процессов - катодный. Применительно к условиям ЭХШ кругами из СТМ катодная поляризация практически не изучалась, что не позволяло использовать ее, как эффективный элемент, управления процессом. А поскольку мы выдвинули концепции использования электрохимических процессов как чисто электродных, а электроэрозионных - как электроконтактных, то катодные процессы из вспомогательных переходят в главные, так кик именно они изменяют условия контактирования стружки с поверхностью круга. Именно поэтому нами впервые для условий электрошлифованИя изучены особенности катодных Процессов, элементный состав и характеристика катодных пленок.

Укажем, Что для катодных Процессов характерными являются изменения не Только на поверхности электрода, а И в прикатодном слое, рН которого значительно превышает рН основного объема электролита. Это известно, но никак не использовалось исследователями. Нами впервые выявлены условия образования гидрооксидов непосредственно вблизи катода, блокирования его поверхности, и, ■ тем самым, снижения эрозионной составляющей тока и износа круга-катода (эффект гндрооксидного блока в МЭЗ). Например, при электрошлнфоваиии сплава КИТ 16 применение электролита с добавкой соли N¡(N03)3, позволяет образовывать в МЭЗ гидрооксидный блокЩОН)з и достичь снижения Тока в 1,6 , а износа круга в 1,3 раза в сравнении с электролитом без добавок (А.с, № 1366332). В диссертации приведена методика определения концентрации соли, которая позволяет блокировать весь объем МЭЗ.

Установлено, что катодная пленка содержит в целом элементы всех трех составляющих,. которые находятся в МЭЗ: инструментального материала, электролита и ¿вязки круга, и на ее состав влияет рН-электролита. На основании' изучения кИнетики катодных процессов и исследований особенностей фрикционного взаимодействия при наличии катоднЫх пленок выдвинуто положение о том, что катодные пленки, формируясь на поверхности круга являются не только покрытием, которое изменяет ус-ловия электрофизического контакта, а и являются своеобразным защитным

и

покрытием, которое повышает способность режущей поверхности круга сопротивляться изнашиванию- Такое положение основывается на том, что катодные пленки, формируясь на поверхности круга, сохраняются на ней более продолжительное время, в 1,7,.,2,5 раза чем если это были анодные, имеют меньший коэффициент трения (при трении связки М2-01 по сплаву ТИ20 в случав Наличия на круге анодной пленки коэффициент трения составляет - 0,06, а катодной * 0,045 , при отсутствии пленок - 0,049), а интенсивность износа Поверхности связки с наличием на ней катодной пленки в 1,4 раза меньше, чем без такой пленки. Таким образом, катодные пленки на поверхности круга имеют большие преимущества в сравнении с анодными и для повышения износостойкости связок Иеобходимо следить за наличием их на поверхности круга в условиях не только электрошлифования, но и, без ввода энергии в зону обработки. Для этого, нами разработаны способы ' неявной поляризации, которые характеризуются использованием эффекта электрохимической гетерогенности поверхности связки и поляризованных технологических жидкостей. Например, Использование воды, активированной гидрат-ионами, позволяет снизить износ кругов почти в 2 раза в сравнении с обычной, неактивнрованной водой (A.c. № 1712393).

В свою очередь, анодный процесс и анодные пленки являются ответственными за защиту поверхности обрабатываемого материала от не- • гативного действия электроконтактных процессов и с этой точки зрения их наличие на обрабатываемой'поверхности является позитивным. Однако, для Инструментальных материалов, которые содержат в структуре карбиды металлов IVb - Vb подгрупп, возникают определенные трудности, связанные с образованием дефектного поверхностного слоя и возникновением, в связи с этим, трещин и сколов. Укажем также, что прекращение действия эффекта «смазывания током» с повышением напряжения и повышение коэффициента трения (кт) как раз и объясняется возникновением и функционированием анодных оксидных пленок, а однаковая степень повышения кт при этом, в 1,96 раза для БВТС и в 1,98 раз для Т15К6, связана с особенностями строения анодных пленок на TIC. Исследования йозволили установить следующий механизм формирования анодных пленок при ЭХШ БВТС. Из составляющих твердого сплава растворению подвергается N1, который переходит в раствор в виде N¡0 или Ni(OH)2. Частично зтй соединения задерживаются в пленке. Карбид титана подвергается окислению с образованием рутила, а углерод 1 принимает участие в формировании в составе пленок различных солей. В результате на Поверхности сплава ТН20 формируется верхний слой, условно названный нами «аморфным», который содержит: N¡0 (или IN!(OH)2 ) + TiOjpyT"JI + соль с наличием углерода, а под Ним образуется дефектный слой сплава с пониженным содержанием Ni и карбидами в области гомогенности

TiC|.x, поскольку ^мвнэтря условия б$лыцего у^рдэ. углерода из карбида, Наличие такого карбида в поверхностном слое Б0ТС вследствие орлаблецин erq механических характеристик щк раз и приводит при фрикционном взаимодействии со рвр^ой круг$ или стружкой к появление трешин и сколов. Для избежания указанных выше нежелательных явлений необходимо, во-первых, анодное растворение, в соответствии е иащим положением о разделении направленности, свести к минимуму за счет использования неактивного состава электролита, а во-вторых, ДЛЯ компенсации большего ухода углерода, в состав электролита ввести вещества, активные по отношению к титану, Для этого нами в состав электролита предложено вводить соль бромистого аммония (A.c. Jfü 1710236), Тем самым, недостатков, связанных с образованием TlCi.x, для условий электрошлифования возможно избежать. А компенсировать потерю никеля возможно за счет использования . эффекта изменения градиента подвижной фазы, описанного нами в разделе 5.

Установлено, что наличие анодной пленки влияет также и на шероховатость обработанной поверхности, изменяя ее наполненность (рис, 1). Характерно, что пленка раст Предедяется несколько неравномерно: более густая на выступах, И менее во впадинах МИкронеровностеП. В результате, параметр Ri»«» при наличии пленки-оказывается завышенным в 1,3.„1,4 раза.

'Гакйм образом, за счет изложенных в данном' разделе положений появляется возможность значительно Повысить производи? тельность обработки инструментальных, маг териаЛов, содержащих металлы IVb - Vb подгрупп, без потери качества обработанной поверхности, в отличи^ от Известных традиционных процессов, путем устранения негативных проявлений электрохимического И электроэрозиьнного воздействий как на Ьбрабатываемую поверхность, так и на поверхность круга.

Четвертый раздел. Повышение производительности обработки, в свою очередь, требует разрешения указанного нами а разделе 1 противо-речия, связанного с резким возрастанием при этом износа кругов, Как установлено нашими исследованиями, при жестком торцовйм шлифовании, как в радиальном, так и в окружном Направлении режущая поверхность круга подвергается формоизменениям, вызванным тем, что с повышением Производительности увеличивается площадь рабочей поверхности круга

Rmax.MKM

Рис. 1. Опорные кривые поверх'

костей после ЭХШ с тонкой (1,2,3) и густой (4) плинками

необходима* для съема припуска. Например, в радиальном сечении режущего слоя круга это наблюдается по уменьшению угла нЛклона главного режущего конуса (ср). При этом, износ круга остается стабильным и не повышается. Однако, при дальнейшем повышении производительности, резервы режущей поверхности круга исчерпываются и его износ начинает возрастать. Таким . . . образом, на кривой «производительность -

С|р. / нзноС>> (Рис' 2) Мы можем наблюдать Две

зоны: стабильного износа (С),, где еще имеет место явление формоизменения режущей поверхности, и повЫшеного износа (П), где такие явления отсутствуют, разделенные перегибом кривой 0 - цР. На такие изменения режущей поверхности почти не обращалось внимание, поэтому для экспериментов преимущественно использовались круги не с исходной формой, а с любой Другой, и обработка проводилась без учета формоизменений в широком диапазоне производительностей (в т.ч. и в зоне П) и, как следствие, износ круга почти монотонно возрастает с повышением производительности. Вести поиск путей снижения износа кругов для конкретной производительности прИ таком подходе невозможно. Выход только один - снижение Производительности.

■ Нами предложен другой подход, на основе учета приведенных выШе формоизменений, сформулированный а положении о том, Что характерный перегиб кривой «производительность шлифования - износ круга» при торцовом шлифовании с продольной подачей является границей между зоной работы круга с наличием явления формоизменения режущей поверхности в. радиальном направлении и зоной отсутствия такого явлeния¡ а производительность соответствующая этому Перегибу, определена нами, как' критическая производительность шлифования (Рк). Данное положение дает нам возможность вести поиск путей снижения износа круга в направлении повышения значения критич;ской производительности, а это, в свою очередь, позволит перевести изНос круга из т.1 в т.2 (см. рис. 2). Реальную возможность это сделать дает анализ полученной нами (на основе этого положения и теории абразивного износа зерен Крагепьского) формулы расчета величины критической производительност'' ш~,-",",1,!1"ия:

Рис. 2. Характерная зависимость Износа круга (чр) и шероховатости обработанной поверхности (Яа) от производительности шлифования

is

25 h n tkk v m

где: Sn - поперечная подача, Z - зернистости СТМ, Hp - гдагштель ррочности зерен СТМ, Нм - твердость обрабатываемого материала. Кроме того в формулу (5) входят также коэффициенты требующие отдельного пояснения,

Так, наряду с формоизменениями в радиальном направлении, не Менее важные изменения на поверхности круга происходят и в окружном направлении вдоль режущей поверхности, которые в формуле (5) учтены коэффициентом г kF. В большинстве случаев на них почти не обращается внимание и считается, что вся режущая поверхность круга является ответственной в съеме припуску за оборот круга. Такое пренебрежение приводит.к довольно существенной ошибке. А связано это с тем, что форма ррофнля режущей поверхности круга в окружном направлении приобретает форму полны и реально за, ст,ем припуска отвечает только ее фронт. Укажем, что наличие такого волнового, формоизменения зафиксировано некоторыми Исследователями кэк на кругах из СТМ, так и из обычных абразивов. При этом( только, на обычных абразивных кругах раньше был зафиксировано движение Этой волны, Приведенное явление связывалось исследователями только с нежесткостыо технологической системы, а перемещение волны как случайное явление, вызванное случайным касанием разных участков поверхности круга с обрабатываемым изделием при шлифовании.

' Нами впервые сформулирован новый подход к упомянутому-явлению, как к .закономерному формоизменению режущей поверхности круга, к наличие ролны - необходимая составляющая механизма съема припуска. На основе такого подхода' нами показано, что волла перемещается в окружном направлении И( как нами вПервМе выявлено, Перемещается неравномерно, изменяя протяженность фронта. Для оценки неравномерности нами введено понятие коэффициента волнового формоизменения (к), который характеризуется отношением проекций, На ось абсцисс длин фронта волны (Lf) к ее энтифронту (LAF)..

, Именно неравномерностью движения возможно объяснить пульсирующий характер Износа кругов. На рис. 3 приведены закономерности изменения износа круга (q) и коэффициента к от массы сошлифованного за Шаг пульсации материала (Sm). На первом этапе величина LF растет, повышается и к. Круг постепенно распределяет нагрузку на свою рабочую поверхность.. Когда профиль достигает максимального значения Lf, он уже исчерпывает резервы дальнейшего повышения площади рабочей поверхности. Начинает воз-растать нагрузка, что приводит к срыву гребня волны. Дальше идет процесс самозатачивании режуШей поверхности и при переходе к LFmil,

Ч 1 к

мг/г

1,0

0,6

2,0

-1.0

износ естественно возрастает, Дй тех пор, когда переход профиля от ^ти до ЬРт>, не прачысцт половину пути. Максимум ичноса приходится на к»1,23. С превышением этого значения, изна? уменьшается, и, таким рбрцзом,

процесс самозатачивания заканчивается, Характерно, что шаги колебательного изменения значений к и ч совпадают. Все эти три фактора: наличие волны, ез движение и неравномерность этого движения являются на наш взгляд, исключительно важными, поскольку проясняют механизм съема припуска. Круг распределяет нагрузку, на зерна (волна), вводит с течением времени новые поверхности в работу, давая прежним передышку (движение волйы) и,

\

V i W X

У-

24

43

72

snvr

Рис. 3. Колебания значений коэффициента волнового формоизменения и износа Круги в зависимости от Массы сошлифопанпоГо за шаг пульсации материала Наконец, имеется механизм самозатачивания (неравномерность перемещения). Укажем, что нами, несмотря на такой пульсирующий характер движения волны, выявлено, что существует кореляциоиная связь между износом круга и скоростью перемещения волны, которая, например, для условий многопроходного шлифования стали Р6М5ФЗ без охлаждения приведена на рис. 4, а'это означает, что с увеличением износа скорость волны возрастает, или наоборот, Приведенное йыш'ё Позволило сформулкро-вать положение о том, что для повышения Износостойкости кругов необходимо ограничивать скорость движения воЛны в окружной направлении,'Для этого нами предложены условия, которых' необходимо придерживаться. Во-первь1х, , внести хаотичность в процесс перемещения волны, чтобы уменьшить скорость ее движения; во-вторых; разделит^ волНу, как Минимум на две, чтоби сбаланснройатЬ срыаь! de гребня. Для реализации этих условий нами Предложена Новая конструкций круга с чередующимися слоями в окружном направлении, причем Периодичность чередования неравномерна (A.c. № 1437169). Использование таких кругОч привело к увеличению их износостойкости s 2,4 раза по сравнению со стандартными.

0,3 0,5 0,7 q,Mr.'r

Рис. 4. Сиси, между скоростью ремеще- ■ кия впалины волны и плюсом круга

Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать, что с учетом указаны* выше изменений профиля в радиальном и окружном направлении, реальная площадь режущ«Л поверхности круга, ответственная за съем материала за оборот круга при жестком торцовом шлифовании, уменьшается до 40 % от общей. А это как раз и сказывается на том, что когда мы повышаем производительность обработки, то и сталкиваемся с нехваткой резерва площади режущей.поверхности, а значит возрастают нагрузки в зона контакта. В свою очередь, инструментальные материалы, содержащие в структуре карбиды металлов IVb - Vb подгрупп, реагируют на это сколами и прижогамм, а круги из СТМ заодно и значительным Повышением Их износа.

Для вывода формулы (5) и проведения расчетов по ней, уточнены некоторые модели. Так, нами дополнительно изучена форма профиля зерен, ■ которая обсчитана с помощью специально разработанной программы на языке ФОРТРАН 77. Подтверждено, что с наименьшей ошибкой за базовую модель зерна Необхг-üiMO принимать Эллипсоид вращения, сжатие которого учтено Показателем кст, вхоДяШИм в формул)' (5). Анализ, экспериментальных и расчетных данных показывает, Что коэффициент сжатия эллипсоида«зерна Зависит от зернистости ксг*0,79б - 6,094* 10 5Z (погрешность 3,9 %) и прочности зерен кст =0,786 ' 1,133 «КГ1 НР (3,8 %). Видно, что чем больше 2 и Н?, тем больше сжаты зерна.

. Между тем, расчет прочности зерен, согласно нормального закона распределения, Положенного в основу ГОСТ 9206'S0, как нами установлено, дает достаточно ощутимую погрешность. Поэтому нами, впервые, на больших массивах выборок От 500 до 5000 зерен дЛя диапазона шлифпорошков, наиболее используемых при шлифований, установлено, с помощью программы YPC0ís(, Что подученные нами эмпирические распределения значений показателя прочности зерен с наибольшей вероятностью описуются логарифмически-Нормальным закойом распределения. Рассматривались также распределения: ЛапЛйса-Шарлье, гамма-распределения, Вейбулла, равномерный и нормальный.

Поскйльку зерна Наилучше описываются эллипсоидом, то их большая ось до..жна иметь Некоторое направтение в пространстве. Как правило исследователи в теоретических разработках располагают зерна СТМ вертикально, однако, в реальных условиях это не так, Нашими исследованиями по анализу расположения 162 зерен, як по всей совокупности, так и ho конкретйИм характеристикам, выявлено, що угол наклона зерен в связке находится в районе 45° и зерно наклонено в обе стороны на этот угол относительно оси ординат, которая совпадает с направлением усилия прессования. Впервые исследовано влияние процесса изготовления круга (Прессования и спекания) на угол наклона. Прессование приводит

<Г»'? ,МПа

30-

уведичению угле наклона, а наличие подвижной фазы при спекании - к некоторому выпрямлению зерна, Таким обрдзом, из приведенного выше, возможно сделать вывод, нто практически всегда,, длч рбучнмх методов засыпки щихты в пресс-форму, зерна СТМ будут иметь Наклон, вызванный их пространственной формой, а дальше уже. сам пррцеев прессования еще больше наклоняет зерно, Кроме прочего, это приводит к уменьшению сечения среза зерном, 4Г0 учтено в фор-муле (5) коэффициентом к,,^?5 к^р/к5^ 1тхе коэффициент среза для ЛЮ-бого угла закЛона зерен рассчитывается о ошибкой 6 % по зависимости к?эР=6,84*10'2 + 1,9М0'3р - 1(14<10'5рг, и'созданию специфичного напряженного состояния системы "зерно-зв'язка", а Последнее -влияет на удержание самого зерна,

Нами впервые проведены расчеты по напряжениям, возникающим в ! Т Г связка на' границе «зернен

орязка» с учетом реальных, угло$ наклона зерен .и коэффициента абразивного резания (г,)- При этом, решалась система уравнений равновесия; соотношения Коши и закона Гукй методбм конечных элементов с использованием программы "ТерМоуПругссть"; , Наравне с уменьшением •максимальных напряжений Важно иметь. равномерное напряженное состояние вокруг зёрна. Длй ерО оценки нами использован показатели , г Л«м„- перепада, •ряжений.' ■

ейй.Я зереН в диапазон? гныс напряжёни» в Т. 1 и . лриведеных показателей J иметь некоторый угол .явлено также, чтй в иого угла 75°) перепад ; %) и реальный наклон | тсй на Их удержании, ТО . .райМб неблагоприятную

105 120

Рис. 3. Влияннв угла расположения зерна на градиент напряжений ДОщ,,, возникающий э связке на границе "зерНо-связка", й значение эквивалентных напряжений в t¡ 1 и 2

Анализ данных по слиянию угла (i распо. углов от 35 до 145° на показатель Й зквива т.2 (рис. 5) Показывает* что Минимальные 3iiá4eh обеспечивает угол в 75°, т.е'. в идеаЛё, зерно до/ наклона навстречу тангенциальному усилию, диапазоне углов от 45 До 105° (без уЦета опти; напряжений практически одинаков (разница * половины зерен в 45° еше не тйк очутимо сказы наклон второй половины зереН в 135° попадает.

зону (рис. 5), где напряжения превышают допустимые для известных составов связок. В условиях проиэводительиостей шлифования, равных или больше критических, от этик зерен трудно ожидать реального участия в съеме материала. Указанное выше учтено в формуле (5) коэффициентом кц.

• Анализ формулы критической производительности показывает, что для Повышения ее значения и, тем самым, снижения износа Кругов, необходимо . Стремиться к повышению.величин: ллошади режущей поверх-нооти, скорости вращения круи, глубины шлифования и прочности зерен СТМ. Вариант , повышения площади реализован нами при разработке специальных кругов и ' описан в разделе 6. А как быть в том случае, когда мы вынужденно попадаем в . зону повышенного износа при повышении Производительности? Помочь зернам "держаться" в этом' случае мы должны технологическими Средствами.

Во-перв'ых, для улучшения напряженного состояния системы «зерно-связка» и, соответственно, снижения износа круга необходимо уменьшать

СГе ,МГ1а 40

нагрузку на связку. При высоких-производительностях шлифования сделать это нереально, А вот изменить структуру этой нагрузки возможно изменением соотношения основных составляющих усилия резания - Р2 и Ру, или fa!=Pz/Py - коэффициента абразивного резания. Проведенными исследованиями напряженного состояния системы «зерно-связка» устно-Влено, что необходимо стремиться в процессе шлифования к повышению величины (рис, б). При этом, желательно уменьшать составляющую Ру или сдерживать ее от возрастания, а составляющую Р2 необходимо повышать. Реально это можно сделать путем максимального снижения контакта связки с обрабатываемым материалом (за счет Использования положения о разделении направленности процессов, см, раздел 3), а также, как нами установлено При Исследовании силовых Закономерностей лроЦессйВ шлифованйя кёрймик, твердых сплавов та БВТС, увеличением зернистости и концентраций алмйзов, бниженИем глубины шлифования и скорости вращения Круга. Укажем, для подтверждения высказайного выше Положения, что с возрастанием Г„ износ круга уменьшается. Так, например, для твердых сплавов эта зависимость имеет вид: q ^ 149,58 - 467,16 • Г,.

Вторым технологическим средством является прямое повышение показателей прочности связок И композитов из них. Нами в большом объеме

Рис. 6. Распределение эквивалентных напряжений в связка вокруг зерна от т. 1 до т.2 (см. рис. 5)

установлены физические свойства связок и режущего сдоя кругов: пределы прочности на сжатие, изгиб, .растяжение, коэффициент линейного термического расширения, электропроводность, твердость, а также выявлены зависимости их свойств от характеристики алмазсодержаших композитов, которые собраны в базу данных по шлифовальным KpyföM. Анализ формулы критической производительности (5) свидетельствует о том, что для повышения ее значения необходимо стремиться к увеличению показателя прочности зерен. Однако, прямое повышенна прочности зерен войдет в противоречие с удержанием этих зерен. А тем самым, необходимо повышать твердость связки, которая в значительной степени определяет удержание зерен CTiM. Наряду с этим, с твердостью связаны и другие свойства. Так, с возрастанием твердости металлополимерных связок снижается коэффициент трения: fM|i=5,96»10'1-6,96»10",H'a, что также свидетельствует о необходимости повышения твердости рабочего слоя композитов. Однако, теперь уже прямое повышение твердости связок войдет ц противоречие с режущей способность круга, так как с повышением твердости она ухудшится. Но в нашем случае, это противоречие не имеет места, поскольку режущая способность кругов обеспечивается положением о разделении направленности (см. раздел 3). Укажем, что реально достичь такого повышения традиционными Методами довольно сложно. Поэтому, нами предложен другой подход, связанный с использованием внутреннего пористого пространства режущего слоя кругов И эффектов изменения градиента Подвижной фазы приповерхностного слоя композитов.

Пятый раздел.. Для повышения твердости необходимо такое пространство заполнить веществом. Реально этого возможно достичь: вО-пер-вых, при йепосрадствейоМ изготовлении круга - за счет ¡¡ведения легкоплавкого стекла в связку (твердость повышается С 90...93 До 100..105 Üftß); во-вторых, При термообработка режущего слоя г за счет эффекта изменения градиент* подвижной фазы, который Действует в условиях, когда есть каркас относительно легкоплавкая составляющая (связки системы Си 1 Sn - Sbj, и позволяет повысить твердость с 92.-93 до 102..Л 14 НЙВ; в-трегьич, за счет впервые нами исследованного эффекта водопоглощецИг режущим слоем кругов из СТМ, что Позволяет повысить твердость кругов на металлических связках на 6... 17, а ila полимерных на 9,.. 15 ед. HRB. НацППж исследованиями выявлены условия, когда пропитка водой режущего слоя кругов позволяет гарантировано снизить его из-нос а 2...2,5 раза. Все приведенные вшШб способь! защищены нами A.c. № 1054733, 1006791, 1779569 и патентом УкраТниКэ 23784.

Наряду с приведенными выше, нами исследолаиы условия Изменения фазового состава приповерхностного слоя инструментальных композитор на-

пример, для восстановления потерь никеля в условиях формирования »подпух пленок (см. раздел 3), Укйжем, что проблема повышения содержания никеля в поверхностном слое ÖBTC является более широкой, так как она возникает и при, электроискровой обработке, когда из лунок разрйдов уходит никель, и, даже при обычном шлифовании пластин, когда сошлифовываетсй спеченный поверхностный слой с повышенным содержанием никеля. Для решения этой задачи нами была выдвинута гипотеза о возможности изменения градиента концентрации связующего в поверхностном слое за счет использования внутренних напряжений, которые формируются , в фазах композита посла спекания. Для того, Чтобы реализовать этот эффект с целью - изменения градиента концентрации никеля необходимо, Чтобы никель стал пластичным, а этого можно достичь термообработкой пластин БВТС. Нами впервые (A.c.

Jfe 1572755), установлены ТвОлНца. условия, которые позволяют Га-Содержание никеля в поверхностном слое рантированно Повышать содер-пластин из сплава КНТ 16

жание N1 в поверхностном слое а 2,4...4,б раза (таблица), а это, а свсо очередь, позволяет достичь повышения ИЗНОСОСТОЙКОСТИ пластин при резании, например, при точении стали У8 пластинами из сплава ТН20, в 1,6 раза.

Рассмотренный эффект использован нами для разработки совместно с Д11ДТС "Свикермет" нового поколения инструментальных керамик - многослойной режущей керамики, соединяющей керамику и БВТС, как подложку (A.c. 1469702), В этом случае, на границе между керамикой и БВТС целенаправленно формируется переходная зона шириной от 30 до 200 Мкм с повышенным содержанием Ni. Наличие такой своеобразной пластикной зоны йозёоллет достичь хорошего соединения керамик с БВТС И получить эффект повышения прочности на изгиб пластин. Соотношения толщины слоев рассчитывались нами с учетом полей температур и напряжений, возникающих при шлифовании многослойных пластин. Для этого, нами' изучены тепловые закономерности процесса алмазного шшфования керамик и тгердых сплавов и установлено влияние характеристики KpyrdB и пластин на температуру обработки. Повышение температур особенно опасно для керамик с точки зрения возникновения трещин н . сколов на кромках пластин, вследствие нежелательного распределений поля напряжений в таких пластинах. Чтобы избежать этого,

Характеристика Содержг- По от ноше*

слоя Htm Ni, нию к гл> бан-

Mac., °Л ному слою

СпечснммП слой!

ИСХОДНЫЙ 4t,0 2,4

После обработки 81,5 4,6

r.iyOiiiuiuii слой 17,7 .1,°

Шлифеашшын и терм обработанный 41,9 2,4

щми разработаны ПринОДПЫ изменения величин соотносим толщины слоев, нто позволило ртодэинуть опасные напряжения рт кромок пластин,

Шестой пйшгл, Наряду с решением эопрова снижения' износа кругов важным является урегулирование вопроса ухудшении шероховатости При увеличении производительности обработки. Для устранения этого, нами

разработан ряд конструкций кругов, 8

защищенных A.c. № 1006197, 1006190, Ц68398, позволяющих учесть неравномерность формоизменения режущей поверхности круга, Определено влияние условий контактирования при шлифования на шероховатость поверхности и показано, что она в значительной степени связана о физическими свойствами обрабатываемых материалов. Приведенное позволяет прогнозировать направление измене-. Ння Показателя шероховатости обработанной Поверхности в случаях, когда.на одном круге производите^ Обработка разных марок сплавов. • . ■

Параметр . шероховатости . R, является наиболее широко используемым показателем, Но во мнргих случаях существует необходимость в знании других параметров. Намк, .¡ри ШлифО^ вании инструментальных материалов, получен большой мбесив ДаннЫх(около 4500 точек),. 4fo позволило вПервь^ получить бале« 70 корелйционных зависимостей, которые отражают свйЗ'ь параметров Шероховатостей Sm, t2üt t5o с параметром Анализ

полученных зависимостей позволяет выявить, например, каким способом Или методом шлифования можно' получйть различные, значения -uara' микронеровностей при одном, и 1;ом Же Значении параметра (рис. 7). Диалогично 1!роаНаЛЙЗйр0ваНы и Другие параметры. Это позволяв* nij определенному значению R*, оценивать другие параметры шорохОйатости и внбирать пути регулирования их Ьелкчин.

Как было показана выше, на основания Положения о критической производительности разработано бодеё 10 конструкций кругов форм <5А2 и 12А2 с повышенной шириной рабочего слоя^ Для'шлифования пласгин из БВТС, твердых сплавов и керамйк, конк)'рентоспособных b кругами фирм "Вендт" и "АгаТои"(А,с. 1548014, 1593036). Длй случая использования

Рис. 7. Зависимость шага неровностей от параметра при разных способах Шлн-фовання керамик: 1- врезйом, 2 и 3 -глубинном (керамики ВО и ВОК), 4 -упругим, 3 - плоском, б * круглом

многослойных кругов нами был использован, описанный а разделе 5, эффект изменения градиента подвижной фазы.

Поскольку, в целом ряде случаев, мы имеем дело ео специальными кругами, то нами на основании положений теории упруго-изогнутых тел и решения осесимметричной задачи теории упругости изотропного тела применительно к конструкциям шлифовальных кругов разработана мето-

дико-програмное обеспечение определения осевой жесткости кругов и предложены новые показатели информационной структуры кругов.- Показатели удельной и относительной осевой жесткости, критерий ее достаточности Р (рис. 8), что позволяет определить возможность использования более дешевых и менее дефицитных материалов в корпусах шлифовальных кругов без потери, в отличие от Известных решений, необходимой их работоспособности,

Седьмой раздел. Обоснованный нами в разделе 3 единый подход по дос-1-п и пг\ лг-п тижению установленной цели повыше-

50 100 150 Ц мм . н ,

' ния эффективности процессов шлифо-

Рис. 8. Графическая интерпретация зава- йания инструментальных материалов, симости критерия достаточности Р от содержащих карбиды металлов I УЬ - УЬ наружного диаметра круга - О подгрупп, на основе триботехнических

принципов Изменения характеристик контактных поверхностей в виде учета факторов Их формоизменения (разделы 4 и 6), формирования пленок (раздел 3), изменения фазового состава Поверхностного слоя (раздел 5), реализованный в виде сформулированных нами научных положений позволил достичь Повышения производительности Шлифования, снижения износа круга И энергоемкости процесса обработки. Например, процесс электроШлифования пластин из БВТС-позволил повысить Производительность их обработки с 1200 до 2000 мм'/мин и снизить износ кругов п;-1 этом в 3...6 раз, при отсутствии трещин и сколов пластин.

На основании теоретических и экспериментальных исследований, приведеных выше, разработано 11 технологических процессов шлифования инструментальных и композиционных материалов, например, шлифование и Электрошлнфование твердосплавного Инструмента специальными многослойными кругами формы 12А2-450, шлифование опорных поп ч.хностей пластин из твердых сплавов, БВТС и керамики специальными кругами формы 6А2

Р,кг/ммг

Зона ■ жорсткосП:

над/ШцжовоТ

диаметрами 400 и 500 мм, шлифования граней и радиусов многогранных пластин специальными кругами формы 6А2 диаметрами 250 та 350 мм, шлифование упрочняющих фасок многогранных пластин из твердых сплавов специальными алмазными кругами форми 12А9В и 12А2-250 диаметрами 250 и 150 мм и др.

Разработки внедрены в Украине; Луганський завод коленчатых валов, Киевский мотозавод, СКТС и ТМ (г. Светловодск) и др. и России- : завод "Победит" (г. Владикавказ), МКТС, СП "МКТС-Хертель" (г, Москва), МОЗ ТМ и ТС (г. Москва). Внедрение позволило достичь: повышения производительности шлифования в 1,3...1,8 раза, увеличить стойкость кругов в 1,5.„2,2 раза, экономии валютных средств за счет замены импортных кругов фирм "Веидт" (ФРГ) та "Агатон" (Швейцария),, повысить стойкость обрабатываемого режущего инструмента в 1,2...1,6 раза.

Разработан научно-методологический подход к компьютерной разработке технологий алмазно-абразивной обработки, который реализован в созданной программной системе "РСМП-Эксперт" автоматизованного компьютерного проектирования технологии шлифования пластин из твердых сплавов и инструментальных керамик, имеющей около 50 программных модулей .общим объемом »3000 операторов на языке Фортран77.

Разработаны и опубликованы в виде брошюр методические рекомендации по шлифованию наиболее распространенных инструментальных материалов, содержащих карбид титана: БВТС, твердых сплавов, ревущей Керамики. Опубликовано и разослано по предприятиям 9 информационных листков по новым технологическим процессам обработки. Три конструкции кругов имеют свидетельства промышленных образцов,

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований решена важная научно-техническая проблема существенного повышения эффективности процессов-шлифования труднообрабатываемых инструментальных-, материалов, содержащих в структуре карбиды металлов !УЬ - УЬ подгрупп, за. счет целенаправленного изменения характеристик контактных' поверхностей системы «Круг - обрабатываемое изделие» в процессе обработки и разработке на этой основе энергоекономных технологий и новых инструментов, что имеет большое народно-хозяйственное значение.

Оспопиые научные ч практические результаты ;

1. В основу повышения эффективности процессов шлифования из-делий из инструментальных материалов, содержащих в структуре карбиды металлов 1УЬ - УЬ подгрупп, положена концепция направленного и регулированного использования совокупности механических, электрофизических и элсктрохи-

мичвских процессов при электрошлифовинии. При Этом, электроэрозионные процессы направляются исключительно на поддержанивеысокой режущей способности крут и» СТМ, механические процессы р»зани* зернами обеспечат повышение съема обрабатываемого, материма, а »лвктроянад поляризация направляется на формирование анодных и катодных пленок, определяющих условия электрофизического контакта. Указанное позволяет избежать разрушения электророзрядами обработанной поверхности изделия.

2. Выявлены закономерности волнового формоизменения режущей поверхности Кругов из СТМ при шлифовании, что позволило уточнить Механизм съема материала при шлифовании, вывести аналитически уравнение критической производительности шлифования и установить условия снижения износа кругов, прк превышении значения такой производительности.

,3. На основе анализа геометрической формы зерен СТМ получены их математические модели и подтверждено, что они лучше всего описываются элипсоидом йрашения, т,е. их ось имеет определенное расположение в рабочем слое круга. Исследованиями По йнализу расположения зерен виявлено, что угол наклона зерен в связке находится у пределах 45° и зерно наклонено в обе стороны йа этот угол относительно оси ординат, совпадающей с направлением усилия прессования. Впервые исследовано влияние процесса изготовления. Круга (прессование и спекание) на угол наклона и установлено, что прессование приводит к увеличению угла наклона, а.наличие жидкой фазы при спекании, к некоторому выпрямлению зерна.

4. Впервые, с учетом реальных углов наклона зерен и коэффициента абразивного резания, исследовано напряженное состояние системы «зерно-связка» с помощью решения методом конечных элементов системы уравнений равновесия; соотношения Коши и закона Гука и определено, что для его улучшения необходимо стремиться в процессе шлифования к повышению значения величины данного коэффициента.

5. Показано, что для условий высокопроизводительного электрошлифования необходимо стремиться к повышению твердости рабочего слоя кругов. Для реализации этого, впервые определены условия заполнения, норового пространства рабочего слоя кругов за счет эффектов изменения градиента подвижной фазы и водо но г лощения, что позволяет изменить свойства таких композитов и установить условия повышения их износостойкости. ,

6. На основе модели волнового формоизменения режущей поверхности круга и положения о критической производительности разработаны 22 типоразмера специальных кругов из СТМ и документация на их производство.

7. На основе концепции разделения направленности и положений триботехники скользящих электрических контактов получены теоретически и

за

подтверждены экспериментально зависимости Для распета величин электрохимического и электроэрознокного токов и показано, что хотя доля первого в общем токе составляет лишь 8,„15 %, но он является важным регулятором разделения направленности за счет создания электродных пленок,

8. На основе изучения кинетики катодных процессов выдвинуто положение о приоритетности катодных процессов при элзктрошлнфоиании и их управляющей роли, определено состав и положительную роль катодных пленок и установлена возможность их формирования в условиях неявной поляризации,

9, Впервые определены диапазоны напряжений технологического тока, при которых имеет место эффект «смазывания током» И показано, что он действует в условиях отсутствия анодных оксидных пленок. Установлено, что анодная пленка содействует формированию на поверхности БВТС карбида титана в области гомогенности и убыли никеля, чего необходимо избегать.

10..Разработаны новые показатели информационной'структуры шлифовальных кругой и базы данных по ■ эксплуатационным. свойствам композитов из СТМ применительно к САПР шлифовальных кругов и технологий шлифования.

11. На основе результатов исследований разработано 11 технологических процессов шлифования инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов lVb - Vb подгруппы, специальными кругами из СТМ, что позволяет обеспечить повышение производительности шлифования в 1,3.„1,8 раза, увеличение стойкости кругов в 1,5.„2,2 раза, достичь Экономии валютных средств за счет замены импортных кругов, повысить Стойкость обрабатываемого режущего инструмента в 1,2... 1,6 раза,

12. Научные и практические результаты внедрены на 17 предприятиях Украины и России,

Основные положении диссертации опубликованы в работах!.

1. Лавриненко В.И. Электрошлифование инструментальных материалов, - К.: Наукова думка, 1993. - 155 с.

2. Захаренко И.П., Савченко Ю.Я., Лавриненко В.Й., Дегтярснко С.М. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов. - К.: Техшка, 1090;'-152 с.

3. Захаренко И.П., Савченко Ю.Я., Лавриненко В.И. Глубинное шлифование кругами из СТМ. - М,: Машиностроение, 1988. - 56 с,

4. Захаренко И.П., Савченко Ю.Я., Лавриненко B.W., Меркулов В.И. Ресурсосберегающие технологии обработки высокопрочных материалов - К.: УкрНИИНТИ, 1988.-37 с.

5. Алмазное шлифование безвольфрамовых твердых сплавов: Методи-

ческие рекомендации/ Й.П.Захаренко, Ю.Я.Савченко, С.М.Дегтяренко, Б.И.Лавриненко, В.Ю.Солод // М.: ВНИИТЭМР, 1988.. 24 с.

6. Методические указания по электрохимическому глубинному шлифованию сменных многогранных пластнн из БВТС / Й.П.Захаренко, В.Ю.Солод,

A.А.Шепелев. В.Т.Чалый, В.И.Лавриненко. - К,: ЙСМ АН УССР, 1987, - 16 с.

7. Лавриненко В.И . Шепелев А.А„ Чалый В.Т. Методические указания по алмазному шлифованию сменных многогранных пластин из режушей ■ керамики. - К.: ИСМ АН УССР. - 1988. - 16 с.

8. Лавриненко В.И., Шепелев A.A. Выбор характеристики кругов для шлифования инструментальных материалов - К.: ИСМ. -1989. - 11 с.

9. Методические указания i по алмазному шлифованию сменных многогранных пластин из твердых сплавов / В.И. Лавриненко, A.A. Шепелев,

B.В.Шкляренко и др. - К.: ИСМ АН Украины. - 1991. -15 с.

10. Лавриненко В.Й. Катодное поведение материалов связок кругов из СТМ//Получение, исследование свойств и применение сверхтвердых материалов: Сб. науч. тр. -К.; ИСМ АН УССР, 1984. -С.133-135.

11. Лавриненко В.И. Выбор эффективного метода шлифования инструментальных материалов кругами из СТМ // Сверхтвердые материалы. -1985. - Ks 6. - С. 57-60.

12. Лавриненко В.И. Шероховатость поверхности при шлифовании инструментальных материаловУ/Повышение качества поверхности деталей При физико-механической обработке: Сб. науч. трудов. - К.: ИСМ АН УССР. - 1990,- С. 32 - 39.

13. Лавриненко В.И. Использование ЭПФ в рабочих процессах высоких технологий // Резание и инструмент. - 1993. - Вып. 48. - С. 3-5.

14. Лавриненко В.И. Пространственное расположение зерен СТМ в абразивсодержащем слое круга // Сверхтвердые материалы. - 1997. -№ 5. - С. 72. - 79.

15. Лавршенко B.I. Модел1 зерен йнифпорошкш HTM : геометрЬ, мшшеть зерен, сукупшсть // Современные проблемы механической обработки и качество поверхности деталей машин: Сб. науч. тр. - К.: ИСМ HAH Украины. - 1998.-С. 46-51.

16. Лавршенко B.I. Катод/п ллшкп при електрохмпчному штфувашп кругами з HTM та Тх шлеспрямоване формування // Вопросы химии и химической технологии. - 1999. - № 1 -С. 214-216.

17. Лавршенко В.1. Особлнвост1 змжи коефЫенту абразивного рпання при инпфуванш ¡нструментальних матер1ал1в // Резание и инструмент в технологических системах, - 1999. - Вып. 55. - С. 152 - 154.

18. Лавршенко В.1. Спешальш круги ¡з HTM для ишфування ¡нструментальних матер1алш // В!снпк Ж1Т1, 1999. - № 10 /Техш'чж науки. - С. 40 - 42.

л

19. Лавриненко В.И., Зленко A.A., Сытннк A.A. Алмазное шлифование режущей керамики ВОКбО //Сверхтвердые материалы. -1985. -Ха,4. -С. 45 - 47. '

20. Глубинное алмазное шлифование безвольфрамовых твердых сплавов группы ТН / Ю.Я.Савченко, И.П.Захаренко, В^И.Лаврииенко, С.М.Дегтяренко // Сверхтвердые материалы, - 1985. - Х° 5. - С, 53 * 55,

21. Лавриненко В.И., Туркевнч В.З. Температура плавления и теплоемкость связок, применяемых при электрошлифовании //Сверхтвердые и тугоплавкие материалы: Сб, науч. тр. -К.: ИСМ АН УССР. -1985. -С. 177- 180.

22. Лавриненко В,И., Солод В.10. Теоретические предпосылки расчета величины МЭЗ при ЭХШ кругами из СТМ // Получение и применение сверхтвердых материалов: Сб науч. трудов. - К.: ИСМ АН УССР. - 1986. - С. 122 - 125.

23. Работоспособность алмазных секторных кругов при шлифовании многогранных пластин / Ю.Я.Савченко, В,И.Лавриненко, Ф.Г.Рубан, А.А.Зленко. А.А.Сытник// Сверхтвердые материалы. - 1986. - № 2. - С. 32 - 35.

24. Электрохимическое шлифование безвольфрамовых твердых сплавов кругами из СТМ / И.П.Захаренко, В.И.Лавриненко, В.Ю.Солод, А.А.Сытник // Сверхтвердые материалы. - 1986. - Хэ 3. - С. 61 - 64.

25. Исследование структуры и обрабатываемости слоистой режущей керамики / В.И. Лавриненко, А.Н, Вашенко, И.В. Лещук, A.A. Зленко,

A.В.Беляев // Сверхтвердые материалы. - 1987. - Ха 4. - С. 57-61.

26. Физические свойства и износостойкость алмазных кругов на токопроводящих полимерных связках / В.И.Лавриненко, В.Ю.Солод, В.Т. Чалый, И.Д.Цыганов.// Сверхтвердые материалы. - 1987. - № 6. - С.41 - 45.

27. Лавриненко В.И., Селезнева Н.П., Зленко A.A. Оценка электросопротивления режущей керамики и ее электроалмазное шлифование // Сверхтвердые материалы. - 1988,- Xs 4. - С. 49 - 53.

- 28. Лавриненко В.И., Дегтяренко СМ., Удод Е.Т. О выборе эффек* тивногй состава СОЖ для алмазного шлифования безвольфрамовых инструментальных материалов // Резание и инструмент, - 1988. - Вып. 39. - С.

: 62 -68.

29. Лавриненко В.И-, Дегтяренко С.М. О законе распределения показателя прочности зерен// Резание и инструмент. -1988.-Bbin.40.-С.105 - 116.

30. Двустороннее алмазное шлифование опорных поверхностей пластин из режущей керамики / В.И.Лавриненко, В.Т.Чалый, А.А.ЗлеНКо, А.А.Сытник // Сверхтвердые материалы. - 1989. - Xu 4. - С. 60 - 64.

31. Состав и структура анодных оксидных пленок при АЭШ БВТС /

B.И.Лавриненко, Э.А.Пугач, С.И.Филнпчепко, В.Ю.Солод, Г.Г.Постолова // Физика и химия обработки материалов. - J989. - Ха 2. - С. 76 - 82.

'32. ЛавриНенко В,И;, Цыганов И.Д., Шкляренко В.В. Электросопротивление .алмазсодержаших композитов // Алмазсодержащие материалы и инструмент: Сб. науч. тр. - К.: ИСМ АН УССР, 1989. -С. 94- 97.

33. Supercwarcie sciernice ze spoivvem polimerowym do obrobki materialow niemetalowych / AE.Szylo, W.T.Czalyj, A.A.Szepielew, V.I.Lavvrinenko // IV Miedzvnarodowa Konferencja «Obrofaka materialow niemetalowych». - Rzeszow (Poland). - 1990.-P. 23 - 26.

. 34. Лавриненко В.И., Шепелев A.A. Закономерности процесса совместного электрошлифования закаленной и незакаленной стали кругами из КНБ // Сверхтвердые материалы. - 1990. - № 2. - С. 51 - 54.

35. Лавриненко В.И., Сытник A.A., Шкляренко В.В. Силовые закономерности алмазного шлифования инструментальной керамики // Сверхтвердые материалы. - 1990. -№ 3. - С.48 - 51.

36. Термическая прочность зерен шлифпорошка'из кубического нитрида бора/ Э.А.Пугач, В.И.Лавриненко, Г.Г.Постолова, Ю.Я.Савченко, Л.Н.Лавриненко, С.И.Фнлипченко //.Известия АН СССР. Неорганические материалы. -1990. -Т. 26. 8. -С. 1658 - 166}. .

37. Лавриненко В.И., Высоцкий A.C., Еременко Н.Д. Шлифование литого пористого белого чугуна кругами из СТМ // Сверхтвердые материалы. - 1990.-№5._-С. 61 -66.

38. Шероховатость поверхности керамических пластин при их алмазном 'шлифовании / В.И.Лавриненко, A.A.Сытник, А.А.Зленко, В.И,Письменный, О.С.Мальцев // Станки и инструмент. - 1990 - № 10. - С. 28 » 29,

39. Лавриненко В,И., Лавриненко Л.Н., Пугач Э.А. Окисление инструментальной керамики // Известия АН СССР. Неорганические материалы,- 1990.-Т. 26,-№5.-С. 1079 - 1081.

40. Водопоглощение алмазсодергкащих композитов применительно к электрошлифованию кругами из СТМ / Б.И.Лаариненко, А.А.Зленко, А.А.Сь^ тник, А.А.Цыганский,' 8. В.Шкляренко, В.АГурьева // Электронная обработка материалов. -1991 .-Хг 3. - С< 39 - 41.

41. Лавриненко Ei.И., Сытник A.A., Шкляренко В.В. Тепловые закономерности алмазного шлифования инструментальной керамики // Сверхтвердые материалы. - 1992. - X» 5. - С. 40 - 43.

42. Лавриненко В.К., Куликовский З.Н., Ламашевская Н.В.,Сытник A.A. Поля температур к напряжений в слоистой керамике при ее алмазном шлифовании // Сверхтвердые материалы, - 1992. - Js'z 6. - С.52- 55.

43. Лавриненко В.И., Шепелев A.A., Шкляренко В.В. Особенности алмазного шлифования магнитотеердых еплачов // Сверхтвердые материалы. -1993. - Х° 1. - С. 52 - 55. .

44. Петаскж Г.А„Лавриненко В,И. Осевая жесткость шлифовальных кругов прямого профиля из СТМ //Сверхтвердые материалы. • 1993. - № 6. С. 47 - 52.

45. Лавриненко В,И., Шепелев A.A., Чалый В,Т. Эффективности алмазного шлифования режущих многогранных пластин // !нформатизац1я та HOBi технологи. - 1994. - № 1-2. - С. 44.

46. Петасюк Г.А., Лавриненко В.И., Петасюк О,У. Осевая жесткость стандартизированных шлифовальных кругов формы 12А2-45'из СТМ // Сверхтвердые материалы. - 1994, - № 4. - С. 28 -31.

47. Лавриненко В.И., Дегтяренко С.М., Шкляренко В,В, Особенности электрической правки шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов//Электронная обработка материалов, -1994. -JVa 6. -С.54- 55.

48. Лавриненко В.И., Чалый В.Т., Шкляренко В.В. Антифрикционные свойства связок на полимерной основе // Композиционные материалы на основе алмазов и кубического нитрида бора для изготовления инструмента; Сб. науч. трудов. -К.: ИСМ МАИ Украины, 1994, -С, 17-24.

49. Шепелев A.A., Петасюк Г.А., Лавриненко В.И., Петасюк О,У. Программная система автоматизированного компьютерного проектирования технологии шлифования РСМП Из твердого сплава и режущей керамики // Сверхтвердые материалы. - 1995. - № 3. - С. 46 - 49.

50. Лавриненко В,И., Кулаковский В.Н., Ламашевская Н.В., Сытник A.A. Напряженное состояние в зоне взаимодействия зерна со связкой круга // Сверхтвердые материалы. -1995, - As 4. - С, 46 - 49

51. Лавриненко В.И., Шепелев A.A., Солод B.IO. Особенности фрикционного контакта связок кругов из СТМ и обрабатываемых материалов //Сверхтвердые материалы, - 1995. - Хэ 5. - С 26 - 29.

52. Шепелев А., Петасюк Г.; Лавр!ценко B.I, Петасюк О, Автома-тизоване проектування технологий алмаз;, абразивно')' обробки- // форматизашя та noöi технологи. - 1995. - № 3-4. - С, 22 - 23.

53. Шепелев A.A., Лавриненко В.Й.. Особенности массоперсноса твердого сплава на режущую поверхНйств при алмазном шлифовании // Репние и инструмент в техНологических.системах. - 1996. -Вып. 30. * G 204 - 206. '

54. Рыжов Э.В., ЛавринеНко В.И, Элёктрошлйфовйние материалов кругами из сверхтвёрдых ¡материалов // Хнформягизаш'я та новi технолопГ. -1996. - № 1. - С. 34 - 36. '

55. Лавриненко В.И., Рыи<ов Э.В., Солод В.Ю. Контактно«! взаимодействие поверхностей круга и обрабатываемого материала при эле'к-трошлИфоваиий//ТреИие.и износ.-1991 -Т. 18, № 1.-С.

56. Лавршенко B.I., Шепелев А.О. Мщшсть зерен HTM, як фактор процесу ишфування // Высокие технологии в машиностроении: Сб. науч. тр. ХГПУ. - Харьков: ХГПУ. - 1998, - С. 209 - 211.

57. A.c. 1830342 Украина, МКИ В 24 В 49/00. Способ определения-режущей способности шлифовального круга из СТМ / В.И.Лавриненко (Украина).- 2 е.; Заявлено 30.03.S9; Опубл. 30.07.93. Бюл. № 28.

58. Патент 23784 А Укра'ша, MKI B24D 3/34. Способ ш'двищенНя екСплуатацШних властивостей шл!фувального ¡нструменту / ВЛ.Лавршенко (УкраТна); IHM HAH УкраТни, - № 97020573, Заявл. 11.02.97; Опубл. 16.06.98,

59. Свидетельство на промышленный образец № 32370 СССР Алмазный шлифовальный круг/В.И.Лаврнненко, С.М.Дегтяренко, В.Т.Чалый, М.П.Пеший (СССР). - Приоритет 11.12.89; Зарегистрирован 26.09.90.

60. Свидетельство на промышленный образец № 33332 (СССР). Шлифовальный круг из сверхтвердых материалов/В.И.Лаврнненко, И.В.Лещук, М.П. Пеший,С<И.Лищинский(СССР),-Приоритет09.04.90;Зарегистрирован 28.12,90.

61. Свидетельство на промышленный образец Кз 36424 (СССР). Круг абразивный из сверхтвердых материалов / В.И.Лавриненко, М.П.Пеший (СССР). - Приоритет.05.03,91; Зарегистрирован 27,09,91.

и

JIappi|(4!||v-Q U.I. HayKQRi QGHQPM шл1<|>увя1Ц1$1 lijcTpyivteHTpiiHim ма-тер1ал1в 1з PPPS?MPJW!P!Q змИтю характеристик кентзьггних nqoepxojffc, -Рукопнс,

Дисерташя на здобуття паукового ступвня доктора техн1чних наук за спец1апьн1стю 05.03.01 - Процесц мзхан!чноУ обробки, верстати та ¡нструменти. -Гнститут надтвердих матер!ап!в НАН УкраУни, КиУв, 1999,

Дисерташю нриовячено питаниям л1двищенця ефекгивносп процес!в ujjii-фування ¡цструментапышх матер1ал!в, ям »¡стять в crpyicrypi карб!ди металiu IVb - Vb шдгруп, за рахунок зм1ни характеристик контактних поверхонь кругу та об-робного внробу шляхом керування характером контактних npouecie у зан! обробки, використовуючи: формування електродних шивок, формозмщу поверхонь, змшу фазового складу поверхневого шару. Наукову основу ршень скЛали вперше встановлеш уявлёння про: процес обробки, як пронес у- основу якого, покладена концепшя спрямованого i регульованого використання сукупност1 мехашчних, ф!зичнйх та х!м1чних вплив!в; хвильову формозмшу рЬкучоУ поверхн! кругу та мехашзм з'ему при цьому у npoUeci шшфування; концегшДю npiopnTeTnocTi катодних npoueclti у зниженн! енергСемност! обробки. Розроблеш Hoei цунфувадын круги, склэди технолоНчних рмиш, пронеси ефективного цшфування ¡нструментальних матер]'ал1в впрозаджено у виробнинтво.

Ключов! слова: шл1фуаацня, ¡нструментальн! материали, електродш ил¡вкн, формозмша, продуктивтсть, зное кругу.

Lavrinenko V.I, Scientific basis of grinding tool materials with directional changes of characteristics of surfaces being In contact. - Manuscript.

Thesis for a dpctor's, degree by speciality 05.03.01 :- Machining processes, machines and tools. - The Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyi v, 1999,

The thesis is concerned with an increase of the efficiency, of processes of grinding tool materials, which contain carbides of the IVb - Vb metals, due to the change of characteristics оt wheel and workpiece surfaces being in comacl by controlling the contact processes behavior in the machining zone with the use of the formation of electrode films, surface forming and changes in the surface'layer phase composition. The scientific basis ofthfe fulfillment of the above problem was formed by the first-established conceptions of: a machining process as a process, which is based on the idea of directional ahd controlled Usage Of a set of mechanical, physical and chemical effects; Wavy fornling of the wheel cutting surface and the material removal mechanism in grinding, the Idea of the priority of eathodic processed in reducing the energy consumption in grinding. Developed . new grinding wheeli, compositions of cutting lubricants, processed of efficient grinding of tool materials are put into production.

Key Words: grinding, tool materials, electrode films, forming, efficiency, wheel

wear.