автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности и качества шлифования изделий из быстрорежущих сталей на основе применения кругов из карбида кремния

л

п ОЙ

Г, ') Ч

и

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗСШНИЯ РС'1СР

Саратовский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт

На правах рукописи

КОВАЛЕВ Сеогей Евгеньевич

УДК 621.923.01:621.923.01

ПОРЛШЕНИЕ ЭФФЕКГИЕЯОСТИ И КАЧЕСТВА ШЛИФОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ БНСТРОРЕКУПЩ СГМЕй НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ КРУГОВ ИЗ КАРБИДА КРЕМНИЯ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент; специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 1990

Раоота ваиодкоиа «а ьа^дра кегаллоре-у^г: сханкси п инструментом Волгоградского орлела Тру;;оь::го Красного Знпиеиа noKitC/Cítii'iCCKoro i.»:cr//:y?a

}:.••/-Ïlliiiï руководитель

U;iíiwíi/!bni¡c оаионепги

Ьедупое ирздиr;mr;;o

- докгор ïfc<ari65:.ax наук, црорсгсог CA}:::GÎ Г.;:,

- доктор ?;.:-:н!яесг:;:х иду к,

upo/:ôocop UOFO-Elî A.B.

к;:,!;;:^1: технических ¡¡о>;: illPARÀKU A.B.

- i'cecoK3i:ij;í научко-ласлелока-•ruMbCKüíi институт те/пологая .-¡ш-амостроенля (KKufcLUJ),

Волгоград

дассоргацяа сосгоятсл :;а гзьгдл i __Т^Н» г.

L__часои i. ш ппсел-ли:;; сас:и:^лс&н|о.'>'.»,ного

corola К GG3.63.Ü3 » Cajiito&CKü« огд«№! Тру;;о:-!ого Г.р.чсього cH:u.'/jia: 1:олити.;н;'.чесшл пиетету?? по адгосу:

4JS.OÍ6, r.Oa.ûvon, уд.ilo.v.t«пин;cv.ua, г..Y?

С ¿accoj.Tíuutc í !'о:.;яо сэнакскхпея а Сйи.-.л^тско '..истмгут

o-iJ oróüb li-i nníoj"j'";¡ar ;> o£!tc« ;ra<ti¡.-ciiin-:

n«4.jTMî, яро«:« напри'.:л?;, го угтшюму адрссу.

I№3 r

Учеии:: секретарь сисцахяизйхояашюго сонета

йькдцдит технических иаук, доцег^" „/ B.Ö.UOrOI'ASUOD

'¿(т'уальность работы. В "Основных направлениях вкономичес-и социального развития СССР на 198&-3990 г.г. и па пери-о 2000 года", принятых на ШП сгезде КПСС, предусмотрено шение производительности металлорежущих станков в 1,5-раэа, периода стойкости инструмента - в 1,5-2 раза, а так-нижение затрат на выпуск единицы продукции. В области обработки лезвийного инструмента из быстрорежу-сталей реализация этих решений в полном объеме предотавля-весьма слоглой задачей. Особую остроту вта проблема прн-ет при широком внедрении в промышленность металлообрабатн-их комплексов и гибких производственных систем, вффектир-ь работы которых в значительной мере определяется произвольностью, качеством и надежностью применяющихся лезвийных рументов из быстрорежущих сталей.

Электрокорундовые материал!, предназначенные для плифова-гакпх инструментов, в ряде случаев нечерпали своя возмож-а, особенно при обработке сталей, содержащих упрочняющие Ф» -карбиды, нитрэды), твердость которга соизмерима с твер -ью элекгрокорунда. Для эффективного шлифования »тих инстру-алышх сталей целесообразно применять абразивы с более внео-гвердостью, к которым относятся карбид кремния, кубический ад бора и другие сверхтвердые материалы. При обработке быстрорежущих сталей применение кубического ца бора (КЕБ) не всегда оказывается эффективным. Как пока-в исследованиях, проведенных советскими и зарубежными уче-, инструментом из КНБ в ряде случаев не удается достигнуть соватости, получаемой кругами из элекгрокорунда или карби-эемния, без снижения производительности, а следовательно, н )го увеличения себестоимости обработки. Карбид кремния значительно дешевле КНБ и по ряду своих фи--механических свойств, в том чиоле я по микротвердости, предан электрокорунд. В связи с этим перспективным выглядит шние эффективности применения карбида кремния для обработ-гстрорежупшх сталей, который до настоящего времени вследст-[едостаточной изученности особенностей процессов износа и тления режущих зерен при шлифовании в основном применялся тодочных операциях.

Цель работы. Состоит в повышении эффективности и качест-

на шлифования изделий из быстрорежущих сталей на основе приме* ния кругов из карбида кремния.

Методы исследования. В работе применена комплексная мето; ка исследований процесса шлифования, вклечащая изучение энер] тичееккх показателей этого процесса, механизма разрушения абрг с учетом их кристаллического строения и микропрочностных свой( оценки ыехано-физико-химичеекпх характеристик поверхностных с. ев материалов с яркменением локальных, рентгеновских и электр пых методов исследований, оценки ыккромеханлческих свойств и I таточных напряжений. Для определения характера разрушения еда: них абразивных зерен и количественной оценки их износа примен. лись модели взаимодействия этих зерен с обрабатываемым матери, лом при иакрорезании. Анализ полученных результатов проводило, использование;.-, аппарата математической статистики на ЭВМ.

Научная новизна. Научно обоснованы пути управления выход ми параметрами процесса шлифования изделий из быстрорежущих с лей кругами из карбида кремния. Установлена связь процесса ра шения карбида кремния с особенностями его кристаллического ст ния. Определено влияние микропрочностных свойств карбида крем на формирование геометрии его режущих кромок. Получены модели процеосов разрушения и износа абразивов при микрорезании^ и на базе разработан способ оценки механических и эксплуатационных рактергстик карбида кремния (новизна способа защищена а.с. К 1419861 СССР), определены пути управления этими характерист .«и при шлифовании. Выявлены особенности изменения механо-физи химических свойств поверхностных слоев изделий из быстрорежущ сталей при обработке специальными кругами из карбида кремния.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Л шена эффективность обработки изделий из быстрорежущих сталей основе применения кругов из карбида кремния. Разработан специ ный инструмент из карбида кремния и определены условия его ра нального применения,в которых он обеспечивает получекие высов качества шлифованной поверхности. При равной производительное разработанный процесс тйифоваяия позволяет получать шероховат в 1,3-1,5 раза ниже в сравнении с кругами из электрокорунда 1 2-в раз ниже в сравнении с кругами из кубического нитрида бс Разработана модель управления процессом шлифования изделий и; быстрорежущих сталей (на примере Р6М5) специальными кругами т.

хЗлда кремния.

Результат исследований внедрены на магаллоойрабатыващем шлекеа Пермского машиностроительного завода та.В.Я.Ленина, (овой экономический оффект от внедрения составил 70000 руб.

Апробация работы. Результат работы докладывались и обсушись: на четвертой и пятой научно-технических конференциях юдых ученых я специалистов Волжского филиала БШШШ; г.Волхс-

1980, 1985 г.г.; на пяти научно-техгогческих конференциях тоградского политехнического института в 1965, 1986, 1987, 1988, 19 г.г.

Публикации. Основные положения диссертация автором опублианы в шгги работах. Получено авторское свидетельство /7/. . '

Структура работы. Реферируемая работа состоит из введения, •ляп, заключения, изложена на Г42 страницах машинописного ста, содержит 36 рисунков, 24 таблица, список литературы, тающий 137 наименований, 36 страниц приложений с актами пс-аяий, внедрения и расчетом экономической эффективности.

Во введении обоснована актуальность теми диссертационнноЯ оти, её связь с вахнейаими проблемами, ямегдня! народнохо-ственноа значение, показана практическая ценность и новизна оти.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса по шлифованию трорежущнх сталей кругами из карбида кремния, произведен ана-оссбенносгей его строения а физяко-мехаяическнх сзойств. По-ано, что инструмент из карбида кремния при обработке быстро-риях сталей используется в основном на доводочных операциях, иотря на го, что микротвердоегь карбида кремния выпе электропила и приближается к кубическому нитриду бора, на чистовых, ^чистовых и черновых операциях производительность обработки тЯними кругами на его основа в 9-Г4 раз ниже, чем кругами из етгрокорунда и КНБ. На основании проведенных исследований и газа литературы были выявлены основные причины низкой эффек-юсти инструмента из карбида кремния, заклшаицлеся в следуи-: не в полной мере раскрыта связь процесса износа и разруше-карбида кремния с особенностями его кристаллического строе, недостаточно изучены его физико-мехаиическиа и эксплуата-шые свойства, вследствие чего не определены пути управления

ими. Показано,что в настоящее время нет надежной методики для изучения этих физико-механических и эксплуатационных свойств абразивов, вклотаицей оценку основных видов их разрушения и износа в учетом реальных процессов, протекающих при шлифовании. Кроме того, отсутствует комплексная оценка изменений физико-меэ ннчоскнх и химических свойств в макро- и микрообъемах поверхностных слоев быстрорежущих сталей при шлифовании кругами из кг бвда кремния, влияющих на износостойкость этих слоев, их стойкость к хщкяичвскям нагрузкам я трещикообразованию.

В данной работе поставлена задача изучить процесс разрушения карбида кремния в связи с особенностями его кристаллического строения, разработать комплексную методику оценки его физике механических и эксплуатационных свойств с цель» получения научной базы для управления процессом шлифования быстрорежущих сталей кругами на его основе, исследовать изменения физико-химико-механических свойств тончайших поверхностных слоев быстрорежущг сталей ори шлифовании кругами из карбида кремния.

Для решения поставленной задачи необходимо выполнить следу щий объем работ:

1) разработать комплексную методику оценки физико-механиче них и эксплуатационных свойств карбида кремния, учитывающую ос новина и сопутствующие виды его разрушения я износа, происходящие в процессе шлифования абразивными кругами;

2) установить закономерности процесса разрушения карбида кремния, исхсдя из особенностей его кристаллического строения, оценить геометрию режущих кромок, образующихся на его площадказ износа при шлифовании;

3) определить пути повышения эффективности применения каре да кремния при шлифовании изделий из быстрорежущих сталей;

4) разработать высокопроизводительный инструмент из карбид кремния и провести комплексные исследования процесса шлифования этим инструментом с целью оценки и оптимизации его основных выходных показателей;

5) реализовать положительные результаты исследований путеи апробирования и внедрения в производственных условиях процессо! шлифования быстрорежущих сталей с применением высокопроизводительных инструментов из карбида кремния и оптимальных режимов обработка.

Во второй глава приведена комплексная методика исследована

:личаэдая изучение иякопоморюст«.! разгоняй к износа рзг.рл:с рои пр;: тдфовашл, оценку изменен:;:: «^¡давоструятуриого состо«--я :: 1:;нфо:.:охаи'.:ч':е!:;:х е:'0':ств поверхностно слоен бистроре; й ста/л з процессе сбраСотга, определение оноргетичеегмх покг-толей работ!; инструмента.

Исследование механизмов разрупения рэг-глдкх зорен абрпзишнх угов проводили методом изучения шрхнровакил частиц, касгаа::*-х обрабатываемую поверхность в процессе шлифования, на рентге-вском микроаналзгзаторе модели ¡.ЦР-2. Оценку фнзико-механгчееккх эксплуатационных слоиста едштчнгх абразивных зорэн карбида емния производили по разработанной методике на установке, сг-тогт— розанной на базе прецизионного круглоилл'ювальиого станка моли 3174. Точность и качество обработки исследовались на гхткре-опе ШС-П, пх^илографе-проталомотре год.252, аодйрпязироп.чн-м микроскопе ШГ-3. Остаточнг'о напряжения I рода издали на иборе "Пеон-2и, напряяешосггь кристаллической решетки опг ?деля-на рентгеновском д:;фрактомэтрэ Дрон-ЗМ. Исс.'юдо^'-ип-э лро.чле-илифования кругами из карбида кре:.ш::л осущэс.'влял;: ил ялосге-дфовальном стпяко мод.ЗСТП. Латомстнческу;: обработку з исследований проводили по стлнцартннм мегодкгпм о н1и\:»яомх-УЗМ.

Б третье": главе исследован« закономерности разрушение к :::>.:о-карбяда кремния п связи с особенностей его кристаллического роегагя. Разработана комплексная методика оценки физико-механн-:ких и эксплуатационный свойств карб,!да кремпш и определены иу-управления ими при шлифовании быстрорежущих сталей.

Установлено, что особенности процесса разрушения карбида крем-г определяются симметрией его кристаллической решетки, наличием юкостей спайности и анизотропией микропрочностннх свойств Г т: юда.

Показано, что при разрушении частицы карбида кремния получала более простой формы по сравнению с частицами олектрокорунда, :адают меньшим числом граней и, как следствие этого, меньшими аш мезхду нш.ш. Теоретически и экспериментально установлено,что на карбида кремния черного чаде разрушаются по плоскостям спай-тн, чем зерна карбида кремния зеленого и электрокорулда. При р^ачешш по плоскостям спаипосгп получаадиося частицы карбида мнил обладают большим количеством углов, не превыттих 90°, и вязи с этим предпочтительно их прш.:ене:ше при шлиЛтеашш.

Получена р.'цаспмость тензора роста трещины, обусловливающей рушение тела от ряда кппстяллогра'ягчес.тпх величин, в том числе

о? параметра кристаллической решетки, коэффициентов упругих постоянных, компонент тензора деформаций, постоянной Мс;',лукга, энергии атомнзации.

Ка оснозе разработанной методики показано, что энергия хру: кого разруаения карбида кремния в 1,2 раза меньше, чем у электр корунда. Это должно приводить к разруиению зерен карбида кремня, при более низких нагрузках в сравнении с электрокорундсм. что в совокупности с наличием плоскостей спайности предполагает целесообразность использования карбида кремния яри ашфьагсга с мал ми удельными нагрузками.

В развитие теоретических исследовании В. 3. Мае лова и А.З.Ко ролева были получены модели, опиенвахдцие вероятность появления зерен, склонных к различным задам износа при шлифовании: истлра ни ем Р1 , у которых сочетается истирание с частичным скалывай ем ^ и склонных к объемному разрушению Р3 , а также мод ли. описыващие характер взаимодействия режущих зерен с обрабат ваемьм материале:.;. Они представляй? собой вероятности: нанес они зерном риски , скола зерна Р(-/К) , нанесения риск

зерном после скола Р (Яз^/К) и совмещения всех трех событий ллесто Р(Н.С и С,]. Последняя модель оценивает периодичность обновления регущгх кро:.:о:с абразивных зерэн при г.тикрорэяании, то есть их самозатачиваемость.

3 процессе работы над возможностью реализации полученных моделей для практического применения была разработан.?: методика (зё новизна подтверждена а.с. 1419831 СССР), которая позволяет только экспериментально определить вышеуказанные вероятностные характеристики абразивных материалов, но и осуществить оценку р да их ^;;: з и к о -м е х 01! ич е с ки х свойств, в том числе предельную глуби ну микрорезащш единичными абразивными зерна».«, их износостойкость с учетом и без учета сколов, величину скола зерна, суммах ну» износостойкость. Изучение физико-механических я эксплуаташ них свойств абразивных материалов проводилось при шлифовании ел ничным зерном. Причем с целью повышения информативности нспольз вались две принципиально различные схемы шлифования: с заданно? глубиной я с возрастающей глубиной р&зачия. При первой схеме кс лироваяся процесс шлифования с малыми удельными нагрузками; пр>! второй - с большими удельными нагрузка!«.

Как видно из таблЛ, улучшение эксплуатационных свойств ка; Сяда кремния (то есть увеличение вероятности появления зерен.а

л

о

О ХЧ-1 I

о

«

„О ГО'бЧ

и

о

Рн

о

Ом V?.

о а-

с?

а.

i

к I

s ce t; г) Е ra

SS

ж с< ояо = t-.

л л ! f- t-i

О о X W О И,

о

а? и о

I

о

а.

0SL5

оЗ а; X В ^ ü " о;

О -ч* U) м О

Н (В н и н ¡V

СО СО M Ю L.O Ч1 О ц> Ü) О ш

о

OJ С7> Ы о Cl О Ч n H Р- >í

-J" СО ID C\J t-H <S¡ Ю O -tf CD

О О (В ш o n f) (С СЧ CJ (C H

ü r1 CO T o t^

•í И -í o o o

O (O f o

H H n O f n

8

-< o o ■<

H í1) 4* H

to Ю J> to ю en

<0 со

tO a,

Oí CO 1.0

О N w О)

СО cv г? со ю ю tri

H й и <Î

Ш It) СО О)

о} о со со -г с- -г

О CJ Cl £> и -Г Ci

CJ со t* to о

о

i/KHSCfd лс н -ир&гл j'otnuiocdcoä о

IQ Т О (О -3" О

M с-г ГО СО

-т со ю « OJ

о щг* о о

—1 со »-H

1Х> OJ U5 ю СГ>

_с> ^

s

'Л ю ю

1 'J и С3

со

^

о ф

líüIItíCSCi

i:om:p /м он -нвТсс о

них к ксткрани» Р, , и зерен, склонных к истиранию в сочетании с частички'/ скалыванием Я )/ наблюдается при снижении скорости резания и при переходе от схемы шлифования с большими удельными нагрузками к схеме шлифования с малыми удельными нагрузками.

При этом установлена инверсия износостойкости зерен карбида кремния к электрокорунда: при шлифовали! с возрастающей глубиной резания износостойкость карбида кремния в 1,3-1,5 раза шке, чем у злектрокорунда, а при шлифовании с заданной глубиной резания, наоборот, износостойкость зерен карбида кремния почти на порядок выяе износостойкости зерен электрокорунда.

На основе теоретических и экспериментальных исследований б ли определены пути повышения эффективности применения карбида кремния при шлифовании изделий из быстрорежущих сталей. Основными из них являются (см.рис.1): снижение вероятности появления зерен, склонных к объемному разрушению, улучшение самозатачиваемости зерен и повышение их суммарной износостойкости. Б настоящий момент повысить эффективность применения карбида кре^ ¡;ил, как следует из анализа результатов проведенных исследований, могло корректировкой рскимов обработки, путем снижения скорости резшшя до 13-15 м/с. Это нолохение нашло экспериментальное подтверждение. Было установлено, что при скорости резания 35 м/с в процессе шлифования быстрорежущей стали кругами и:

карбида кремния на обрабатываемой поверхности наблюдаются следь дробления, образуется прижог. При обработке на более низкой скс рости резания, 15 м/с, пркЕОга не наблвдалось. При этом коэффициент шлифования кругов из карбида кремния превышал коэффициент шифованиа кругов аз злектрокорунда аналогичных характеристик. Однако сьпхенке скорости крута приводит к ухудшению шероховатое ти поверхности.

Увеличения числа активно режущих зерен и снижения вероятности к; объемного разрушения мошо достигнуть путем применена более мелких фракций голифыатериала, например, клифпорошков. ШлпфяороЕКИ карбида крзмнш* по сравнение с шлифзеряом является менее дефектными н, как было показано в работе, имеют меньшее число плоскостей спайности, в связи с чем вероятность появлени у них зерен, склонных к объемному разрушению, меньше в сравнен: с зернам:! более крупных фракций. Кроме того, зерна шлифпоропка обладают меньшими радиусами закругления рег.ущкх кромок, что у

Я о, а км

0,3

Рис.1. Основные направления пошшення эффективности шлифования кругам! из карбида кремния

0,6

0,4

0,2

1

А- Л0 10 Б153 100 £/по Воронков; / 2- 63С10АМ210К10

/

---—

50

100

150 200 Оуэ., пМ^/иим-пМ

Рис.2, Зависимость иероховатости поверхности,Яа> от удельной производительности процесса шлифования, ОуЭ.

i-r-e:' струг.кообразойа-чие, i: пр;: микрорезаики у к;:у. образуются .•ч.'Пьшпе площадки износа. Однако для снпнекия теплокащичекностг процесса Елкфзвапкя, которая свойственна сернйкго.у инструменту из карбида кримкпя давкой зернистости,для улучшения отвода-стру к: к создания более благоприятных условий.для подвода смаэочко-охла-и;агс;ей кидксстн ¡.'.саду зернами клифиорошка в инструменте ке обходимо увелдчпть рассгояже. В работе с учетом особенностей геометрии рзхуьчкх кромок карбида кремния установлено соотновет размеров зерен (Д) к расстояния (И) меэду шиз:: К/Д=3,3-5.

Пр;: реализации Еыдвинугсго положения разработал к изготовлен специальный вцсокопорпотый инструмент кз плифпорошка карбида кремния, позволивший осуществить высокопроизводительную обр; б с тку быстрорежущих сталей со скоростями резания до 35 м/с. Существенным отлгчием этого инструмента от известных зысокопорис-тих кругов является аффективное применение в нем шлифпороака и: карбида кремния зернистости 8-13 в сочетании с оптимально подо ранной величиной пер.

В четвертой глазе изложены результаты комплексных исследо ний процесса шлийования быстрорежущих сталей специальными крут мл из карбида кремния.

Как было установлено ьысе, одшгм кз направлений эффективн го применения карбида кремния является шлиФоЕакке с малыми уде кыми нагрузками (см.рио.1). В связи с этим исследовакгя процес шлифования специальными кругами из карбида кремния проводились в области ресимов чистовых к получистошх операций торце?-: крут условия обработки которых наиболее близко соответствовали зтоь' направлению.

В рззульта'ге проведенных исследований было установлено, ч коэффициент шлифования стали PGI.'S у специальных кругов из харе креглнкя в 1,7 раза выло, чем у кругов из хроктитакистого эле! корунда, и не уступает импортному аналогу характеристики IICI20GVPH tert'i; \J'm t ai h иг (СЬсКцария), ehP'jko пркмекчкл к-Уся в настоящее время за рубехом ка металлообрабатывающих ко» сах для шлифования к заточки легального инструмента из.быстро] цнх сталей. Пр:: обработке таких сталей серийными кругами из кг екда кремния ка первых ке проходам возникал: значительные ьио] цш;, а на обрабатываемой поверхности наблюдался пркког.

Лзгеслю, что наряду с показателя?.® точности и производи ноет:: an чистовых операциях особые требования предъявляют к к

честчу иллЛоьачкой поверхности. Поэтому в работе оьлг п :>->.': • ■ исследования, рклэтавд:е изучение гсгрохсватостн коуерхисотг., :г. меке5щй фааовоструктурного состояния у. гакрокех.акгчвагас с-'с.ст:. поверхностных слоев быстрорежущих стале* при пларовапн:: crt«::;'.:."-- • K'jf.a кругам: из карбида крамтпгя.

Однкк из факторов, определяют* гео?.:егр:э сшсфовгшкоЗ по?.-:-.

host;:, яьлгете.ч микрорельеф, образуются па площадках язяоса р.....

зерзн. Для его изучения была разработала .модель форглирова-г/л г-ихров.четупов на поверхностях износа асЗразивньгх зерен. По::аг?.~ -:о, что в статических условиях кагрухешш ьнсота кткрсвыступсв, эбразуыцихся на площадках износа карбида креь'.кхк, в 1,34 раза иксе,чек у электрокорукда. При дпна:лическкх нагрузках к тезхзечееки: гдарах, то есть при гакрорезании, с учетом тепло-Знзнлескпх я £>н-итхо-кеханкчееккх свойств этих плгфозалъних котерпалов данное :оотнопенке возрастает е несколько раз. Подтверждением зтого слу-:а? результат« изучения Еарккроваякых при плнерованик абраэивяих шетиц. Установлено, что размер ьарзкрованннх частиц карбида крег.--;ия почти на порядок мельче частиц электроиорунда. Отсюда следует, ;то микрорельеф, образующиеся на площадках износа карйида кремля, Hirse, че.м у электрокорунда. Это положение оказнвает влияние а высоту эффективного регушаго профиля инструментов из зтг.х глл;-озалышх материалов к на связанную с ней пероховатость обраба-ышемой поверхности.

3 целях повинен;:.« эффективности обработки изделий из бистро-ssymirx сталей специальными кругами из карбида кремния на основе етодов планирования экспериментов получена модель управления провесом шлифования стали Р6М5, которая позволяет оптимизировать pesa:« обрайопл; этше: кругами для достижения заданно;: производитель-эстк, кероховлтости к кромхостойкостк. 3 границах применения этой эдели спиральный инструмент из каропда кремния обеспечивает потение шероховатости поверхности в пределах R,a =0,03-0,12 мкк ?и удельной производительности 60-200 г::3(шш.и.:)( откооякеЙся области чистовых и получнетовкх операций. В этом интервале геяыюй производительности представляло интерес провести сравн»:-злыш,4 анализ качества поверхности, получаемо" яря влз.фовании тециалышмп круга«,';: из карбида кремния к круга?,з: из кубического ¡трида бора. Установлено, что при равной удельно?, прокзводителв->сти специальные круги пз карбида кремния позволяют получать зк-»хоьздость шлифованной поверхности в 2-6 раз ме-ньие в сравнена

с крутани из К2ГБ (см.рис.2).

В связи с скобой ответственностью лезвийных инструментов, примеияшкхея в автоматизированных обрабатывающих комплексах,были проведены исследования изменений фазово-структурного состояния, напряженности и млкротвердости гончайшкх поверхностных слоев при шлифовании, от которой в значительной степени зависит надежность и долговечность получаемых изделий. Установлено, что содержание остаточного аустенита в поверхностных слоях быстрорежущей стали при шлифовании разработанными кругами из карбида кремния повышается на 6-8 %, что значительно юке в сравнении с серийными кругами из карбида кремния и электрокорунда, при обработке которыми содержание остаточного аустенита увеличивается до 45

Другим важным фактором, определяющим качество шлифованной поверхности, являются напряжения I рода. Установлено, что при обработке быстрорежущей стали.специальными кругами из карбида кремния в её поверхностном слое формируются скимакщие остаточные напряжения, которые, как известно, повышают её стойкость циклическим нагрузкам. В го ге время круги из электрокорукда щк илифовании формируют растягивапцке напряжения I рода, которые, наоборотсникают эту стойкость. По этому критерию разработанные яруги не уступают инструменту из КНБ.

Учитывая влияние состояния ыпкрообьемов поверхностных слое: на прочностные свойства изделий, были проведены исследования из> нкй напряженности кристаллической решетки в поверхностных слоях быстрорежущих сталей при шлифовании разработанными кругами в ср< иении с инструментом из электрокорунда. Критерием оценки паггряго ности кристаллической решетки являлась величина ушрения линии (211) в £ - излучении* Установлено, что при обработке специальными кругаш из карбида кремния г поверхностном слое быстр режущей стали на глубине до 100 мкм наблюдается сужение линии п сравнению с базовой, а после шлифования кругами из влектрокорук да, наоборот, её ушкрение: Таккм образом, после обработки специ алышми кругами из карбида кремния в поверхностных слоях быстро рекущей стали снижается напряженность кристаллической решетки, что уменьшает вероятность образования и развития в ней микротре щин. Показано, что при этом мккротверцость поверхностных слоев не изменяется.'

Из вышеизложенного следует, что специальные круги из карби

да кремния на чистовых и получкстошх операциях шлифования изделий из быстрорежущих сталей обеспечивают высокую производительность и качество обработки.

В пятой главе приведены результата внедрения работы на специальном ыеталлообрабатыващеы комплексе Пермского маиянострои-гельпого завода лм.В.И.Ленина. Показано, что инструмент из карбида кремния при шлифовании изделий из быстрорежущих сталей ю шероховатости, производительности и точности обработки превосходит отечественный инструмент и не уступает зарубежным аналогам, Это позволило провести замену импортного инструмента на этечественный и повысить качество обработки.

Годовой экономический эффект от замены импортного инстру-«ента на отечественный составил 70000 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны и научно обоснованы пути повышения эффективности шлифования кругами из карбида кремния изделий из быстрорежущих сталей. Выполнено комплексное исследование физико-механических свойств карбида кремния к кругов на его основе, позволившее разработать рекомендации по управлению характером разрушения режущих зерен и выходными параметрами процесса шлифования.

В результате проведенных исследований сделаны следующие выводи.

1. Теоретически н экспериментально установлены закономерности разрушения карбида кремния в связи с особенностями его кристаллического строения. Показало, что анизотропия прочностных свойств карбида кремния, форма л величина диспергируемых при его разрушении частиц определяется симметрией гексоганаль-вой кристаллической решетки, наличием плоскостей спайности,анизотропией I и П рода его теплофизических и ынкропрочностных свойств.

2, Получены математические модели, описываодие закономерности разрушения и износа режущих зерен щи шлифовании. Разработана комплексная методика оценки физико-механических и аксплуа-гационных свойств карбида кремния и определены пути управления ши. Установлено, что при снижении скорости круга и при микро-эезаиии с малыми удельными нагрузками механические и вксплуата-

ционше свойства карбида кремния резко повышаются.

3. Показано, что высота микровыступов, образующиеся на площадках износа зерен карбвда кремния ниже, чем у зерен элекгроко-рунда, что способствует нолучении более низкой шероховатости поверхности при обработке кругами из карбида кремния.

4. На основании проведенных исследований разработан в изготовлен высокопроизводительный инструмент из карбида кремния п получена модель управления процессом шлифования изделий из быстрорежущих сталей этим инструментом. Выявлено, что в области режимов чистовых и получистовых операций специальный инструмент при равной удельной производительности «обеспечивает получение меньшей шероховатости поверхности в 1,3-2 раза по сравнение с кругами нз электрокорунда и в 2-6 раз. по сравнении с инструментом из КНБ. При удельной производительности 60-200 мм3/мин.мм специальный инструмент из карбида кремния обеспечивает получение шероховатости поверхности в пределах fta =0,03-0,12 мкм.

Установлено, что при шлифовании специальными кругами из карбида кремния, в отличие от кругов из электрокорунда, в поверхностных слоях быстрорежущей стали формируются ехшавдие остаточные ка-щшаецдя I рода, снижается напряженность кристаллической решетки, каблвдается более прочное закрепление парашровашшх частиц, что повышает стойкость к циклическим знакопеременным нагрузкам и износостойкость обрабатываемых изделий.

5. Результаты исследований внедрены в промышленность. Внедрение специальных кругов обеспечило высокопроизводительную и высоко качественную обработку изделий из быстрорежущих сталей на автоматизированном металлообрабатывающем комплексе, что позволило заменить импортный инструмент на отечественный. Годовой економический эффект, полученный в результате замены импортного инструмента на одном из машиностроительных предприятий народного хозяйства, составил 70000 руб.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

I. Шлифование труднообрабатываемых нэрасавевдих и инструментальных сталей: Методические рекомендации /Г.И.Саютш, В.А.Носенко, С.Е.Ковалев и др. - М.: ЙИИМА1Н, Г983. - 27 с.

2. Саютик Г.И., Носенко В.А., Ковалев С.Е. Сопротивление абразивному разрушению сплавов марок БЕЛ-14, ЖС6Ф и ЭП-747//А6-разивы. - 1983. - Ш. - с.1-5.

3. Сеютин Г.И., Носенко В.А., Ковалев С.Е. Расширение об-

ластей применения инструмента из карбида кремния черного при шлифовании сталей и сплавов различных групп //Прогрессивные процессы в машиностроении. - Волгоград, 1985. - с.118-123.

4. Егоров Н.И., Ковалев С.Е. Механизм износа карбида кремния при шифовании //Обработка деталей машин резанием. - Волгоград, 1986. - с.67-91.

Саютин Г.К., Ковалев С.Е., Иванова Н.П. Вероятностная оценка качества рекущкх зерен абразивного инструмента //Повышение эффективности процессов резания материалов. - Волгоград, 1987. - с.32-37.

6. A.C.I4I98SI СССР, ШГ Б 24В 1/00. Способ определения эксплуатационных характеристик единичных абразивных зерен /Т.Н. Састин, С.Е.Ковалев СССР. - 4093930/31-08; Заявлено 25.07.86; Опубл. 30.08.88, Бюл. Jt32.