автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование процесса микрорезания при шлифовании поликристаллических и аморфных материалов

На правах рукописи

РГВ ОЛ

ЕРЁМИН Михаил Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОРЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.03.01 «Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2000

Работа выполнена на кафедре «Прикладная механика» Воронежем государственного аграрного университета

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Цеханов Ю. А.

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Старое В. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Голоденко Б. А.

кандидат технических наук, доцент Кузовкин В. П.

Ведущая организация - Федеральное государственное предприятие

НИН автоматизированных средств производства и контроля (г. Воронеж)

Защита диссертации состоится 28 июня 2000 г. в 14 часов на заседан диссертационного совета Д 063.81.06 при Воронежском государствен!! техническом университете по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан « » ¿-¿^¿¿--У_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди финишных процессов механической бработки существует специфичная область абразивного шлифования хрупких еметаллических материалов. Материалы типа поликристалличёбкие эрячепрессованные ферриты; спечённая керамика, ситаллы, поликор и морфные стёкла имеют повышенную прочность и хрупкость, а также малую гплопроводность и особую структуру, поэтому единственно эффективным пособом формообразования плоских и фасонных поверхностей деталей из гих неметаллов является алмазная обработка шлифованием.

Появившиеся в последние годы работы указывают на необходимость ассматривать процессы и явления в зоне обработки, как сложную щогоуровневую техническую систему деталь-инструмент-среда (ТС ДИС). азой такого системного подхода к процессам шлифования является концепция ктивного рабочего пространства с его атрибутами и принципы дискретности езания. При этом основой большинства процессов абразивной обработки вляется микрорезание связанным зерном, которое определяет явления, |ротекающие в зоне контактного взаимодействия ТС ДИС, характер азрушения обрабатываемого материала, влияет на технологические параметры [ участвует в формировании качества обработки.

Известные данные по микрорезанию пластичных материалов не могут 1ыть однозначно перенесены на процессы обработки хрупких неметаллических V 1атериалов, в том числе из-за совершенно иной механики поверхностного 1азрушения, особенно при алмазном шлифовании. Отдельные попытки (сследования процессов микрорезания керамики и стёкол не привели к :есомым результатам. Поэтому до сих пор при создании рекомендаций по 1ыбору шлифовальных инструментов и условий их эксплуатации практически 1е учитывали основополагающие явления, являющиеся базой для всех уровней шскретности резания (УДР), то есть явления, присущие микрорезанию. Это «гативно сказывалось на получении требуемого качества обработки.

Для решения проблемы повышения качества шлифованных поверхностей срупких неметаллических высокопрочных материалов актуальным является «следование процессов, механизмов и явлений, происходящих при алмазном шскретном микрорезании-шлифовании связанным зерном. При этом важно «следовать роль процесса дискретного микрорезания в функционировании технической системы ТС ДИС. Особенно это актуально для изучения работоспособности шлифовальных кругов с прерывистой рабочей юверхностью (ПРП). Опираясь на знания о состоянии рабочих поверхностей "Шструментов с ПРП и с непрерывной рабочей поверхностью, можно по новому эешать вопросы выбора эффективных шлифовальных инструментов, максимально используя их абразивные свойства для получения качественных поверхностей деталей из неметаллов.

Работа выполнялась на кафедрах «Прикладной механики» Воронежского государственного аграрного университета и «Технология электронного машиностроения» Воронежского государственного технического университета

по координационным планам ГК по высшему образованию на 1995-2000 г г. и соответствии с разделом программы «Черноземье».

Цель работы. Получение бездефектных поверхностей неметаллически материалов на основе выявленных закономерностей механики микрорезани связанным зерном, присущих работе шлифовальных инструментов разны: уровней дискретности резания.

Задачи работы.

1. Исследовать механику и установить закономерности взаимодействи. алмазного микрорезца (зерна) с поверхностью хрупких неметаллически; материалов при дискретных резах.

2. Определить взаимосвязи технологических показателей процесс: микрорезания с работой шлифовальных инструментов различных уровне!' дискретности резания, провести математическое моделирование этих процесссн и установить рациональные условия применения инструмента с непрерывной и прерывистой рабочей поверхностью при плоском шлифовании.

3. Экспериментально исследовать процессы скоростного дискретного микрорезания-шлифования неметаллических материалов; их динамические показатели; установить особенности характера разрушения хрупких материалов; определить закономерности и влияние технологических факторов на качество обрабатываемой поверхности детали.

4. Разработать рекомендации по выбору алмазных инструментов для шлифования труднообрабатываемых хрупких материалов, основанные на выявленных закономерностях и механики микрорезания, с целью получения малонарушенного поверхностного слоя деталей; провести промышленную апробацию.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовали основы теории резания (шлифования), механики, физики, теории разрушения материалов, математического моделирования, математической статистики и планирования эксперимента, а также других областей знаний.

Научная новизна. Созданы математические модели процессов микрорезания и шлифования алмазными инструментами, основанные на механике взаимодействия с. деталью единичных рабочих зёрен и их совокупности в форме кругов со сплошной и прерывистой рабочими поверхностями разных уровней дискретности резания.

Для ферритов, керамики и стёкол определены взаимосвязи, опытно подтверждены и математически описаны зависимости составляющей силы резания процесса плоского шлифования от импульса силы дискретного микрорезания.

Теоретически обоснована высокая режущая способность алмазных зёрен, работающих в режиме массового микрорезания на фронтальной поверхности выступов шлифовальных инструментов с прерывистой рабочей поверхностью.

Используя предложенный коэффициент интенсивности зонного хрупкого разрушения, предложена классификация видов дискретных резов, являющихся основой для оценки характера разрушения и управления разрушением поверхностей хрупких неметаллических материалов.

Практическая ценность. Предложен^ эффективный способ и устройство [Я определения закономерностей процесса микрорезания и изучения ¡рабатываемости любых материалов посредством дискретного резания атент РФ № 2105960), с использованием импульса сил микрорезания, что >зволяет создавать технологические процессы финишной обработки металлов с учётом этого динамического параметра, и способствует лучению малонарушенных шлифованных поверхностей.

Установленные механизмы воздействия алмазных зёрен на поверхности ликристаллических и аморфных материалов при разных уровнях скретности резания позволяют: формировать требования к шлифовальным угам с заданной макротопологией; разрабатывать рекомендации по циональным условиям эксплуатации инструментов и управлять процессом гма припуска, обеспечивая получение высококачественных деталей.

Созданные обобщённые физические и математические модели процессов крорезания и шлифования инструментами с прерывистой и сплошной эочей поверхностью позволяют управлять процессом обработки путём значения оптимальных характеристик и выбором рациональных режимов сокопроизводительного плоского шлифования, а также и унифицировать гали из хрупких неметаллических материалов.

Реализация полученных результатов. Научные и практические разработки гдрены в технологические процессы шлифования труднообрабатываемых гериалов. Использование предложенных рекомендаций по выбору алмазных лрументов, назначению рациональных режимов шлифования, основанных учёте импульса силы микрорезания при обработке позволило повысить эизводительность на 12-18 %, улучшить качество поверхности деталей по >аметрам микрогеометрии и уменьшить величину нарушенного слоя, что ¡спечило получение экономического эффекта 12,6 тыс. руб. на Воронежском нкозаводе и 45,3 тыс. руб. на заводе ВЭЛТ (г. Воронеж).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и :уждались на Международной научно-технической конференции «Теория и истика машиностроительного оборудования» ВГТУ (Воронеж, 1996), на крегиональной научно-практической конференции молодых учёных и циалнстов ВГАУ (Воронеж, 1997), на ежегодных научных конференциях |фессорско-преподавательского состава, на кафедрах и семинарах в ВГТУ ЗГАУ (Воронеж, 1995-2000 гг.).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, овных выводов, списка используемых литературных источников наименований) и приложения. Она содержит 183 страницы основного ста, 40 рисунков, 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы сформулирована цель и основные задачи исследований, изложены научная новизна и практическая ценность работы, представлены апробация и структура работы.

В первой главе дан обзор, проведён анализ работ отечественных и зарубежных учёных, внесших'особый вклад в развитие теории шлифования (резания). Исследования российских учёных показывают, что существующие процессы резания следует рассматривать как функционирование систем, состоящих из трёх основных объектов: деталь-инструмент-среда. Причём характер процесса контактного взаимодействия этих объектов определяется видом инструмента, кинематической схемой обработки и параметрами режимов резания. Однако исходным объектом в этих процессах является состояние рабочей поверхности (РП) инструмента с его уровнем дискретности резания. Предложенная В. Н. Старовым классификация процессов резания предусматривает пять основных уровней дискретности резания (УДР). В традиционных методах обработки используют четыре. 1 УДР - это микрорезание материала единичным абразивным зерном. Обработка шлифованием с использованием непрерывного абразивного слоя из совокупности единичных режущих контуров составляет 2 УДР = 2 ^ (1 УДР). Шлифование инструментом с прерывистой рабочей поверхностью это

3 УДР = 2 [Т2 £ 2 УДР + (Ь2 ЛЦ)], где {г, - функции взаимосвязей единичного уровня дискретности резания в абразивном пространства; Ь, иЬ2-протяжённости, соответственно выступа и паза для инструментов с ПРП.

4 УДР - соответствует обработке инструментом, обеспечивающим аддитивно-адаптивный съём припуска. Однако основой всех УДР является единичное дискретное микрорезание в форме системы зерно-микрообъём связки - деталь -среда или локальное состояние макротопологии абразивного пространства инструмента.

Существующие литературные данные позволяют сделать вывод о том, что для изучения всех уровней дискретности резания наиболее важным является знание законов, присущих процессу 1 УДР, т. е. микрорезанию. При этом установлению новых направлений в совершенствовании финишных процессов шлифования неметаллических материалов могут способствовать динамические показатели процесса резания, такие как импульс силы микрорезания.

Проведённый анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель работы и задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке общих методических положений, рабочих гипотез, обоснованию выбора конструкции высокоточного маятникового устройства, излагаются экспериментально-расчётные методики и направления теоретических исследований, приведены методики обработки и анализа экспериментальных данных. Доказано, что при микрорезании неметаллических горячепрессованных высокоплотных ферритов, спечённых керамик, различных стёкол, поликора, а также некоторых других материалов,

процесс контактного взаимодействия алмазных микрорезцов (пирамидок, конуса и зёрен) с деталью целесообразно оценивать посредством импульса силы дискретного микрорезания (ИСМ). Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1, где: 1-зачеканенное в оправку алмазное зерно (микрорезец), 2-вращающийся диск с зерном (микрорезцом), 3-образец, 4-держатель образца, 5-стержень маятника, 6-противовес-бапансир, 7-шарнир, 8-система приёма и отражения регистрирующих сигналов, 9-тарированная шкала измерительного устройства, 10-источник света, 11-самописец.

Созданная конструкция маятниковой установки и запатентованный способ измерения импульса силы микрорезания ,1с (с погрешностью 5-7 %) позволяют осуществлять дискретное микрорезание образцов из любых материалов в диапазоне скоростей резания 20-50 м/с при глубине внедрения микрорезца 5+100 мкм и более на один рез.

Для определения прочности закрепления алмазных зёрен в связке, которую учитывают при проектировании шлифовального инструмента и при исследовании работы единичных зёрен, следует использовать оценку напряжённо-деформированного состояния связки с внедрённым в неё зерном; для чего уточнена ранее разработанная методика расчёта напряжений системы «связка-зерно».

Определено, что одним из главных факторов, влияющих на формирование качества шлифованной поверхности, является вид и форма микрориски, созданной единичным зерном при микрорезании. Подтверждено, что идентифицировать виды микрорисок на поверхности пластичных и хрупких материалов следует по-разному. Для оценки разрушения хрупких материалов предлагается использовать показатель, характеризующий интенсивного хрупкого зонного разрушения К зр при микрорезании.

Образующиеся при единичном микрорезании (разрушении) на поверхности материала детали риски можно сравнивать между собой, если использовать их классификацию. Форму, размеры и особенности микрорисок можно оценить, воспользовавшись предложенным комплексным показателем микрорисок (ПМР), который функционально связывает параметры риски со свойствами материала детали, характеристиками используемого абразивного зерна (микрорезца) с условиями протекания процесса их контактного взаимодействия. Общий вид функциональной зависимости параметров микрорельефа риски ПМР от условий её создания может быть таков

Рис. 1. Схема определения импульса силы микрорезания

ПМР = Г [1С, 0, е, р, Ам, СОТС, Щ, (1

где ^-импульс силы микрорезания; ©-температура в зоне обработки; Е-уго при вершине абразивных зёрен; р-радиус округления вершины абразивноп зерна; Ам-вид абразивного материала; СОТС - смазочно охлаждающа техническая среда; П,-другие факторы.

В процессе исследования были выдвинуты, а в дальнейше» подтверждены, рабочие гипотезы, основные из которых следующие 1) Импульс силы дискретного микрорезания и силы шлифования, имею' единую динамическую природу и могут быть использованы в адекватно( оценке процессов разрушения хрупких поликристаллических и спечённы> материалов, а также при использовании их в качестве показателей дл) суммарной оценки обрабатываемости материала микрорезанием. 2) Пр1 микрорезании в системе зерно-деталь динамическую подсистему процесс: резания можно представить совокупностью действующих по всей площади контакта дискретных элементных составляющих передней, симметричные боковых и тыльной зон, являющихся слагаемыми интегрированной силь; микрорезания, зависящей от глубины внедрения зерна в обрабатываемый материал. 3) При шлифовании хрупких неметаллов инструментом с прерывистой рабочей поверхностью увеличение работоспособности инструмента обусловлено интенсификацией во фронтальной зоне выступа ПРП процессов микрорезания, форсировать которые можно, управляя макротопологией выступа инструмента при его особой правке.

Третья глава посвящена теоретическим обоснованиям и моделировании: процессов микрорезания неметаллов на разных уровнях дискретности резания. Полученные результаты подтвердили приоритетность воздействия микрорезания в структуре абразивного пространства шлифовальных инструментов со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью на процесс абразивного разрушения материалов. Созданные математические модели трёх уровней дискретности резания учитывают взаимодействие как единичны* абразивных зёрен, так и их совокупности в форме макротопологии РП инструментов типа 2 и 3 УДР с поверхностью обрабатываемой детали. Установлены механизмы и природа взаимосвязей технологических параметров процесса микрорезания с импульсом силы и процессами скоростного шлифования неметаллических материалов. Подтверждено, что абразивное пространство шлифовальных инструментов имеет поверхностный рабочий слой (ПРС), представляющий собой ряд функционально взаимосвязанных в единое целое подсистем первого, второго и третьего уровней дискретности резания. Причём, в зависимости от условий обработки, в разные её периоды, в разрушении обрабатываемой поверхности превалирует одна из этих подсистем. Но лишь все вместе они определяют характер воздействия макротопологии РП инструмента, влияющего на качество обработки.

Дискретное микрорезание 1 УДР, являющееся основой любого последующего уровня дискретности резания, играет главную роль в съёме припуска детали, независимо от направления протекания процесса:

сформирование или разрушение материала. Показано, что 1 УДР это -(инамическая подсистема резания, имеющая особую пространственную форму.

Рис. 2. Схема действия силы сдвига Р* (по Л. Н. Филимонову, кривая 1), I импульса силы микрорезания (кривая 2) при дискретном единичном чикрорезе (а); схема воздействия количества ИСМ (кривая 3) и суммарного импульса (кривая 4) при шлифовании инструментом с ПРП (б)

При единичном микрорезании - дискретном по своему содержанию, процесс протекает по типу колебательного явления. При этом в зависимости от :оотношения геометрических параметров абразивного зерна с глубиной его внедрения в тело детали, т. е. (1хЬхЬ, р, е), съём припуска хрупких материалов проходит с превалированием хрупкого ударного разрушения, но в определённых условиях может преобладать доля пластического деформирования. На это соотношение значительно влияют технологические параметры, режимы резания и структура обрабатываемого материала.

При 2 УДР ПРС представляет собой функцию импульса силы единичного резания зерна в поверхность детали, которая зависит от интенсивности схода микростружки при резе.

При работе инструмента с непрерывной макротопологией типа 2 УДР в пространстве контактного взаимодействия с деталью реализуется определённая

закономерность воздействия импульсов сил микрорезания: ГрС"Ф)цк>

которая обуславливает суммарный импульс и количество импульса

2 УДР

силы .1ск . Предложена методика расчёта импульса сил для трёх уровней дискретности резания. При этом закономерности развития ИСМ и характер изменения контактного силового импульсного действия абразивного пространства устанавливают, исходя из воздействия инструмента на деталь. Графически это соответствует огибающей кривой к основанию системы 3 УДР

в виде совокупности отдельных силовых импульсов Минимальные

ЗУДР

значения ИСМ соответствуют виду ^с(КоНТ)- Между системой возникающих

при 2 УДР минимальных импульсных силовых воздействий и общим импульсом силы существует определённая взаимосвязь, которую можно выразить так

2УДР(1с)^с2Дт)

1 + к,-

(2)

п-1

где выражение в скобках - коэффициент пропорциональности Ап- Этот коэффициент связывает закономерности изменения интенсивности динамического силового воздействия подсистемы единичных микрорезов, являющихся результатом действия макротопологии РП инструмента на деталь. Он также отражает условия конкретного контактного взаимодействия в системе ДИС и косвенно связан с температурным параметром процесса обработки. При этом Ку - коэффициент, учитывающий условие контактного взаимодействия, включая параметры элементов контакта шлифовального инструмента с деталью.

Чтобы судить о возможностях работы зерна в экстремальных условиях микрорезания необходимо знать состояние объектов подсистемы связка-зерно при различных силовых нагрузках и работоспособность алмазных зёрен разной формы (шар, эллипс и т. д) при разных величинах выступания зерна над связкой. Эти условия контакта можно смоделировать и исследовать условия удержания зерна в связке при микрорезании. Для оценки прочности закрепления абразивных зёрен достаточно определить контактные напряжения на границах зон зерно-связка. В работе использовали инженерный метод, когда при плоском движении абразивного зерна его малые перемещения, возникающие под действием приведённых усилий резания Рх, Ру и момента М, определяются тремя составляющими перемещениями произвольной точки Дх, Ау и углом поворота Дф. Схема расчёта приведена на рис. 3.

Методика расчёта позволяет моделировать любые величины выступа зёрен над уровнем связки. При микрорезании выступ передней кромки зёрна над связкой 1в изменяется в значительном диапазоне. Причём наибольшее влияние при работе зерна на величину 1в оказывает глубина шлифования и вид связки. В большинстве случаев по всей фронтальной зоне выступа ПРП, особенно на границе заборной части с основной режущей кромкой, величина выступающих зёрен (1в) составляет 40-60 % от её наибольшего размера. Исходя из этого, а также с учётом границы устойчивости зерна, в расчётах приняли, что зёрна выступают наполовину своего наибольшего размера, то есть, например, для зерна сферической формы - на радиус г. Из условия равновесия заделанного в связке зерна под действием усилия микрорезания Рх, Ру и момента

[икрорезания М, относительно точки приведения поверхностных сил [икрорезания уравнения имеют вид:

Рх = Зхх Дх + &ху Ду + 5хф Дф ;

Ру = 6ху Дх + 5 уу Ду + 6уф Дф ; (3)

М = 5фх Дх + бфу Ду + 6ФФ Дф, де Дх, Ду и Дф-линейные и угловое перемещения зерна в точке приведения сил (икрорезания. Коэффициенты имеют известный смысл коэффициентов :одатливости метода сил. Например, 6хф-это сила Рх от действия единичного

Зная граничные условия перемещений точек поверхности зерна и на свободной поверхности связки, решая соответствующие краевые задачи теории упругости, можно определить напряженно-деформированное состояние в зоне вокруг зерна.

Если принять условие

пропорциональности контактных напряжений соответствующим перемещениям точек поверхности зерна:

о„ = |п и„; т„ = ит, (4)

где и„ и ит -перемещения любой точки на поверхности зерна, соответственно в нормальном и касательном к ней направлении; они вычисляются для единичных перемещений Дх=Ду=Дф=1; !;„ и - постоянные для всей поверхности зерна коэффициенты жёсткости. Из условий работы контактного слоя связки получено, что

3?„/2(1+ц). (5)

Интегрируя (4) по поверхности зерна можно вычислить коэффициенты 6у для зерна заданной формы. При этом перемещения зерна находят, решая уравнения (3). Чтобы определить полные контактные напряжения о„ и т„. от соответствующих единичных смещений, их необходимо увеличить в Дх, Ду, Дф раз и сложить.

По выбранному критерию прочности определена и сопоставлена прочность закрепления зёрен разной формы в зависимости от действующих на них сил микрорезания, возникающих при шлифовании.

При прерывистом шлифовании в зависимости от условий контактного взаимодействия силы микрорезания могут быть в одних случаях больше, а в других - меньше сил микрорезания, по сравнению с воздействием кругами 2 УДР. Основная причина-состояние макротопологии прерывистой РП.

Обобщённую модель процесса прерывистого шлифования, можно представить в виде взаимосвязи или совокупности двух подпроцессов, а также описать моделями 1 УДР и 2 УДР, но связанных единой функциональной

юворота зерна Дф = 1.

зависимостью, отражающей долю проявления подпроцесса (1 или 2) УДР и их

вклад в 3 УДР. Поэтому ЗУДР - г[(1УДР)а + (2УДР)Р \.

В зависимости от обрабатываемости шлифуемого материала и требований к качеству детали назначают характеристики используемого инструмента. Условия процесса резания зависят от соотношения протяжённости пазов и выступов рабочей поверхности инструментов 3 УДР. Выступ ПРП состоит из следующих участков: фронтальной зоны,

протяжённостью 1ф, с углом наклона а; основной сплошной рельефной

абразивной зоны, протяжённостью 1®сн, а также небольшого участка тыльной стороны выступа 1®л. Установлено, что между участками могут быть следующие соотношения: 1ф = 1осн! 1ф>'осн! 'ф^осн • В зависимости от этого в общей формуле модели 3 УДР превалируют макротопологии уровней 1

(УДР)а или 2 (УДР) ^ в суммарном воздействии выступа ПРП на деталь. Для большинства исследуемых материалов (керамика, ферриты, поликор)

характерно соотношение, когда 2 УДР ^>1 УДРа. При обработке стекла, обладающего высокой абразивной способностью по отношению к связке инструмента, наблюдали, что фронтальная зона выступа равна или даже

больше, чем величина 1оСН. Для этих условий единичное микрорезание играет определяющую роль в формировании качества обработки.

В четвёртой главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований механики и процессов контактного динамического взаимодействия деталей из различных материалов при дискретном микрорезании алмазными пирамидками и конусом с определёнными геометрическими параметрами. Доказано, что быстротечно протекающие процессы дискретного микрорезания любых материалов с использованием алмазных инденторов (зерен) целесообразно характеризовать именно импульсом силы дискретного микрорезания.

Микрорезание неметаллических хрупких материалов алмазным индентором показало, что для ферритов, керамики, стёкол и поликора увеличение УР с 30 до 50 м/с вызывает снижение ИСМ соответственно на 1418%; 12; 45 и 17%. При обработке этих материалов с ростом глубины резания от 10 до 80 мкм ИСМ возрастает 3,7-4,0 раза. Для исследуемых неметаллических материалов характерно увеличение импульса сил микрорезания с возрастанием глубины внедрения зерна в деталь. Так, с изменением I от 10 до 80 мкм ИСМ возрастает для поликора в 4,1 раза, керамик в 3,7, ферритов 3,7-3,8, стекла в 5 раз.

Для всех исследуемых неметаллических материалов получены математические зависимости влияния элементов режимов резания и геометрии алмазного микрорезца на импульс силы. Они имеют следующий вид:

jijjep.lOOOHTl =07926. у-1,1828 .(0,9396 . £ 1,2829 .pO,2129 j фер.2000 MT1 =16383. у"5-4198 . (0,9941 ,g 1,2375 .p0,2177 jполикор =1 4794 . v-l,3161 .11,0100 ,e 1,2935 ,p0,2091 ^

jкерамика = 2 05g9 _ у-1,4145 . (0,9926 . £ 1,2723 . p0,2022

J™ =54,7174-Vp3'147 -t1'4575 . £ 1,3122 . p0,2054

Полученные математические модели могут использоваться для анализа процесса шлифования, расчёта режимов резания и составления рекомендаций при разработке технологических процессов финишной обработки этих и других неметаллических материалов.

Микрорезание хрупких материалов алмазными инденторами с разными углами е при вершине и радиусами округления р существенно влияют на ИСМ. С ростом р от 2,5 до 7 мкм ИСМ возрастает на 16,7-19,3 %. Изменение угла заострения вершины режущей пирамидки от 60 до 120° вызывает увеличение импульса сил микрорезания при малых глубинах резания (t=20 мкм) на 90-115 %. При больших глубинах резания е значительно меньше влияет (30 -65 % при t=80) на величину ИСМ. Некоторые установленные зависимости представлены на рис. 4.

Предложена обоснованная систематизация видов микрорисок, образующихся при единичном дискретном резе. Критериями топологии рисок взяты коэффициент Кцр и показатели ПМР. Выявлено шесть типов характерных форм микрорисок. При микрорезании алмазным индентором хрупких неметаллов на поверхности детали в зависимости от структуры материала могут преобладать различные разрушения: при микрорезании с малой глубиной (до 20-25 мкм)-мелкоблочное разрушение и наблюдается пластическое деформирование микросколов; микрорезание со средней глубиной внедрения (до 50 мкм) вызывает крупноблочное «язычковое» выкрашивание по краям риски. При резании с глубиной более 70-80 мкм наблюдается интенсивное зонное разрушение поверхности неметаллов. Стилизованные формы микрорисок представлены на рис. 5.

Установлен особый механизм образования микрорисок поверхности стекла. При глубинах резания 80-100 мкм риска представляет собой сочетание чередующихся участков разрушений разной интенсивностью. Это каскад из зон крупноблочных сколов и расположенной вдоль них канавкой пластичного и мелкоблочного разрушения. Отношение ширины выколок к глубине внедрения зерна превышает 5. Для оценки интенсивности процесса разрушения хрупких материалов использовали предложенный коэффициент зонного разрушения при микрорезании КЗР. Для исследуемых материалов вычислены его значения. Установлено, что в зависимости от глубины внедрения микрорезца К3р изменяется от 1,14 до 2,31; причём существует следующая закономерность: чем прочнее материал детали, тем меньше величина К Зр.

.1,1<г с

23 -

30 35 40 45 Я V,,«"

а)

б)

Рис. 4. Зависимости импульса силы микрорезания от скорости резани (а); от глубины внедрения алмазного индентора (б) при микрорезании: I поликор, 2-керамика, 3-феррит 2000 МТ1, 4-феррита 1000 НТ1, 5-стекла

Определены взаимосвязи и установлены математические зависимост между составляющими сил резания, импульсом силы дискретно! микрорезания и другими параметрами процесса микрорезания.

Для стекла, керамики, феррита 1000 НТ1 и феррита 2000 М1 соответственно зависимости таковы:

Рст= 775,4693-1°'6868-Д°'1592

Ркер = 210,512-10-3163-Л«'1000

Рнт1»120,2335-10'4921-]0'1000 0

Рмт1 =131,7698-tW198.j0.1000

Они имеют вид монотонно возрастающих функций, рис. 6.

Доказано, что силы дискретного микрорезания и Силы резания при шлифовании имеют одну природу и могут быть использованы для эффективной оценки динамических процессов абразивного разрушения любых материалов при обработке абразивным связанным зерном.

Рис. 5. Стилизованные формы микрорезов (вид в плане) и их типы

Рис. 6. Зависимости силы шлифования Р от импульса силы микрорезания ] и глубины резания I при обработке: 1-керамики, 2-стекла (а), 3-феррита 1000 НТ1,4-феррита 2000 МТ1

В Пятой главе приводятся рекомендации для финишных операций с использованием алмазного шлифовального инструмента. Исходя из требований к величине дефектного слоя или качеству обработки, показан выбор инструмента со сплошной или прерывистой рабочей поверхностью и назначения режимов резания. При этом учитывается температура шлифования, которую определяют в соответствии с уточнённой методикой, составляющие силы резания или импульс силы дискретного микрорезания. Эти показатели соотносятся с требуемыми (прогнозируемыми) значениями микрогеометрии шлифованной поверхности (например, параметр Яа) и осуществляют выбор наиболее "благоприятных условий по проведению операций шлифования. Для этого разработаны номограммы уровней равных выходов показателей и параметров обработки и созданы номограммы на параллельных шкалах, предназначенные для использования шлифовальных инструментов (2 и 3) УДР при обработке неметаллов. Результаты исследований- внедрены в промышленности. Экономический эффект составил 58 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе исследований механики микрорезания установлены основные закономерности взаимодействия зерна с обрабатываемым материалом.

2. Созданы физические модели процессов микрорезания поликристаллических и аморфных хрупких материалов, раскрывающие механизмы образования рисок, являющиеся основой микрорельефа обработанной поверхности, что позволило уточнить особенности характера разрушения неметаллических материалов при шлифовании их инструментами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью.

3. Посредством импульса силы микрорезания ИСМ установлены взаимосвязи технологических параметров процесса дискретного микрорезания и процесса скоростного алмазного шлифования керамики, ферритов, стёкол; на основе экспериментальных данных получены зависимости, позволяющие использовать ИСМ в качестве критерия обрабатываемости материалов при микрорезании (шлифовании).

4. Определены взаимосвязи и установлены математические зависимости сил резания с ИСМ, составляющих единую природу процессов динамического абразивного разрушения разных видов (хрупкое, пластичное, смешанное) неметаллических материалов, позволяющие проводить количественную оценку разрушений поверхности материалов.

5. Созданы математические модели, процессов микрорезания, шлифования алмазными кругами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью, основанные на механизмах взаимодействия единичных рабочих зёрен или их совокупности (в форме инструментов разных уровней дискретности резания) с поверхностью обрабатываемой детали.

6. Теоретически обоснована высокая режущая способность абразивных (алмазных) зёрен, работающих в режиме массового микрорезания на фронтальной поверхности выступа шлифовального инструмента с прерывистой рабочей поверхностью.

7. Используя предложенный коэффициент интенсивности зонного шрушения, создана классификация характерных видов микрорисок, шскретных резов, являющихся базой для оценки и управления характером шрушения поверхности хрупких неметаллических материалов.

8. Для ферритов, стёкол, керамик и поликора установлены «тематические модели зависимости ИСМ от технологических параметров фоцесса микрорезания и линейно-геометрических параметров алмазных шкрорезцов в виде степенных функций, позволяющие рекомендовать для •ыбора рациональные условия обработки и шлифовальные инструменты (их ;арактеристики и макротопологию РП).

9. Созданы номограммы уровней равных выходов и номограммы на [араллельных шкалах, которые позволяют рекомендовать оптимальные ехнологические условия обработки неметаллов алмазными инструментами со плошной и прерывистой РП, проводить шлифование с учётом возникающих емператур, импульса силы микрорезания и получать при обработке детали с 1алонарушенным поверхностным слоем.

10. Разработаны технологические рекомендации применения показателя [мпульса силы микрорезания при использовании кругов с непрерывной и [рерывистой рабочей поверхностью. Созданы технологические процессы, беспечивающие повышение эффективности финишных операций при бработке неметаллов; проведено их успешное промышленное внедрение, юлучен экономический эффект.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Цеханов Ю. А., Болдырев А. И., Ерёмин М. Ю. Метод расчёта онтактных напряжений на границе зерно-связка алмазного шлифовального нструмента // Производительная обработка материалов: Сб. научных трудов / !оронеж. гос. техн. ун-т,- Воронеж, 1995,- С.54-63.

2. Цеханов Ю. А., Старов В. Н., Ерёмин М. Ю. Метод определения сил шкрорезания при скоростном шлифовании // Методы и средства научных сследований процессов механизации с/х: Сб. научных трудов / Воронеж, гос. грарн. ун-т.- Воронеж, 1996,- С.192-196.

3. Старов В. Н., Цеханов Ю. А., Ерёмин М. Ю. Модель зоны онтактирования при дискретном прерывистом шлифовании и контактная брабатываемость материалов шлифованием // Нетрадиционные технологии в [ашиностроении и приборостроении: Сб. научных трудов / Воронеж . гос. техн. н-т,- Воронеж, 1996,- С.112-116.

4. Цеханов Ю. А., Ерёмин М. Ю., Старов В. Н. Микрорезание и искретные процессы шлифования // Теория и практика машиностроительного борудования: Тез. докл. Международн. Научн.-техн. конф. / Воронеж, гос. гхн. ун-т,- Воронеж, 1996,- С. 71-72.

5. Ерёмин М. Ю., Григорьева Н. С. Моделирование уровней дискретного езания // Обеспечение стабилизации АПК в условиях рыночных форм озяйствования: Тез. докл. науч. конф. 4.2. / Воронеж, гос. аграрн. ун-т.-оронеж, 1996.-С.83-84.

6. Ерёмин М. Ю., Цеханов Ю. А. Прочность закрепления абразивных зёрен в связке,- М., 1997,- 16 с. Деп. в ВИНИТИ. № 2928-В97.

7. Ерёмин М. Ю., Цеханов Ю. А. Модель зоны контактирования при прерывистом шлифовании.- М., 1997.-9 с. Деп. в ВИНИТИ. № 2929-В97.

8. Патент РФ № 2105960 С1 6 й 01 Ь 1/4. Способ определения силы микрорезания. Цеханов Ю. А., Ерёмин М. Ю. Опубл. 1998, Бюл. № 6.

9. Ерёмин М. Ю. Механика микрорезания при скоростном шлифовании // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности : Сб. научных трудов / Воронеж, гос. технол. академия.- Воронеж, 1998,- С.111.

10. Старое В. Н., Ерёмин М. Ю. Экспериментально-расчётная методика исследования механики скоростного микрорезания // Теория, постановка и результаты агроинженерного эксперимента: Сб. научных трудов / Воронеж, аграрн. ун-т.- Воронеж, 1999.-С. 107-112.

Зак. 587 - 2000 г. Тир. 100 экз. Объем 1 п. л.

Типография Воронежского государственного аграрного университета имени К. Д. Глинки 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СВЕДЕНИЙ О ПРОЦЕССАХ И МЕХАНИЗМАХ АЛМАЗНОГО МИКРОРЕЗАНИЯ (ШЛИФОВАНИЯ).

1.1. Микрорезание - основа процесса шлифования.

1.2. Алмазно - абразивные инструменты (строение, структура, макротопология и рельеф их рабочей поверхности).

1.3. Состояние элементов рабочей поверхности инструмента

Выводы, постановка цели и задач исследований.

2. МЕТОДИКИ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ДИСКРЕТНОГО СКОРОСТНОГО МИКРОРЕЗАНИЯ.

2.1. Общая методологическая основа работы.

2.2. Метод определения импульса силы при дискретном микрорезании

2.3. Особенности конструкции экспериментальной установки.

2.4. Исследуемые материалы и условия проведения экспериментов

2.5. Метод определение контактных напряжений на границе системы зерно-связка.,'.

2.6. Идентификация параметров шлифовочных рисок.

Выводы.

3. ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ МИКРОРЕЗАНИЯ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ДИСКРЕТНОСТИ РЕЗАНИЯ.

3.1. Абразивное пространство как особая форма совокупностей 1 УДР

3.2. Модель кинематики абразивного зерна при единичном микрорезе и особенности этого процесса.

3.3. Модель, кинематика взаимодействия и особенности процессов второго уровня дискретности резания

3.4. Особенности процесса третьего уровня дискретности резания . 108 Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ И КОНТАКТНЫХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ МИКРОРЕЗАНИИ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ.

4Л. Закономерности процесса микрорезания хрупких неметаллических материалов.

4.2. Исследование характера разрушения поликристаллических и аморфных материалов при скоростном алмазном микрорезании

4.3. Влияния элементов режима резания на характер образования микрорисок на поверхностях неметаллов.

4.4. Взаимосвязи сил резания при шлифовании и импульса сил микрорезания.

4.5. Показатель обрабатываемости материалов при микрорезании.

Выводы.

5. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Общие технологические рекомендации.

5.2. Примеры использования результатов исследований в технологических процессах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Среди финишных процессов механической обработки существует специфичная область абразивного шлифования хрупких неметаллических материалов. Материалы типа поликристаллические горячепрессованные ферриты, спечённая керамика, ситаллы, поликор и аморфные стёкла имеют повышенную прочность и хрупкость, а также малую теплопроводность и особую структуру, поэтому единственно эффективным способом формообразования плоских и фасонных поверхностей деталей из этих неметаллов является алмазная обработка шлифованием.

Появившиеся в последние годы работы указывают на необходимость рассматривать процессы и явления в зоне обработки, как сложную многоуровневую техническую систему деталь-инструмент-среда (ТС ДИС). Базой такого системного подхода к процессам шлифования является концепция активного рабочего пространства с его атрибутами и принципы дискретности резания. При этом основой большинства процессов абразивной обработки является микрорезание связанным зерном, которое определяет явления, протекающие в зоне контактного взаимодействия ТС ДИС, характер разрушения обрабатываемого материала, влияет на технологические параметры и участвует в формировании качества обработки.

Известные данные по микрорезанию пластичных материалов не могут быть однозначно перенесены на процессы обработки хрупких неметаллических материалов, в том числе из-за совершенно иной механики поверхностного разрушения, особенно при алмазном шлифовании. Отдельные попытки исследования процессов микрорезания керамики и стёкол не привели к весомым результатам. Поэтому до сих пор при создании рекомендаций по выбору шлифовальных инструментов и условий их эксплуатации практически не учитывали основополагающие явления, являющиеся базой для всех уровней дискретности резания (УДР), то есть явления, присущие микрорезанию. Это негативно сказывалось на получении требуемого качества обработки.

Для решения проблемы повышения качества шлифованных поверхностей хрупких неметаллических высокопрочных материалов актуальным является исследование процессов, механизмов и явлений, происходящих при алмазном дискретном микрорезании-шлифовании связанным зерном. При этом важно исследовать роль процесса дискретного микрорезания в функционировании технической системы ТС ДИС. Особенно это актуально для изучения работоспособности шлифовальных кругов с прерывистой рабочей поверхностью (ПРП). Опираясь на знания о состоянии рабочих поверхностей инструментов с ПРП и с непрерывной рабочей поверхностью, можно по новому решать вопросы выбора эффективных шлифовальных инструментов, максимально используя их абразивные свойства для получения качественных поверхностей деталей из неметаллов.

Работа выполнялась на кафедре «Прикладной механики» Воронежского государственного аграрного университета по координационным планам ГК по высшему образованию на 1995-2000 г г. и в соответствии с разделом программы «Черноземье».

Цель работы. Получение бездефектных поверхностей неметаллических материалов на основе выявленных закономерностей механики микрорезания связанным зерном, присущих работе шлифовальных инструментов разных уровней дискретности резания.

Задачи работы.

1. Исследовать механику и установить закономерности взаимодействия алмазного микрорезца (зерна) с поверхностью хрупких неметаллических материалов при дискретных резах.

2. Определить взаимосвязи технологических показателей процесса микрорезания с работой шлифовальных инструментов различных уровней дискретности резания, провести математическое моделирование этих процессов и установить рациональные условия применения инструмента с непрерывной и прерывистой рабочей поверхностью при плоском шлифовании.

3. Экспериментально исследовать процессы скоростного дискретного микрорезания-шлифования неметаллических материалов: их динамические показатели; установить особенности характера разрушения хрупких материалов; определить закономерности и влияние технологических факторов на качество обрабатываемой поверхности детали.

4. Разработать рекомендации по выбору алмазных инструментов для шлифования труднообрабатываемых хрупких материалов, основанные на выявленных закономерностях и механики микрорезания, с целью получения малонарушенного поверхностного слоя деталей; провести промышленную апробацию.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовали основы теории резания (шлифования), механики, физики, теории разрушения материалов, математического моделирования, математической статистики и планирования эксперимента, а также других областей знаний.

Научная новизна. Созданы математические модели процессов микрорезания и шлифования алмазными инструментами, основанные на механике взаимодействия с деталью единичных рабочих зёрен и их совокупности в форме кругов со сплошной и прерывистой рабочими поверхностями разных уровней дискретности резания.

Для ферритов, керамики и стёкол определены взаимосвязи, опытно подтверждены и математически описаны зависимости составляющей силы резания процесса плоского шлифования от импульса силы дискретного микрорезания.

Теоретически обоснована высокая режущая способность алмазных зёрен, работающих в режиме массового микрорезания на фронтальной поверхности выступов шлифовальных инструментов с прерывистой рабочей поверхностью.

Используя предложенный коэффициент интенсивности зонного хрупкого разрушения, предложена классификация видов дискретных резов, являющихся основой для оценки характера разрушения и управления разрушением поверхностей хрупких неметаллических материалов.

Практическая ценность. Предложен эффективный способ и устройство для определения закономерностей процесса микрорезания и изучения обрабатываемости любых материалов посредством дискретного резания (патент РФ № 2105960), с использованием импульса сил микрорезания, что позволяет создавать технологические процессы финишной обработки неметаллов с учётом этого динамического параметра, и способствует получению малонарушенных шлифованных поверхностей.

Установленные механизмы воздействия алмазных зёрен на поверхности поликристаллических и аморфных материалов при разных уровнях дискретности резания позволяют: формировать требования к шлифовальным кругам с заданной макротопологией; разрабатывать рекомендации по рациональным условиям эксплуатации инструментов и управлять процессом съёма припуска, обеспечивая получение высококачественных деталей.

Созданные обобщённые физические и математические модели процессов микрорезания и шлифования инструментами с прерывистой и сплошной рабочей поверхностью позволяют управлять процессом обработки путём назначения оптимальных характеристик и выбором рациональных режимов высокопроизводительного плоского шлифования, а также и унифицировать детали из хрупких неметаллических материалов.

Реализация полученных результатов. Научные и практические разработки внедрены в технологические процессы шлифования труднообрабатываемых материалов. Использование предложенных 8 рекомендаций по выбору алмазных инструментов, назначению рациональных режимов шлифования, основанных на учёте импульса силы микрорезания при обработке позволило повысить производительность на 12-18 %, улучшить качество поверхности деталей по параметрам микрогеометрии и уменьшить величину нарушенного слоя, что обеспечило получение экономического эффекта 12,6 тыс. руб. на Воронежском станкозаводе и 45,3 тыс. руб. на заводе ВЭЛТ (г. Воронеж).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Теория и практика машиностроительного оборудования» ВГТУ (Воронеж, 1996), на межрегиональной научно-практической конференции молодых учёных и специалистов ВГАУ (Воронеж, 1997), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, на кафедрах и семинарах в ВГТУ и ВГАУ (Воронеж, 1995-2000 гг.).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемых литературных источников (97 наименований) и приложения. Она содержит 183 страницы основного текста, 40 рисунков, 5 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе исследований механики микрорезания установлены основные закономерности взаимодействия зерна с обрабатываемым материалом.

2. Созданы физические модели процессов микрорезания поликристаллических и аморфных хрупких материалов, раскрывающие механизмы образования рисок, являющиеся основой микрорельефа обработанной поверхности, что позволило уточнить особенности характера разрушения неметаллических материалов при шлифовании их инструментами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью.

3. Посредством импульса силы микрорезания ИСМ установлена механика взаимодействия технологических параметров процесса дискретного микрорезания и процесса скоростного алмазного шлифования керамики, ферритов, стёкол; на основе экспериментальных данных получены зависимости, позволяющие использовать ИСМ в качестве критерия обрабатываемости материалов при микрорезании.

4. Определены взаимосвязи и установлены математические зависимости сил резания с ИСМ, составляющих единую природу процессов динамического разрушения разных видов (хрупкое, пластичное, смешанное) неметаллических материалов, позволяющие проводить количественную оценку разрушений поверхности материалов.

5. Созданы математические модели, процессов микрорезания, шлифования алмазными кругами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью, основанные на механизмах взаимодействия единичных рабочих зёрен или их совокупности (в форме инструментов разных уровней дискретности резания) с поверхностью обрабатываемой детали.

6. Теоретически обоснована высокая режущая способность абразивных (алмазных) зёрен, работающих в режиме массового микрорезания на фронтальной поверхности выступа шлифовального инструмента с прерывистой рабочей поверхностью.

7. Используя предложенный коэффициент интенсивности зонного разрушения, создана классификация характерных видов микрорисок, дискретных резах, являющихся базой для оценки и управления характером разрушения поверхности хрупких неметаллических материалов.

8. Для ферритов, стёкол, керамик и поликора установлены математические модели зависимости ИСМ от технологических параметров процесса микрорезания и линейно-геометрических параметров абразивных зёрен в виде степенных зависимостей, позволяющие рекомендовать для выбора рациональные условия обработки, инструменты (их характеристики и макротопологию РП).

9. Созданы номограммы уровней равных выходов и номограммы на параллельных шкалах, которые позволяют рекомендовать оптимальные технологические условия обработки неметаллов алмазными инструментами со сплошной и прерывистой РП, проводить шлифование с учётом возникающих температур, импульса силы микрорезания и получать при обработке детали с малонарушенным поверхностным слоем.

10. Разработаны технологические рекомендации применения показателя импульса силы микрорезания при использовании кругов с непрерывной и прерывистой рабочей поверхностью. Созданы технологические процессы, обеспечивающие повышение эффективности финишных операций при обработке неметаллов; проведено их успешное промышленное внедрение, получен экономический эффект.

1. Абразивная и алмазная обработка материалов // Справочник / Под ред. А. Н. Резникова.- М.: Машиностроение, !981.- 279 с.

2. Алмазно-абразивная обработка деталей машин / Сагарда А. А., Череповецкий И. X., Мишнаевский JI. JI.-K: Техника, 1974.- 180 с.

3. Байкалов А. К. Введение в теорию шлифования материалов.- К: Наукова думка, 1978.- 207 с.

4. Бакуль В. Н. Число зёрен в одном карате одна из важнейших характеристик алмазного порошка // Синтетические алмазы.- 1976.- вып. 4.- С. 22-27.

5. Ваксер Д. Б. и др. Алмазно- абразивная обработка технической керамики.- JL: Машиностроение, 1976.- 160 с.

6. Веников В. А. Теория подобия и моделирования.- М.: Высш. шк., 1976.-479 с.

7. Глаголев Н. А. Курс номограмм.- М.: Высшая школа, 1961.- 268 с.

8. Грабченко А. И. Расширение технологических возможностей алмазного шлифования.-Х: Изд-во Харьковского ун-та, 1985.-184 с.

9. Ерёмин М. Ю., Григорьева Н. С. Моделирование уровней дискретного резания. // Обеспечение стабилизации АПК в условиях рыночных форм хозяйствования: Тез. докл. науч. конф.- Воронеж, гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1996.- Ч. 2.- С.83-84.

10. Ерёмин М. Ю. Механика микрорезания при скоростном шлифовании // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности : Сб. научных трудов Воронеж, гос. технол. академия.- Воронеж, 1998.- С. 111.

11. Ерёмин М. Ю., Цеханов Ю. А. Модель зоны контактирования при прерывистом шлифовании.- М., 1987.- Деп. в ВИНИТИ, № 2929-B97.

12. Ерёмин М. Ю., Цеханов Ю. А. Прочность закрепления абразивных зёрен в связке.- М., 1987.- Деп. в ВИНИТИ. № 2928-В97, № 2928-В97.

13. Зайцев А. Г., Старов В. Н., Волков А. Л. Влияние алмазного шлифования на качество горячепрессованных ферритов // Синтетические алмазы.-1919.- Вып. 3.- С. 53-55.

14. Зайцев А. Г., Старов В. Н., Фоменко В. П., Дуда Т. М. Шлифование плотных ферритов кругами из металлизированных алмазов // Сверхтвёрдые материалы.- 1981.- № 2.- С. 77-79.

15. Зайфарт X., Марченко А. А., Скрипко Г. Ф., Таланцев Л. Л., Трембовский А. М., Измерение сил резания на единичном алмазном зерне. // Синтетические алмазы.- 1978.- вып. 6.- С. 18-23.

16. Захаренко И. П. Алмазные инструменты и процессы обработки.- К.: Техника, 1980.-215 с.

17. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов.-М: Машгиз, 1956,- 386 с.

18. Ипполитов Г. М. Алмазно-абразивная обработка.- М.: Машиностроение, 1969.- 339 с.

19. Испытание материалов: Справочник / Под. ред. Блюменауэра. Пер. с нем.- М.: 1979.- 448 с.

20. Карбань В. И., Борзаков Ю. И. Обработка монокристаллов в микроэлектронике.- М.: Радио и связь, 1988.- 104 с.

21. Кацев П. Г. Статистические методы исследований режущего инструмента.- М.: Машиностроение, 1974.- 213 с.

22. Качество поверхности при алмазно- абразивной обработке / Э. В. Рыжов, А. А. Сагарда, В. Б. Ильицкий, И. X. Череповецкий.- Киев.: Наук. Думка, 1979.- 224 с.

23. Кащеев В. Н. Процессы в'зоне формирования контакта металлов.- М.: Машиностроение, 1978.-213 с.

24. Королёв А. В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке.- Саратов: Изд-во Саратов, унта, 1975,- 189 с.

25. Корчак С. Н. Прогрессивная технология и автоматизация круглого шлифования.- М: Машиностроение, 1968.- 108 с.

26. Корчак С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей.- М: Машиностроение, 1974.- 280 с.

27. Кузнецов А. М., Голосов И. П. Влияние геометрических параметров синтетических алмазных зёрен на их режущие свойства // Станки и инструмент.- 1969.- № 12.- С. 28-29.

28. Кулаков Ю. М. и др. Предотвращение дефектов при шлифовании.- М.: Машиностроение, 1975.- 144 с.

29. Лавров И. В., Ермакова Т. Б. Некоторые результаты исследования абразивных зёрен // Абразивы.- 1966.- вып. 3(52).- С. 7-15.

30. Лавров И. В., Лобода Т. Б. Закономерность распределения зёрен в шлифзерне, шлиф- и микропорошках по крупности // Абразивы.- 1973.- вып. 12(115).-С. 8-15.

31. Лавров И. В. Основные результаты изучения связи остроты абразивного зерна с его крупностью // Абразивы.- 1975.-вып. 11(137).-С. 1-4.

32. Лоладзе Г. Н., Бокучава Г. В. Износ алмазов и алмазных кругов.- М.: Машиностроение, 1967.- 112 с.

33. Лурье Г. Б. Шлифование металлов.- М.: Машиностроение, 1969.- 175 с.

34. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания.- М.: Машиностроение, 1976.- 278 с.

35. Маклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов.- М.: Мир, 1970,-460 с.

36. Маслов Е. Н. Теоретические основы процесса алмазной обработки материалов // Обработка машиностроительных материалов алмазным инструментом.- М.: Наука, 1966.

37. Маслов Е. Н. Теория шлифования материалов.- М.: Машиностроение, 1974.- 176 с.

38. Мацуи. Механизм резания абразивными зёрнами. Пер. с яп.-Какой-мокэнкю, 1971, 23, № 12, С. 1611-1616.

39. Основы алмазного шлифования / Семко М. Ф., Грабченко А. И., Раб А. Ф.,Узунян М. Д., Пивоваров М. С.- К: Техника, !978.- 192 с.

40. Основы механики разрушения. Л. М. Качанов.- М.: Наука, 1974.- 312с.

41. Островский В. И. Теоретические основы процесса шлифования.- Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981.- 144 с.

42. Партола Е. И., Раздовский Ю. И., Сизый Ю. А., Узунян М. Д. Измерение усилий резания единичным абразивным зерном. // Синтетические алмазы.-1973.-№ 4,-С. 19-22.

43. Патент РФ № 2105960 С1 6 О 01 Ь 1/4. Способ определения силы микрорезания / Цеханов Ю. А., Ерёмин М. Ю. Бюл. № 6 от 27. 02. 98.

44. Патент РФ № 2136477. Способ ускоренного деформирования макротопологии выступов инструмента в виде прерывистого круга / Старов В. Н., Старов Д. В. Бюл. № 25 от 10. 09. 99.

45. Пекленик Ж. К. К вопросу применения корреляционной теории к процессу шлифования // Конструирование и технология машиностроения.- М., 1964,-№2.-С. 3-13.

46. Перерозин М. А. Алмазная обработка стекла.- К.: Техника, 1982.- 61с.

47. Перерозин М. А. Выбор характеристик инструмента при торцевом шлифовании с прерывистой режущей поверхностью // Алмазы и сверхтвёрдые материалы, 1977.- № 6.- С. 3-5.

48. Перерозин М. А. Исследование режущей способности композиционных прерывистых кругов при торцевом шлифовании стекла // Алмазы и сверхтвёрдые материалы, 1978.- № 11.- С. 5-6.

49. Перерозин М. А. Механика контактного взаимодействия инструмента и материала при алмазном прерывистом шлифовании // Алмазы и сверхтвёрдые материалы.- 1978.- № 2.- С. 3-5.

50. Подзей А. В., Якимов А. В. О работе шлифовальных кругов с прерывистой рабочей поверхностью // Вестник машиностроения.-1969.-№9,- С. 18-20.

51. Покладий Г. Г. Исследования микрорезания стали алмазным зерном в виде усечённого конуса.// Синтетические алмазы.- 1978.- № 6.- С. 52-54.

52. Попов С. А., Малевский Н. П., Терещенко Л. М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твёрдых сплавов.-М: Машиностроение, 1977.- 263 с.

53. Разрушение. Т. 1: Микроскопические и макроскопические основы механики разрушения. / Редактор Г. Либовиц.- М.: Мир, 1976.- 616 с.

54. Разрушение. Т. 7: Разрушение неметаллов и композиционных материалов. / Редактор Г. Либовиц.- М.: Мир, 1976.- 634 с.

55. Редько С. Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов.-Саратов, 1962.-231 с.

56. Резников А. Н. Краткий справочник по алмазной обработке изделий и инструментов.- Куйбышев: Куйбышев, кн. изд., 1967.- 201 с.

57. Резников А. Н., Резников Л. А. Тепловые процессы в технологических системах,- М.: Машиностроение, 1980.- 288 с.

58. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов.- М.: Машиностроение, 1981.- 279 с.

59. Резников А. Н. Теплофизика резания.- М.: Машиностроение, 1969.-288 с.

60. Розенберг А. М., Ерёмин А. Н. Элементы теории процесса резания металлов.- Свердловск: Машгиз, 1956.- 317 с.

61. Рыжов Э. В. и др. Качество поверхности при алмазно-абразивной обработке.- Киев: Наукова думка, 1979.- 244 с.

62. Сагарда А. А. Закономерности микрорезания единичным алмазным зерном // Синтетические алмазы. К.: УкрНИИМАШ, 1969.- вып. 2(2).- С. 9-13.

63. Сагарда А. А., Полупан Б. И., Мацкевич В. П., Григорова Л. С. К вопросу о микрорезании жаропрочных и титановых сплавов. // Сверхтвёрдые материалы.-1981.- № 1.- С. 23-27.

64. Сагарда А. А., Химач О. В. Контактная температура и силовые зависимости при резании алмазным зерном.// Синтетические алмазы.- 1972.-№ 2,- С. 5-6.

65. Силин С. С., Рыку нов Н. С. Исследование процесса шлифования методами теории подобия.- Труды РАТИ, 1974.- № 2.- С. 12-20.

66. Скоростная алмазная обработка деталей из технической керамики./ Н. В. Никитков, В. Б. Рабинович. В, Н. Субботин, Н. Н. Шипилов; Под ред. 3. И. Кремня.- Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние., 1984.- 131 с. (Б-чка шлифовщика).

67. Спаский М. Р., Лохов Ю. Н. Закономерности износа пластичных поверхностей при обработке полировальником с закреплённым абразивом // Сверхтвёрдые материалы, 1994.- № 1.- С. 38-43.

68. Старов В. Н. Системные исследования: Монография.- М., 1999.- 101 е.-Деп. в ВИНИТИ № 3726-В99.

69. Старов В. Н., Ерёмин М. Ю. Экспериментально-расчётная методика исследования механики скоростного микрорезания // Теория, постановка ирезультаты агроинженерного эксперимента: Сб. научных трудов / Воронеж, аграрн. ун-т.- Воронеж, 1999.-С.107-112.

70. Старов В. Н. Повышение эффективности процессов дискретного шлифования неметаллов // Техника машиностроения, 1999.- № 2.- С. 51-56.

71. Старов В. Н. Рациональная эксплуатация алмазного инструмента при шлифовании хрупких материалов.// Современные направления повышения точности механической обработки в машиностроении: Тез. докл. Конф. Приволж. Дом НТП.- Пенза, 1983.- С. 4.

72. Старов В. Н. Система классификации форм выступов шлифовальных прерывистых кругов и механизм формирования их топологии.- М., 1996.- 11 с.-Деп. в ВИНИТИ № 1017-В96.

73. Старов В. Н., Смоленцев В. П. Динамика контактных процессов шлифования,- М.: Деп. в ВИНИТИ № 3756-В96, 1996.-185 с.

74. Степанов И. Г. Расчёт длины дуги контакта абразивного зерна с заготовкой при торцевой шлифовании //Сверхтвёрдые материалы, 1994.-вып. 1.-С. 38-43.

75. Филлимонов Л. Н. Высокоскоростное шлифование.- Л: Машиностроение, 1979.-248 с.

76. Химач О. В. О силовых зависимостях при резании единичным зерном.- В кн.: Синтетические алмазы. К., Наукова думка, 1972.- вып. 6 (24).-С. 52-55.

77. Хрульков В. А. Алмазные инструменты в прецизионном приборостроении М.: Машиностроение, 1977.- 223 с.

78. Хрульков В. А., Головань А. Я. Обрабатываемость алмазным инструментом твёрдых и хрупких материалов // Обработка машиностроительных матенриалов алмазным инструментом.- М.: Наука, 1966.264 с.

79. Хрульков В. А., Головань А. Я. Особенности алмазного шлифования и доводки деталей из металлокерамических твёрдых сплавов // Алмазный инструмент и процессы алмазной обработки.- М.: МДНТП, 1964.

80. Цеханов Ю. А., Ерёмин М. Ю., Старов В. Н. Микрорезание и дискретные процессы шлифования. // Теория и практика машиностроительного оборудования: Тез. докл. Международн. Научн.-техн. конф. / Воронеж, гос. техн. ун-т,- Воронеж, 1996.- С. 71-72.

81. Цеханов Ю. А., Старов В. Н., Ерёмин М. Ю. Метод определения сил микрорезания при скоростном шлифовании. // Методы и средства научных исследований процессов механизации с/х: Сб. научных трудов / Воронеж, гос. аграрн. ун-т.- Воронеж, 1996.- С. 192-196.

82. Шальнов В. А. Шлифование и полирование высокопрочных материалов.- М.: Машиностроение, 1972.- 176 с.

83. Эффективность применения прерывистых алмазных кругов при обработке изделий хрусталя // Стекло и керамика.- 1982.- № 2.- С. 29-30.

84. Якимов А. В. Абразивно- алмазная обработка фасонных поверхностей.- М.: Машиностроение, 1984.- 223 с.

85. Якимов А. В. Оптимизация процесса шлифования.- М: Машиностроение, 1975.- 176 с.

86. Ящерицын П. И. и др. Исследование путей совершенствования алмазно-абразивного инструмента // Синтетические алмазы ключ к техническому прогрессу, 1979.- С. 57-68.

87. Ящерицын П. И., Зайцев А. Г. Повышение качества шлифованных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента.-Минск: Наука и техника, 1972.-184 с.

88. Ящерицын П. И., Зайцев А. Г., Старов В. Н. Алмазное шлифование горячепрессованных ферритов прерывистыми кругами // Известия БССР, серия физико-технических наук.-1989.- № 4.- С. 44-50.

89. Ящерицын П. И., Зайцев А. Г., Старов В. Н. Исследование динамики алмазного шлифования ферритов // Известия АН БССР. Серия физико-технических наук.- Минск, 1977.- № 4.- С. 55-59.

90. Ящерицын П. И., Зайцев А. Г., Цеханов Ю. А., Полотняк С. Б. Напряжение в связке вокруг алмазных зёрен шлифовального инструмента // Вести АН БССР, серия физико-технических наук.- 1977.- № 4.- С. 55-59.

91. Ящерицын П. И. Повышение эксплуатационных свойств шлифовальных поверхностей.- Минск: Наука и техника, 1966

92. Ящерицын П. И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей.- Минск: Наука и техника, 1971.-210 с.

93. Seiki Metsui, Katsuo Syoji. Statistical approach to grinding mechanism on a few experiments.- Technol. Repts Tokoku Univ., 1975, 40, № 2.- P. 353-369.

94. Для определении средних значений радиуса округления и углов при вершине зёрен использовали обобщённые данные по линейно геометрическим параметрам алмазных зёрен, некоторые из которых приведены в таблице 1.1.

95. Скорость погружения зёрен в обрабатываемый материал при плоском шлифовании периферией круга определяет выражение:1. Уд-^ср!, (П.4)где Уд-скорость подачи заготовки (мм/с); ^глубина резания (мм); Бср-средний диаметр круга (мм).

96. Количество режущих зёрен в круге 2 УДР составляет величину:хт 0,4тг01л1т \у*К* ^^1. N =-1—- —-. (П.6)

97. Р х?р ргЯ-Е) Среднее значение силы микрорезания при шлифовании равно:1. Ре2=6^, (П.7) тгде: 5 безразмерный коэффициент, учитывающий влияние связки.

98. Дугу контактирования абразивного зерна с материалом детали при плоском шлифовании периферией круга определяют так 38.:1±—1. V 60VDv р у1. Dcpt. (П.8)

99. Тогда время контактного взаимодействия т определим из уравнения:= Ьпл/УР = К1 ± Уд/60УР )л/^.Др • (П.9)

100. Выражение для определения тангенциальной составляющей силы резания может быть представлено в виде суммарного воздействия сил активных режущих элементов макрорельефа, находящихся в площади контактного взаимодействия, то естьрпрф=§1см (П10)т у

101. В итоге получаем уравнение, определяющее тангенциальную составляющую силы резания для плоского шлифования периферией круга:рпрФ =50>4иРЬп1е ÍJW^K* 7 " -2 1/У0(1-е)1. П.11)-ср V Рг

102. Определим усилия в зоне резания при плоском шлифовании торцом круга. Приближённая формула расчёта площади контактирования при торцевом шлифовании, если В-ширина заготовки имеет вид:8™Р=ВЬ. (П. 12)

103. Длина дуги контактирования при торцевом шлифовании 38. определяется из условия (рис. П.1):ср = К-0Сд|1 + Уд /(60Ур1. П.13)здесь Л-радиус абразивного инструмента (мм).

104. Время контактного взаимодействия при плоском шлифовании торцом круга с учётом принятых обозначений:= Ьср / Ур = 0,5Вс р а^ + У2 /(60Ур )2 . / Ур.1. П. 14)

105. Рис. П.1. Схема плоского шлифования торцом круга 38.

106. Скорость погружения зёрен в обрабатываемый материал ш в выражении (П.2) при плоском шлифовании торцом круга определяет уравнение 59.:Vш =В1. П. 15)

107. Касательную составляющую силы в зоне резания при плоском шлифовании торцом круга находят по формуле:тор О^ВЫерх 1|Ур(1-Е)

108. Тогда выражение для плоского шлифования торцом круга с ПРП, согласно (П.1); (П.2) и (П.6);(П.7) имеет вид:прп я0ДЗК87сРсрВ1с I1. Ргтор=5-^г^---. (П. 18)1. Р хсрт ГрО-Е)

109. Для расчёта тангенциальной составляющей силы резания получим выражение:прп 0,4тсж5РВ1с Р-РФ-5 х2р у Ур(1-Е)' (П'20)

110. Реализация расчётно-экспериментального метода определения динамических воздействий при микрорезании материалов различной структуры позволяет внести уточнения в методику инженерного расчёта контактных температур в зоне резания.

111. Для определения локальных температур под абразивными зёрнами и температуры шлифования с использованием методики А. Н. Резника 59. создан алгоритм расчёта. Его базовые объекты приведены в таблице П. 1.