автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Научные основы проектирования, изготовления и эксплуатации абразивного инструмента

На правах рукописи

РГ6 од

Курдюков Владимир Ильич у 3 р.^у 7ПП0

)

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск 2000

Работа выполнена на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» Курганского государственного университета (КГУ).

Официальные оппоненты; доктор технических наук, профессор

Евсеев Д. Г.

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Рыкунов Н. С.

доктор технических наук, профессор Шаламов В. Г.

Ведущее предприятие: Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО) г. Уфа.

Защита состоится « 16 » июня 2000 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 053.13.08. в Южно-Уральском государственном университете по адресу 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан « 10 » мая 2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ~Ьрофеев В.В.

11/1'И Г) ;

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Повышение эффективности металлообрабатывающих производств, а именно производительности и качества обработки, при наименьших затратах была и остается первостепенной проблемой на всех этапах развития научно-технического прогресса.

Качество детали, определяющее ее эксплуатационные показатели, в основном, формируется на конечной операции. Такой операцией, в большинстве случаев, является шлифование, как один из самых высокопроизводительных методов механического удаления припуска, обеспечивающий высокий уровень точности и качества обработанной поверхности. Степень же реализации потенциальных возможностей этого метода зависит от того, насколько удачно сочетаются характеристики шлифовального инструмента с условиями обработки.

Однако, успешно решить данную задачу на практике в настоящее время не удается по двум основным причинам.

Во-первых потому, что до сих пор отсутствуют научно-обоснованные методики расчета и проектирования абразивного инструмента (АИ) оптимальных характеристик под условия реализации конкретной операции шлифования, и потребитель инструмента пользуется только рекомендациями, основанными на практическом опыте или экспериментальных данных. В условиях же современной тенденции машиностроения ко все более быстрому обновлению конструкционных материалов и более широкому применению в качестве таковых высоколегированных сталей, жаропрочных и титановых сплавов, обработка которых резанием затруднена, таких рекомендаций явно недостаточно для оптимального режимно-инструментального оснащения шлифовальных операций.

Во-вторых, несмотря на то, что промышленность нашей страны выпускает десятки тысяч типоразмеров АИ, в том числе и из сверхтвердых материалов, отличающихся как по конструкции, так и по структурным характеристикам, но все же не всего необходимого для практики шлифования диапазона. Особенно это касается изготовления инструментов высоких номеров структуры, повышенной пористости, низких и высоких степеней твердости из-за отсутствия экологически чистой технологии, позволяющей с высокой степенью надежности получать инструмент с такими характеристиками.

Распространенность операций абразивной обработки, сложность и многообразие физических явлений, сопровождающих процесс шлифования, а также необходимость учета значительного количества внешних факторов, влияющих на его протекание, превращает задачу оптимального инструментально-режимного оснащения операций шлифования в крупную научную проблему, имеющую важное народно-хозяйственное значение, решение которой позволило бы значительно повысить эффективность финишной обработки.

Целью работы является повышение эффективности операций абразивной обработки путем создания теоретических основ расчета и проектирования оптимальной системы: «вид операции шлифования - характеристики АИ - параметры режима шлифования» и экологически чистых технологий надежного его получения.

Поставленная в работе цель достигнута в результате решения следующих задач.

1. Обоснования метода решения проблемы.

2. Определения логико-функциональных связей системы: технико-экономические требования к процессу обработки и технические требования к обработанной поверхности; условия реализации операции шлифования - характеристики АИ - процесс шлифования и их математического описания.

3. Создания методики проектирования оптимальной системы: вид операции шлифования - характеристики АИ - интенсивность съема припуска -параметры режима шлифования.

4. Разработки способов, обеспечивающих получение АИ всех необходимых в практике шлифования структурных характеристик и на их основе создания экологически чистых технологий его изготовления.

5. Исследования эксплуатационных показателей инструментов, изготовленных по новой технологии.

6. Внедрения результатов теоретико-экспериментальных исследований в промышленность.

Научная новизна работы состоит в разработке теоретических основ расчета и проектирования оптимальной системы: «вид операции абразивной обработки - характеристики АИ - интенсивность съема припуска — параметры режима шлифования», а также технологических параметров процесса изготовления АИ расчетных характеристик и содержит:

- математическое описание логико-функциональных связей системы: технико-экономические требования к процессу абразивной обработки и технические требования к обработанной поверхности - условия реализации операции шлифования - характеристики АИ - выходные показатели процесса;

- физико-механическую модель АИ как системы, состоящей из двух подсистем: матрицы и поверхностного (рабочего) слоя и математические модели связей этих подсистем;

- расчетные модели характеристик матрицы и ПС абразивного круга;

- математические выражения зависимостей между выходными показателями процесса шлифования и структурными характеристиками АИ;

- расчетную модель шероховатости обработанной поверхности, как результат кинематического взакмодеиствия Л11 с заготовкой,

систему математических моделей, описывающих технико-технологические ограничения на структурные характеристики АИ, производительность шлифования и параметры режима;

- комплекс теоретико-экспериментальных зависимостей физико- механических свойств керамической связки от химического и шихтового состава

системы: керамическая связка - наполнитель (ПСЧ - полые стеклянные частицы);

- новые технические решения, защищенные одним патентом и десятью авторскими свидетельствами, которые включают способы получения АИ, составы абразивных масс, а также метод определения эксплуатационных показателей АИ.

Методология и методы исследования. В качестве общей методологической основы использован системный подход, заключающийся в анализе операции шлифования как большой технической системы, одной из подсистем которой является АИ, установлении перечня параметров этой подсистемы, определении и математическом описании ее внутренних и внешних связей. Теоретические исследования проводились на базе фундаментальных разработок теории резания материалов и технологии машиностроения, теории шлифования материалов, теории хрупкого разрушения материалов, теории упаковок и физики спекания порошковых материалов, теории математического и физического моделирования с использованием методов вычислительной математики, теории вероятности и математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным и разработанным автором методикам в лабораторных и производственных условиях на современном оборудовании и оригинальных экспериментальных установках и стендах с применением математических методов планирования экспериментов и обработки их результатов. Широко использованы возможности современной компьютерной техники как для расчетов, так и для моделирования.

Практическая ценность. К результатам исследования, имеющим практическое значение, следует отнести:

- методику и алгоритм оптимального инструментально-режимного оснащения операции шлифования;

- методику компьютерного моделирования рельефа рабочей поверхности АИ и кинематики его взаимодействия с заготовкой;

- метод выбора оптимальной керамической связки и алгоритм расчета рецептур электрокорундовых и карбидно-кремниевых АИ, а также инструментов из СТМ на органических связках, метод контроля прочностных свойств готового АИ;

- способы и технологии, обеспечивающие получение АИ всего необходимого для практики шлифования спектра структурных характеристик с высокой степенью надежности и экологической чистоты (внедрены на четырех предприятиях, выпускающих АИ и инструмент из СТМ);

- технические условия (ТУ 3981-001-1103779-94) «Круги шлифовальные высокопористые» и технические условия (ТУ 2-036-0222227-24-89) «Круги шлифовальные для обработки деталей из сендаста и магнитных головок.

Реализация результатов работы. Новые технологии изготовления абразивных инструментов внедрены и используются для серийного выпуска АИ

-

на четырех предприятиях абразивной промышленности (ЧАПО

г.Челябинск, ПО «Абразивный комбинат» г. Запорожье, КАЗ п.В.Дуброво, Свердловской области, Внедренческая научно-производственная фирма «ЭКСИ», г.Курган). Методики и алгоритмы проектирования оптимального инструментально-режимного оснащения операций шлифования, а также АИ, изготовляемый по новым технологиям, прошли широкую апробацию в промышленных условиях, внедрены и постоянно используются в инструментальных производствах ПО: «Уралтрансмаш», г.Екатеринбург; «Ижмаш», г.Ижевск; УМПО, г.Уфа; «Курганмашзавод», г. Курган. АИ специальной структуры по ТУ 2-036-0222227-24-89 внедрены и поставляются взамен импортных на ПО «Весна» г.Запорожье, ПО «Точмаш» г.Новосибирск; по ТУ 3981-001-1103779-94 - на УМПО г.Уфа, а на ПО «Рыбинские моторы» г.Рыбинск и ПО «Пермские моторы» г.Пермь прошли промышленные испытания и приняты к внедрению на операции вышлифовки профиля замка турбинных лопаток.

Применение на абразивных предприятиях новых технологий позволило повысить качество выпускаемого АИ, расширить диапазон структурных его характеристик, снизить процент брака и улучшить экологическую обстановку в цехах обжига.

Машиностроительными предприятиями при использовании АИ оптимальных характеристик отмечено повышение производительности обработки до 500%, увеличение ресурса прошлифованных деталей. Теоретические основы проектирования и технологии изготовления АИ излагаются в базовой дисциплине «Алмазно-абразивная обработка» для студентов специальности 120200. Отдельные результаты исследований используются при выполнении курсовых и дипломных проектов. Общий годовой экономический эффект от промышленного внедрения наиболее значительных результатов работы составил более 2,0 млн. рублей.

Апробация работы. Основные положения и результаты доложены и обсуждены на научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе республиканских и международных: Оренбург - 1986, 1989, 1994; Курган - 1988,1990, 1991, 1999; Брянск, Набережные Челны, Харьков - 1990; Одесса - 1991, 1992; Ленинград, Пермь, Ижевск - 1991; Домбай - 1992; Москва, Евпатория - 1993; Магнитогорск, Рыбинск - 1994; Алушта - 1998; Волжский - 1998, 1999. Результаты работы экспонировались на выставках в Кургане, Магнитогорске, Екатеринбурге, Салехарде, Тюмени, Оренбурге.

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на объединенном научном семинаре кафедр «Металлорежущие станки и инструменты», «Технология машиностроения» Кх;рганского госукиверситета и совместном научном семинаре кафедр «Оборудование и инструмент компьютеризированного производства», «Технология, бизнес и компьютерное управление машиностроительного производства» Южно-Уральского госуниверситета.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 68 печатных работах, в т.ч. в описаниях к десяти авторским свидетельствам и одному патен-

ту. Во ВНТИЦ зарегистрировано пять отчетов о научно-исследовательских работах, выполненных по теме диссертации.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, одиннадцати глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы - 496 страниц, в т.ч. 283 страницы машинописного текста, 92 рисунка, 86 таблиц, 230 наименований литературы и 94 страницы приложений.

На защиту выносятся:

- системный методологический подход к проектированию оптимального инструментально-режимного оснащения операций шлифования;

- комплекс теоретических и экспериментальных исследований структурной и физико-механической модели АИ, базирующийся на фундаментальных разработках в области производства АИ, абразивной обработки и физики формования и спекания порошковых керамических масс;

- новый подход к моделированию рабочей поверхности АИ с учетом кинематики его взаимодействия с обрабатываемой заготовкой;

- теория проектирования оптимальной системы: «операция шлифования - характеристики АИ - интенсивность съема припуска - параметры режима шлифования»;

- теоретическое обоснование возможности получения АИ широкого спектра структурных характеристик с использованием ПСЧ в качестве наполнителя;

- новые экологически чистые способы и технологии изготовления АИ на керамических и органических связках, внедренные в промышленность и защищенные охранными документами НИИ ГПЭ;

- комплекс методик расчета и контроля технологических параметров и физико-механических и структурных характеристик готового АИ, обеспечивающих надежное получение АИ проектных параметров.

Содержание работы

Введение Обосновывается актуальность выбранной темы исследования и дается аннотация диссертации.

Состояние вопроса. Проблема. Цель и задачи исследования На основании анализа и обобщения научно-технической информации, практического опыта, накопленного промышленностью в области абразивной обработки, показано, что к настоящему времени предприятия отечественной абразивной промышленности и производства инструмента из сверхтвердых материалов могут изготовить инструмент по форме и типоразмерам практически всего необходимого диапазона из абразивного материала, на достаточно широкой гамме связок, практически любой зернистости, твердости, всех необходимых номеров структур, но не всегда с одинаковыми технологическими трудностями и себестоимостью. Особенно это характерно при получении инструментов высоких номеров структур, низких и высоких степеней твердости, технологии получения которых далеки от совершенства.

Однако использовать этот высокий потенциал на металлообрабатывающих предприятиях, в подавляющем большинстве случаев, не удается.

Объясняется это тем, что из всего разнообразия шлифинструмента потребитель выбирает инструмент для конкретных операций по рекомендациям, основанным на экспериментальных данных и практическом опыте, которые предваряются следующей оговоркой, полностью отражающей реальное состояние вопроса: "многообразие сочетаний физико-механических свойств и структур обрабатываемых материалов, а также условий шлифования не позволяет однозначно устанавливать оптимальную характеристику шлифовального круга и его абразивного материала. Ниже приводятся лишь общие рекомендации, основанные на практике"...

Далее рассматриваются причины такого положения дел. Во-первых отмечается, что рабочая поверхность реальных абразивных инструментов представляет собой неравномерно и разновысотно выступающие абразивные зерна. Причем характер расположения вершин зерен на рабочей поверхности сложен и зависит как от зернистости инструмента, так и от концентрации зерен в его объеме, а также от условий формирования этой поверхности: условий правки (режим, вид правящего инструмента, степень закрепления зерен связкой и др.) и эксплуатации (режим резания, свойства обрабатываемого материала, СОТС и пр.). Обзор работ А.К. Байкалова, Н.И.Богомолова, Г.В. Бо-гучавы, Д.Б.Ваксера, Н.Н.Васильева, Л.А.Глейзера, П.Е.Дьяченко, Д.Г.Евсеева, Г.М.Ипполитова, А.В.Королева, С.Н.Корчака, Г.Б.Лурье, Е.Н.Маслова, Ю.К.Новоселова, В.И.Островского, М.М.Палея, С.А.Попова, С.ГРедьо, А.Н.Резникова, Л.Н.Филимонова, П.И.Ящерицына, К.Ватанабэ, А.Окамуры, К.Сато, С.Мацуи и др. позволил сделать следующие заключения.

1. Хотя исследованию процесса абразивной обработки посвящено огромное число работ как у нас в стране, так и за рубежом, чрезмерная его сложность не позволила до сих пор сформировать единый взгляд ни на природу и ход физических явлений при шлифовании, ни на кинематику и динамику процесса взаимодействия АИ с заготовкой.

2.Выполненные работы слишком разнородны с методической точки зрения, а во многих из них исследуются лишь узкие вопросы, часто в отрыве от общего комплекса физических явлений, протекающих при шлифовании.

3.Решение задач оптимизации не только самого процесса, но и характеристик АИ базируется на математических моделях, в состав которых входят либо отдельные данные, либо целиком зависимости, полученные экспериментальным путем. Это ограничивает использование моделей рамками опыта.

4. Попытки комплексного аналитического решения задачи наиболее целесообразного инструментально-режимного оснащения операции шлифования также не увенчались сколь-ниоудь значительными успехами, хотя именно этот путь следует считать наиболее перспективным.

5.Вопросы проектирования как АИ, так и операции абразивной обработки в целом, носят рекомендательный характер, базируясь, в основном, лишь на частных экспериментальных зависимостях, и не увязываются с технологией его изготовления, а также с технико-технологическими требова-

ниями, предъявляемыми к детали.

6. Слабо проработаны вопросы описания функциональных связей структурных параметров АИ с характеристиками его ПС, выходными показателям процесса шлифования и технологическим обеспечением качества прошлифованных поверхностей.

7.Отсутствуют четкие критерии оптимизации, определяющие целесообразность применения АИ тех или иных характеристик на данной операции.

8.Не решена и задача рационального использования АИ заданных характеристик в условиях конкретной операции.

Отсюда следует, что решить проблему оптимального инструментально-режимного оснащения операций шлифования можно только имея научно-обоснованный и надежный алгоритм расчета и проектирования АИ с оптимальными для каждой конкретной операции характеристиками с учетом условий ее осуществления, разработанный на базе аналитических моделей строения структуры АИ и его взаимодействия с обрабатываемым материалом. Это позволило бы спроектировать инструмент не только нужной геометрической формы и конструкции, что возможно и сейчас, но и с требуемыми характеристиками зерна и связки, параметрами структуры.

Второй проблемой, стоящей на пути использования потребителями абразивного инструмента оптимальных характеристик, особенно структурных, является обеспечение возможностей его промышленного изготовления, т.е. создание надежной и экологически чистой технологии получения такого инструмента.

Объясняется это следующим.

1. Традиционные технологии изготовления АИ не позволяют получать инструмент всего необходимого для практики шлифования диапазона структурных характеристик, что является одной из главных причин, ограничивающих потенциальные возможности абразивной обработки.

2.К настоящему времени предложено много способов, на базе которых можно разработать технологические процессы изготовления АИ, расширяющие возможные пределы характеристик последнего. Однако реально внедрены в промышленность только технологии, использующие выгорающие наполнители, да и то недостаточно широко из-за того, что позволяют получать только крупнопористые круги, не вполне отвечающие идеальному строению их структуры, и характеризующиеся низкой экологической чистотой.

3.Наиболее обнадеживающие результаты следует ожидать от способов, использующих полые сферические частицы (ПСЧ) в качестве структурного элемента матрицы круга, хотя промышленные технологии получения на их базе еще необходимо разработать.

Учитывая изложенное, были сформулированы цель и задачи исследования.

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ Математическое описание взаимосвязей характеристики поверхностного слоя АИ - структурные параметры его матрицы

В приведенном обзоре научно-технической информации показано, что абразивный инструмент, в частности, шлифовальный круг, является органической частью структуры шлифовальной операции и, в свою очередь, может рассматриваться как система, состоящая из двух подсистем: матрицы и поверхностного слоя (ПС). При этом характеристики ПС зависят от свойств матрицы и определяют режущую способность инструмента и выходные показатели процесса (температурно-силовой режим, качество обработанной поверхности).

При такой постановке, для математического описания взаимосвязей между перечисленными показателями процесса шлифования и свойствами матрицы, необходимо выполнить следующие этапы.

1. Определить элементы строения матрицы и их параметры и выразить последние через нормируемые ГОСТ характеристики структуры абразивного инструмента.

2. Установить перечень рабочих характеристик ПС, т.е. тех, от которых зависит ход процесса шлифования и выразить математически связи каждой из них, со структурными параметрами матрицы и выходными показателями процесса шлифования.

3. Приравняв первые выражения характеристик ПС ко вторым и решив эти уравнения относительно нормируемых ГОСТ параметров структуры инструмента, получить матмодели, описывающие взаимосвязи последних с показателями процесса шлифования с учетом его кинематики.

Смысл данной задачи заключается в том, чтобы, используя в качестве входных данных заданные чертежом детали точностные и качественные характеристики ее шлифованных поверхностей, а также уровень производительности обработки резанием, которую требуется обеспечить на данной операции, расчетным путем получить оптимальные значения идентификационных характеристик абразивного инструмента, т.е. тех, которые могут и должны быть проконтролированы в соответствии с действующими ГОСТами.

Следуя этому алгоритму, матрица шлифовального круга представлена как совокупность дисперсных частиц (абразивных зерен) неправильной формы, скрепленных между собой в единое целое и характеризуется: объемными долями абразивных зерен - К,, связки - Кт, пор - /<"„, с ограничением

Т/ Л-У А-ТГ ~ 1 ТТ -Т1 ].' V"! "1ГТГ1"Г'Г <Т 11ТЧ.-Г Т * < Т» ГЛ">;VIIТ '! 1'ТЛ; и » / / Т1 поп г! ] il-.fi 'Пгл \ 1

'Ч 1 А 41 * иьхжи*.!* t~.ll! »»и^ «Ц. ^ —

экспериментально показано, что все зерна контактируют между собой, а число этих контактов, Мк - координационное число, зависит от /Г3 следующим образом:

Мк=1,1КгОЛ35. (1)

Учитывая также, что наиболее и равновероятными являются контакты типа

и

«конус-плоскость», «нож-плоскость» «конус-конус» и «нож-нож», получено следующее выражение для расчета диаметра мостика связки йсе:

¿„=0,62-4, ,Д35)Ш (2)

Принятая модель строения матрицы предполагает равенство числа пор и зерен. Для такой модели справедливо соотношение:

с!М = (№,)"3 (3)

За характеристики ПС приняты: размер, форма и материал зерна, отвечающие за его прочность (разрушающую нагрузку Рр); геометрические параметры вершин зерен, определяющие форму поперечного сечения среза и геометрию зоны стружкообразования; прочность удержания Руд зерна на рабочей поверхности инструмента; среднестатистический объем поверхностной поры; число активных зерен в рабочем слое, зависящее от концентрации зерен и закона распределения их в ПС. Такой перечень получен, исходя из следующего.

Интенсивность съема О припуска будет зависеть как от числа С„ активных зерен, проходящих зону резания в единицу времени, так и от того, какой среднестатистический объем металла Уср снимает каждое из них, т.е.:

О-КрСа. (4)

Для того, чтобы зерно могло срезать стружку, нагрузка на него от силы резания Р. должна быть меньше его собственной разрушающей нагрузки Рр, а также силы удержания Руд этого зерна связкой на рабочей поверхности инструмента, т.е. необходимо, чтобы выполнялось условие:

Р<Ру.><1'Р. (5)

При этом ход процесса будет нормальным (без «засаливания»), если объем Уш поверхностной поры (межзернового пространства) будет достаточным для обеспечения свободного размещения срезаемой зерном стружки, продуктов износа, СОЖ и т.д. во время прохождения зерном зоны контакта, и такого же их удаления во время холостого пробега.

Размеры абразивных зерен и геометрические параметры их вершин приняты следующими:

средневероятный поперечный размер в соответствии с формулой А.Н.Резникова:

Ь(пКГЧ [мм], (6)

где Ы- номер зернистости по ГОСТ 3647-80.

Тогда кинематический угол при вершине 2у зерна идеализированной формы в виде эллипсоида вращения, а значит, и передний угол у, с учетом степени его заглубления аг в обрабатываемый материал и износа й3 может быть рассчитан по выражению:

Г=-75[1-0,9(/ь/г>о)]1/2. (7)

Прочность абразивного зерна характеризуется величиной нагрузки, приводящей к его разрушению Рр, зависит от его размеров и однородности его материала, т.е. от распределения дефектов и размеров последних в объеме зерна:

PP=Pp0-{dJd2 о)

2(m,-l)

(8)

где Рро - известная разрушающая нагрузка зерна какого-либо размера с/30, а т3 - показатель однородности материала зерен. Значения Рро, й30 и т, для зерен из различных абразивных материалов приведены в таблице I.

63С 54С 14А 15А 24А 25А 91А

d*, мм 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25

Рро, н 68.6 75.5 96.0 100.9 95.1 70.0 174

т3 1.54 1.7 2.5 2.5 2.8 2.0 5.0

Для расчета прочности удержания зерен на рабочей поверхности круга получена следующая формула:

\0,6

Р,

уд

хК.

Ит„

■d,

1т€,

(9)

-1,235 jO т„

■К,

1

СвОта

исходя из того, что зерно при выходе на рабочую поверхность теряет в среднем половину мостиков, приходящихся на него в матрице (доказано экспериментом), а связка является хрупким телом и ее прочность имеет статистическую природу, т.е. зависит от однородности материала связки (тсв), ее нагруженного объема. В формуле (9) d3a, Кт, Кст - характеристики круга, для которого известна аро, аврИ асж - прочность связки при растяжении и сжатии соответственно. Сравнение расчетных данных с данными, полученными экспериментально Ж.Пеклеником, Якимовым A.B., Кудряшовым Б.П., показало, что данная формула позволяет получить наиболее близкие к реальным значения Руд.

Для экспериментального определения характера распределения и количества вершин зерен в рабочем слое абразивного круга была разработана методика, основанная на фиксации следов оставляемых зернами вращающегося с рабочей скоростью круга на обрабатываемом материале и дальнейшей их статистической обработкой. Реализация данной методики была осуществлена на специальной установке (рисунок 1). На стол плоскошлифовального станка модели устанавливалась конструкция, состоящая из металлической ленты из стали У8, натянутой между ведущим и ведомым шкивами. Верхний пролет ленты опирался на опорную поверхность. В ходе эксперимента лента приводилась в движение навстречу вращению круга с помощью электродвигателя постоянного тока, обеспечивающего плавное регулирование скорости движения ленты vn. Скорость ленты подбиралась таким образом, чтобы исключалось перекрытие вершин режущих зерен друг другом в процессе соприкосновения их с лентой, а относительная скорость круга и ленты соответствовала бы реальной скорости шлифования. После однократного соприкос-

Рисунок 1 - Схема установки для определения закона распределения зерен на рабочей поверхности АИ а) и следов вершин режущих зерен на ленте б)

новения ленты с кругом эксперимент прекращался. Затем измерялись длины следов, оставленные на ленте зернами, и рассчитывались их глубины с учетом кинематики взаимодействия круга и ленты. В результате обработки экспериментальных данных получен закон изменения плотности С вершин зерен по глубине И рабочего слоя:

8,26 ЛО9-К0/67

С =-

dl

(10)

Формула для расчета объема среднестатистической поверхностной поры:

Кпп=Г3(2Кп/^з+1)- (И)

получена из условия, что средняя концентрация зерен в ПС равна половине их концентрации /<", в матрице, а число зерен и пор в ПС равны.

Математические модели связей характеристики ПС -показатели процесса шлифования - параметры структуры матрицы

Вывод математических зависимостей для расчета значений характеристик ПС абразивного инструмента, обеспечивающих требуемые условия протекания процесса шлифования, базируются на следующих допущениях.

Во-первых, считается, что предварительно определен уровень удельной производительности резания Оуд,

0wf=V, (12)

где уд - скорость детали; t - глубина шлифования,

т.е. интенсивность съема обрабатываемого материала единицей высоты круга, и известны требования к шероховатости обработанной поверхности (Rz или За характеристику физико-механических свойств обрабатываемого материала принята удельная работа шлифования Ауд - работа, затрачиваемая зерном на удаление единицы площади поперечного сечения среза SLp:

Ayn=Pz/Scp, (13)

где Рг - тангенциальная составляющая силы резания на зерне.

Во-вторых, подразумевается, что круг должен работать в режиме экономного самозатачивания, суть которого в том, что при достижении зерном критической степени затупления, оно должно быть удалено с рабочей поверхности или разрушено под действием возросшей силы резания Р на зерне во избежание чрезмерной термо-силовой напряженности процесса. Этим гарантируется отсутствие дефектов в поверхностных слоях обработанной детали.

В таком случае, минимально необходимое число режущих зерен на рабочей поверхности АИ, обеспечивающее заданный уровень производительности О уд-Уд - Г шлифования определится из выражения:

СрзПип = ^д-//(у1ф-[Кср]), (14)

где [Кср] = 1/2-[5ср]-1к- (15)

- допустимый объем среза, определяемый как половина произведения допустимой [5ср] площади поперечного сечения среза на его длину, равную длине дуги контакта ¿к круга с заготовкой.

Здесь [5^]= аг ■ [/;,] - площадь среза, при которой сила резания Р при критическом значении площадки износа зерен [А,] сравняется с силой удержания Руд зерна связкой, либо с его разрушающей нагрузкой Рр, т.е. наступит ситуация, при которой будет иметь место условие:

Р=РУд или Я=/>р. (16)

В соответствии с (13), можно записать также, что:

[5сР]=/У(КЧд)> (17)

где IР2)2 +1; Рху - радиальная составляющая силы резания на зерне.

Подставив (17) в (15), а (15) в (14), получим выражение для подсчета необходимого числа режущих зерен Срз в рабочем слое круга единичной площади, обеспечивающее заданный уровень производительности при бездефектном поверхностном слое с учетом физико-механических характеристик обрабатываемого материала:

" (18)

Р,

при ограничении по прочности зерна и

при ограничении по прочности удержания зерна связкой.

С другой стороны, очевидно, что глубина рабочего слоя не может быть большей, чем максимальная толщина среза аг„их одним зерном, т.е. /грс^а* тах, которую можно рассчитать по формуле:

шах= V = 7>46 '1(Г' ' * К„еР°ЛХ0Л6 ■ ■ ЬК)УМ (20)

Подставив значение Ъ^ из (20) в формулу (10), будем иметь выражение, связывающее фактическое число активных зерен в рабочем слое единичной площади, параметры режима шлифования и зоны контакта, структурные ха-

рактеристики круга:

Ср,=3 -107 ■ К,037* ■ Кпер ■ (vá -t)l{d?G ■ vKp -LK). (21)

Приравняв правую часть (21) поочередно к правым частям уравнений (18) и (19) и решив их относительно Кг с учетом того, что Kncp=CpJC, получаем выражение для расчета необходимой объемной доли зерен в матрице круга для обеспечения заданного уровня производительности бездефектного шлифования в конкретных условиях при ограничениях по прочности зерен или/и по прочности их удержания связкой:

К,>[6.г\0-&-КАуа^°'6/Рр(Рул)]}. (22)

Расчет минимально необходимого объема поверхностной поры, размера матричных пор и их объемной доли в круге

Минимально необходимый объем поверхностной поры должен быть таким, чтобы срезанная зерном стружка могла свободно (без заклинивания) разместиться в ней во время прохождения зоны контакта. Это дает возможность стружке во время свободного пробега зерна легко удаляться из поры, освобождая место для следующей и исключить тем самым постепенное заполнение поверхностных пор, т.е. "засаливания" рабочей поверхности инструмента.

Ввиду того, что реальная стружка не имеет определенной формы и не весь объем межзернового пространства может быть эффективно заполнен, то естественно предположить, что объем этого пространства должен значительно превосходить объем единичного среза. Назовем отношение объема стружки Кср к объему поверхностной поры Vm коэффициентом заполнения Кг,т поры, т.е.

Уш min ¡VKan], (23)

где [/<¡31,3=0,11+0,16 - предельная степень заполнения поры, после которой описанные условия размещения и эвакуации стружки перестают выполняться (определяется экспериментально). Подставив в эту формулу вместо Vcp его допустимое значение, которое, в соответствии с (15) и (17), равно:

[V^S-P^-LJK-Ay д, (24)

получим выражение для расчета минимально необходимого объема межзернового пространства на рабочей поверхности круга, исходя из условий реализации конкретной операции шлифования: Vrn rmn~0,5 • Ркр

-UKK-AjAK*п]). (25)

Если сюда вместо Рщ> подставить значения Ру:1 или Рр, то получим ограничение минимального объема поры по условию прочности удержания зерен на рабочей поверхности круга или их собственной прочности:

^л>0,5 -¿д • Рр (РУД)/(К-АУЯ-[Кт]). (26)

Минимально необходимое объемное содержание пор в матрице круга получим, приравняв правые части выражений (26) и (11) и решив полученное уравнение относительно Кп •

Аг,г ^0.5-Ш -Ъ-РАРуЖК-АуАЫ^УЦ. (27)

Расчетная модель объемного содержания связки в матрице круга:

K^lo^-df ■ Kacf), (28)

•>0 Р о J0 Q

получена после замены в формуле (9) Руд на значение критической силы резания Р,ср и решения этого уравнения относительно Ксв. При этом принято для керамической связки c^Jo^-l, a mai=5. Математической моделью (28) можно воспользоваться, если уже установлены, хотя бы ориентировочно, значения К„ с/3 и Р%р, удовлетворяющие требуемым условиям протекания процесса шлифования. Л"ч можно получить по формуле (22). Для предварительного расчета d, предложены следующие выражения:

d3 = 7,7-1СГ4-Яаи7 [м] для Ra =(0,075-^0,4) мкм, (29) йъ = 2,4-10^-Яй0,455[м] для Ра =(0,4-5,0) мкм, (30)

Критическая сила резания 1\р на зерне рассчитывается по уточненным формулам, учитывающим, что: зерно осуществляет несвободное резание по схеме стружкообразования с единственной криволинейной плоскостью сдвига; режущая кромка зерна имеет радиус округления р, соизмеримый с толщиной среза аг; физико-механические характеристики обрабатываемого материала (ОМ) зависят от температуры и скорости деформации. Так, например, формула для расчета составляющей силы резания имеет вид:

РгНСгл ■ аг+Сл) • Л3+ Сп1 • а22 ■ tgy (31)

PjiHQa ■ аг+Сл) ■ Л,-V2 + Сл • ■ tgу (32)

Р.^(Ргх+РггУ2, (33)

где СП1=Тд -(s+1); Сл= 1.5-тд-е-р + ц'-ауф, + р); 0,2=0,1 -Сх; С3 2 ~ 1.5-Тд-е-р • Сх+ Сы • л/2/2; С\ - коэффициент, учитывающий влияние наклона режущей кромки; е - относительный сдвиг; as - предел текучести ОМ; - коэффициент сухого трения.

Точность выведенных уравнений для расчета силы резания на абразивном зерне подтверждена экспериментально.

Таким образом, полученные зависимости позволяют с достаточной для практики шлифования точностью рассчитывать силы резания на единичном зерне. Задача состоит лишь в том, чтобы иметь возможность определять расчетным путем кинематические параметры среза — его толщину аг и площадь поперечного сечения Sep.

Экспериментальное определение параметров кинематического взаимодействия ПС АИ с обрабатываемой поверхностью заготовки

С этой целью была разработана методика компьютерного моделирования рельефа рабочей поверхности АИ и кинематики его взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. Сначала с учетом полученного закона распределения зерен в ПС моделировалась методом Монте-Карло рабочая поверхность круга, а затем кинематика ее взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. В результате проведенного эксперимента получено выраже-

ние для расчета средней площади единичного среза в виде:

Sep = 2,2-ю4

arctg

■d]lK^\[ мкм2]

0.67

где £>э = £>кр((с/ ±Окр)/с/) - эквивалентный диаметр круга и детали.

С помощью компьютерной модели оказалось возможным получать также графические изображения сечений реплик микропрофиля обработанной поверхности (рисунок 2) кругом различных структурных характеристик и на различных режимах шлифования. Статистическая обработка результатов измерения соответствующих геометрических параметров микропрофиля дала возможность получить следующую расчетную модель параметра шероховатости На для однократной встречи рабочей поверхности круга с заготовкой, например, при врезном шлифовании:

Rar

■ 34,6-t/j'83 -к:

(35)

Л

mU

v ■• Ч -

А.

3,0мм

I Л

Рисунок 2- Профиль поперечного сечения обработанной поверхности детали

В случае шлифования с подачей Sx вдоль образующей круга данное значение умножается на коэффициент предложенный E.H. Масловым. Здесь

В - высота калибрующей части круга.

Поскольку в этой схеме окончательный уровень шероховатости формируется зачищающей (калибрующей) частью круга, где припуск становится меньше параметра Rz условного профиля круга, то при расчете уровня шероховатости необходимо учесть часть высоты микронеровностей, сформированных за счет навалов, как это рекомендовано Л.Н. Филимоновым. После необходимых преобразований окончательно получено следующее выражение:

Ка^Ка^+к^е^-С^^), (36)

где /г„=5,4 ■Яа„ш0,75 -р"15; р - радиус закругления вершины зерна; вно - \-НУм/1220, НУМ - твердость обрабатываемого материала; С„ - коэффициент пропорциональности, зависящий от марки стали (для стали 45 С„=0,0025). Экспериментальная проверка данной матмодели показала, что она дает удовлетворительно близкие к практике результаты.

Методика оптимального проектирования абразивного инструмента

по заданным условиям реализации шлифовальной операции

В общем случае задачи оптимизации при проектировании АИ можно свести к следующим трем:

а) нахождение характеристик инструмента, обеспечивающих производительность резания, соответствующую минимуму себестоимости обработки.

б) проектирование АИ, обеспечивающего уровень производительности резания, соответствующий минимуму штучного времени операции.

в) определение характеристик АИ, гарантирующих минимальную себестоимость обработки при условии, что производительность шлифования заранее предопределена.

Однако в работе показано, что при обеспечении условий работы круга в режиме "экономного самозатачивания" минимум себестоимости шлифовальной операции будет соответствовать максимуму ее производительности. В этом случае стойкость круга будет бесконечна, затрат на правку и связанных с ней расходов на АИ не будет и формула, предложенная Л. Н. Филимоновым, выражающая себестоимость С' съема единичного объема ОМ как функция стойкости Т круга и интенсивности съема припуска примет вид:

С'=С,жс/О+к-С\-0т-], (37)

где Сзм.с.- тарифная ставка рабочего с учетом накладных расходов; к - стоимость единицы объема круга; С<, и т - постоянные, определяемые экспериментально.

Выбор же характеристик АИ, обеспечивающих режим "экономного самозатачивания", будет результатом решения всех трех оптимизационных задач. Так как кроме ограничений экономического (себестоимость) и организационно-технического (штучное время операции) характера при нахождении экстремума целевой функции должны учитываться и технологические, накладываемые техническими требованиями к детали, техническими характеристиками станка, возможностью получения АИ расчетных характеристик, то были разработаны математические модели этих ограничений в следующем виде:

Ограничения на параметры структуры круга

а) по шероховатости:

"э (Иа пмх] — шах > (38)

где А и р - постоянные соответствующей модели.

б) по прижогам:

(6,7-10 - К- /}уд ■ с!-,/ /'(фЦ,,)) , ' Ь.-Р

Кп>0,5-Кг

яр(Ь|

где А = 0,53 • о-ро

Рщ^кк- Ау я-[ к.ап\у 43)1'3, к^гл^-р^к^/ф-А,

зО • Ага0 [см. формулу (9)].

(39) (39а)

(396) (39в)

2,13 Л 1,3 ту 0,<13 • и-зО • АI

в) по точности:

(о,9.107 • я, • <5, ■ ]та ■ а? /(К■ Ауд ■ 1К ■ • [Л,]2))',

К„>0,5

0,6■ау-Зя-•

[Л,]2

--1

/

V'3

-1

(40) (40а)

(406) (40в)

Здесь Зя - допуск на лимитирующей параметр точности; jmin - минимальная жесткость стыка инструмент - деталь; ау - часть допуска <£,, отводимая на компенсацию погрешностей, вызванных упругими перемещениями системы СПИД.

г) по техническим характеристикам станка (мощности приводов круга и детали):

1,2-1 (Г2 -а -ёл-]^<13-КТ /(4

ЯЛ>!

/С>0,5 •/<-.,•

с/п>0,8-^

/

чШ

-1

д) по прочности круга:

гт„

-1

т.

•К" Т^Г-К

(41) (41а)

(416) (41в)

(42)

е) по практически возможным границам изменения параметров структуры круга

0,125 < К3 5 0,62; 0,005 <КСВ< 0,8; 0,01^^0,8 (43)

размер зерна с!-, должен находиться в пределах диапазона зернистостей шлифматериалов: для зерен из электрокорундовых и карбидкремниевых материалов (ГОСТ 3647-80) 0,01 < </3 < 2,0; (43а) для зерен из сверхтвердых материалов (ГОСТ 9206-81 и ОСТ-МТ79-2-75)

0,0001 < <4< 0,63; (436)

(43в)

с1п=Ъ(Кп/К3)ш. (43г)

Ограничения на производительность:

а) по прижогам-

уд-/<0,85-10■[/,,]); (44)

б)по точности-

уд/ < 0,85-Ю"3- а21Л, • УКР-/,Д </,^-[/г,]); (45)

в)по мощности-

(уд-/)н<0,85-10"3-афу]-у)ср /(¿г0'" •[/*,]). (46)

Офаничения на параметры режима шлифования:

- на скорость детали удпо шероховатости обработанной поверхности:

• Уд< 2,7-10 5-([/д)3 -К^- • А0-5 -б?;2'5 .б*1-13^; (47)

- на поперечную подачу 5Х

а) по точности -

5Х<0,6 -ау-дл- 7шш • </л4 /(/?„ • К30Ш ■Ьк-[к3]2)- (48)

б) по мощности приводов детали и круга -

5^0,6 • К ■ [Р2 ],, - й* /{К30Ш • [РЬ- ■ Ьк ■ [И3]2); (49)

в) по высоте круга-

БХ<В. (50)

На основе комплекса ограничений разработаны алгоритмы и программы для расчета: а) оптимальных характеристик АИ при заданном уровне производительности шлифования; б) оптимального уровня производительности для круга с заданными характеристиками; в) характеристик АИ и параметров режимов, обеспечивающих максимум производительности операции шлифования.

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ И АЛМАЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Одной го основных задач при разработке способов и технологий изготовления абразивных инструментов является обеспечение надежного, экологически чистого и экономически целесообразного получения заданных при его проектировании структурных характеристик (/<"ъ /Гсв, Кп, с1ъ с(а) на всем, необходимом для практики шлифования, диапазоне их варьирования.

Как показано в обзоре, наиболее перспективными способами, использование которых может привести к успешному решению такой задачи, являются способы, где в качестве структурного элемента применяют ПСЧ, вы-

полюющие роль физического эквивалента поры и опоры для абразивных зерен. Меняя соотношения размеров ПСЧ и зерен, объемных долей между ними, выдерживая необходимое количество связки, можно уже на стадии формования инструментов получить требуемые параметры структуры АИ и сохранить их во время его термообработки (обжига, поликонденсации, сушки и др.). Предварительный опыт работы со смесями такого состава показал также, что ПСЧ существенно улучшают подвижность массы, что сокращает время приготовления смеси на стадии смешивания и уменьшает усилие прессования на стадии формования.

Однако для того, чтобы на базе этих способов разработать промышленные технологии, необходимо решить ряд задач, а именно:

1. Изучить закономерности формирования структуры АИ с ПСЧ.

2. Подобрать оптимальный материал ПСЧ как наполнителя для АИ на наиболее распространенных типах связки (органической, керамической).

3. Исследовать физико-химические и механические свойства абразивных композиций, полученных с использованием ПСЧ из оптимального материала.

4. Разработать методику расчета рецептур абразивных инструментов и контроля характеристик готового АИ.

Исследование поведения порошковой системы абразивные зерна -связка - наполнитель на различных стадиях получения абразивного инструмента и выбор материала ПСЧ

На первом этапе изучались закономерности поведения системы абразивные зерна - ПСЧ при формовании с целью научиться получать требуемые структуры АИ, обеспечивая выполнение ограничения по возможной степени заполнения объема смесью абразивные зерна - ПСЧ с заданными при проектировании соотношениями их размеров и объемных долей.

Анализ ранее выполненных работ (Витязя П.Л., Гегузина Я.Е., Красу-лина Ю.Л., Попильского В.Я., Кенига В., Шмелева Л.А. и др.) по усовершенствованию техпроцессов получения изделий из порошковых материалов (конструкционной керамики, огнеупоров, полимербетонов, и т.п.), куда следует отнести и получение АИ, показал, что их результаты в части исследования закономерностей заполнения объемов дисперсными материалами различного гранулометрического состава носят, как правило, прикладной характер и основаны на экспериментальных данных по конкретным материалам, и потому не могли быть непосредственно использованы в данной работе.

Поэтому был спланирован и осуществлен эксперимент по отысканию объема ПСЧ с определенными размерами, достаточного для создания устойчивого каркаса из абразивных зерен (АЗ) с заданной их объемной долей. За факторы модели были приняты соотношения объемов и средневероятных размеров ПСЧ и АЗ, а в качестве функции отклика - коэффициент заполнения объема смесью Кш. В результате получено, что:

/7И( =0,50+0,054(0,92+К)+0,02(1+со5(1бЗ.^)+0,07(1+соз(1-^)>соз(55.И), (51)

На базе данной формулы построена номограмма (рисунок 3) и разработана программа для определения минимально необходимого объемного содержания наполнителя К„.

Рисунок 3 - Номограмма для определения минимально необходимой объемной доли наполнителя К„ в круге

Далее проанализированы все виды полых микросфер, выпускаемых отечественной промышленностью с точки зрения применимости их в качестве наполнителя при изготовлении АИ. Показано, что наиболее подходящими для этой цели являются боросиликатные и силикатные ПСЧ, т.к. их материал состоит из тех же химических элементов, что и компоненты керамических связок, а огнеупорность - ниже огнеупорности последних. Такие ПСЧ в виде искусственной поры обеспечивают формирование необходимой структуры АИ на стадии его формирования и на начальных стадиях термообработки, а в готовом инструменте исчезают, входя в состав керамической связки с минимальным дефектом для сформированной структуры и физико-механических свойств связки и круга в целом. Данный вид наполнителя оказался перспективным и при изготовлении инструментов из СТМ повышенной пористости. С учетом этого, предложен ряд способов и абразивных масс (защищены девятью авторскими свидетельствами и одним патентом) для получения АИ всего необходимого для практики шлифования диапазона структурных характеристик.

В целях обеспечения направленного изменения структуры и физико-механических свойств АИ осуществлен комплекс экспериментально- теоретических исследований по изучению влияния силикатных ПСЧ как на технологические свойства связки, так и на прочностные характеристики абразивной композиции.

В качестве основных технологических свойств керамической связки системы «огнеупорная глина (каолин) — полевой шпат - борная фритта - наполнитель» были выбраны огнеупорность и растекаемость. Исследовалась

четырехкомпонентная система: огнеупорная глина (каолин) (30+70%)- полевой шпат (10+50%)- борная фритта (0+40%)- наполнитель (ПСЧ боросили-катные) (20+60%) с использованием симплекс-решетчатого планирования эксперимента (таблица 2).

Таблица 2 — Матрица планирования и результаты эксперимента

№ точки плана Номер полученного значения в опыте Мнимые координаты Усредненные экспериментальные данные

Наполнитель х, Каолин х2 Полевой шпат Х3 Борная фритта Х4 Огнеупорность Г,"С Расте-каемость О, %

1 У, 1 0 0 0 1170 119,7

2 У2 0 1 0 0 1470 84,6

3 Уз 0 0 1 0 1265 95,4

4 У4 0 0 0 1 1170 178,3

5 У,2 0,5 0,5 0 0 1380 91,6

6 Уп 0,5 0 0,5 0 1300 107,8

7 У14 0,5 0 0 0,5 1200 149,1

8 У23 0 0,5 0,5 0 1400 85,2

9 У24 0 0,5 0 0,5 1310 89,2

10 У34 0 0 0,5 0,5 1200 104,0

11 У123 0,33 0,33 0,33 0 1365 89,0

12 У134 0,33 0 0,33 0,33 1220 123,0

13 У.24 0,33 0,33 0 0,33 1250 92,3

14 У234 0 0,33 0,33 0,33 1290 90,7

15 У1234 0,25 0,25 0,25 0,25 1300 93,8

16 Ук 0,20 0,20 0,40 0,20 1300 92,4

17 Уп 0,40 0,20 0,20 0,20 1305 93,4

В результате получены регрессионные уравнения в виде неполных кубических полиномов, позволяющих, при любом реальном объеме ПСЧ, найти шихтовые составы связки огнеупорностью 7'0Ш и растекаемостыо О всех необходимых для практики спекания АИ значений (110()оС<7М1,<1400оС и 85%< <3<150%) с возможностью их корректировки в зависимости от химсостава компонентов:

7,огн=1170Х,+1470Х2+1265Хз+1170Х4+240Х1Х2+330Х1Хз+120Х1 Х4+130Х2Х3--40X2X4-70X3X4-390X1X2X3-375X2X1 Х4 -645Х1Х3Х4-15ООХ1Х2Х4+ + 8280Х,Х2ХзХ4, С], (51)

О =119,7Х,+84,бХг+95,4Хз+188,ЗХ4-42,2Х,Х2+ Х,Х3 +0,4X1X4--19,2Х2Хз-169Х2Х4-131,4X3X4-113,5Х1Х2Хз+183Х2Х3Х4+170,4Х,Х3Х4--318,9Х 1X2X4-496,8X1X2X3X4. (52)

В основу исследований прочностных характеристик абразивных ком-

позиций положена идеализированная модель хрупкого разрушения Гриф-фитца-Ирвина, согласно которой критическое напряжение СТ, соответствующее возникновению неустойчивой трещины, равно:

а=д/4 гЕ/{яс), (53)

где Е - модуль упругости материала; у - энергия разрушения; с - размер трещины.

Отсюда следует, что максимальную прочность будет иметь композиция с минимальным размером дефекта (трещины), величина которого, в общем случае, зависит от параметров композиционного материала: размера частиц дисперсной фазы, объемного ее содержания, степени связи по поверхностям раздела, отношения модулей упругости и различия в термической деформации фаз. В случае, когда размер, материал зерен и их объемная доля заданы, получить структуру минимальной дефектности можно изменением шихтового состава связки. Следует ожидать также, что такая структура из-за максимального сближения коэффициентов линейного расширения материалов зерен и связки даст минимальную усадку абразивного круга при обжиге.

Для исследования влияния шихтового состава (каолин, полевой шпат,

борная фритта, наполнитель) связки на Е, у, СГ реализован четырех компонентный план на симплексе для неполного кубического полинома (таблица 2). Результаты эксперимента приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Физико-механические характеристики керамических композиций

Номер рецепта Усредненные значения физико-механических показателей

£,ГПа у.; Дж/м2 а,„ МПа с, мкм

1 42,85 0,603 35,21 26,54

2 18,24 0,179 10,17 40,19

3 38,18 0,536 31,89 25,51

4 40,90 0,603 . 38,10 21,63

5 32,53 0,359 25,46 22,95

6 41,91 0,579 36,54 23,16

7 46,09 0,713 37,97 29,02

8 34,54 0,361 20,10 39,31

9 34,16 0,380 25,15 26,16

10 42,88 0,536 34,45 24,67

11 38,46 0,359 27,47 93 32

12 41,91 0.622 34,76 27,50

13 38,81 0,497 28,53 30,17

14 36,15 0,418 26,98 26,46

15 35,91 0,466 29,53 24,43

16 39,39 0,521 30,37 28,33

По рецепту каждой точки плана изготавливались бруски на зерне 24 А 16Н, с

постоянным объемным содержанием зерна и связки (Кг=0,5; А"св=0,07). Такие условия позволяют получить образцы без усадки не зависимо от шихтового состава связки.

Для определения у использовался пескоструйный метод испытания шлифовальных кругов на твердость (ГОСТ 18118-79). Использование этого метода возможно потому, что в каждом испытании имеем постоянную энергию (фиксированную дозу кварцевого песка при постоянном давлении), "закачиваемую" в процесс, а в зависимости от физико-механического состояния тела - разную величину лунки, то есть разную поверхность. Переход от глубины лунки к удельной работе, затрачиваемой на образование новой поверхности, осуществлялся по выражению:

у = А/АБ(Нд) , (54)

где А - работа, затрачиваемая пескоструйным аппаратом на образование новой поверхности; Д5(Яд) - разность площадей абразивных композиций до и после испытания.

В результате измерения слепков лунок получены формулы для вычисления изменения площади боковой поверхности лунки Л^Нд) в зависимости от ее глубины.

= 0,1,.. Н

ЩН ) =

1=0

'д

J

(55)

(27 + /)

где Нд - действительная глубина лунки; Бо- начальная площадь испытываемого образца. Работа А пескоструйного аппарата на образование новой поверхности определялась путем испытания материала с известной величиной удельной энергии (кварцевое стекло с у=10~3Дж/см2). В результате получили А=2,304-10"3 Дж, с учетом этого выражение (54) приняло вид:

у=2,304-10"3/45(Яд) . (56)

Для экспериментального определения модуля упругости композиции использовался акустический метод определения твердости на приборе "Звук-107". Модуль упругости вычислялся по формуле:

Е= /2 ■ Ь-т/(0,25-а-Ь), (57)

где Г - резонансная частота; ш - масса бруска; а, Ь, Ь - размеры бруска.

Прочность абразивной композиции определялась при испытании бруска по схеме четырехточечного изгиба. Предел прочности композиции рассчитывался по следующему выражению:

сги=3-Р-1/(а-62), (58)

где Р - усилие, при котором происходит разрушение; / - расстояние между верхними и нижними опорами бруска (плечо нагружения).

Определив значение удельной работы у, модуля упругости Е, прочности о; далее переходили к расчету эквивалентного дефекта с, инициирующего разрушение в композиции. После математической обработки результатов вычислены коэффициенты и записаны регрессионные уравнения

для у>Е,аи с.

Внесенный дефект, являясь инициатором разрушения, под действием силы резания, при достижении ее критической величины, увеличивается со скоростью, пропорциональной модулю упругости. Чем больше модуль упругости, тем выше скорость распространения дефекта в мостике связки, тем раньше зерно, закрепленное этим мостиком, удалится с поверхности инструмента. Из этого следует, что при выборе шихтового состава необходимо назначать рецепт не только с минимальным дефектом, вносимом при изготовлении инструмента, но и с минимальным модулем упругости, что достигается совместным решением регрессионных уравнений для Е и с или определяется графически на симплексе по пересечению линий с минимальными их значениями (рисунок 4, знак «•»).

Рисунок 4 - Линии равного значения эквивалентного дефекта и модуля упругости для 25% наполнителя

После этого предстояло разработать методику расчета рецептур АИ на связке оптимального состава по известным значениям параметров его структуры, а также методики контроля соответствия полученных структурных и физико-механических характеристик АИ рецептурно заданным.

Х( (б.фритта)

-эквивалентный дефект;

модуль упругости

Методика расчета рецептур и контроля прочностных характеристик АИ на керамической связке

В качестве исходных данных служат рассчитанные на этапе проектирования структурные характеристики инструмента /Л, ¿4, Кп) и ориентировочное значение /Св-ДУ^уд), полученное для предварительно заданного значения сг"=70МПа. На первом этапе выбирается по номограмме для заданных Ки необходимая объемная доля ПСЧ (Л"Сф) в круге. Далее рассчитывается объемная доля материала ПСЧ в шихтовом составе связки по выражению:

^ = Ксф -Гсф< 1 - Цоф) /(К С. -7с), (59)

где /сф и /св - удельные веса ПСЧ и связки; /7Сф - пористость ПСЧ. Затем по сечению симплекса на уровне К"ф находится оптимальный состав связки - состав, дающий минимальный эквивалентный дефект и наименьший модуль упругости (как описано выше). Для этого состава определяются у и сг„ абразивной композиции, которые может обеспечить выбранный состав связки, а по регрессионным уравнениям 51, 52 - значения огнеупорности и расте-каемости как данные, необходимые для проверки соответствия этих величин условиям обжига инструмента.

Подставляя полученное значение сг„ в следующее выражение:

<=<гЛКсв)2'\ (60)

получаем соответственно предел прочности материала связки (с учетом объемной доли в ней материала ПСЧ) на изгиб. Полученное значение се" необходимо подставить с учетом того, что сг" =2,24се", в формулу (9) и получить

новое значение объемной доли связки (Ксв) оптимального состава в круге. Новое Ксз подставить в формулу (59) и проверить достаточность микросфер в круге для получения заданного Кш. В случае отрицательного результата переходить на более высокий уровень содержания микросфер и вновь повторить процедуру, пока не выполнится условие:

Кт>К, + Кя. (61)

Далее осуществляется расчет рецептур абразивной массы для получения инструмента с заданными структурными характеристиками по принятой на абразивных заводах методике.

Для оценки соответствия прочностных характеристик связки после обжига шлифовального изделия их расчетным значениям были получены теоретико-экспериментальные зависимости глубин лунок Н„ при испытании инструментов на твердость пескоструйным методом от параметров структуры и удельной работы у, затрачиваемой на образование новой поверхности, как показателя хрупкой прочности материала связки:

Н,

0,12

п20-г50 -

[24,6-(1 -К3)-Кса]

Н

0,743 -с!

о,г

П16+Л/28 ~ "

Я,

Г

0,085

0,833

[24,6(1 -К3)-Ксв]

р=0,05МПа (62)

Я20+50 о,5 _ 0,833 и3 ' [

0.1

[36,6 • (1 ~ 0,65/Г,) - Ка ]

Н

0,23-с/

П16+М40 ~ "

У

0.833

-[36,6-(1-0,65^)-^]

/>=0,15МПа (63)

Совпадение расчетных значений Н„ и полученных при испытаниях АИ на твердость будет означать, что его физико-механические характеристики соответствуют заданным.

В случае контроля на твердость акустическим способом, в соответствии с ГОСТ 25961-83, расчетные значения глубины лунок и соответствующие им степени твердости по ГОСТ 181118-79 можно перевести по имеющимся таблицам (ГОСТ 25961-83) в контрольные значения звуковых индексов.

По приведенным формулам составлены таблицы рецептов, аналогичные традиционно используемым в практике абразивных заводов.

Поскольку абразивные зерна из карбида кремния инертны к.материалу керамической связки, то для соединения зерен между собой необходимо, чтобы каждое зерно было окружено оболочкой из связки. В таком случае, эти оболочки, соединяясь между собой, свяжут зерна в единый каркас (рисунок

5).

А !

Рисунок 5 - Модель контакта зерен из карбида кремния в абразивном круге.

При этом, естественно, требуется большее количество связки для обеспечения той же прочности, что и в кругах из корундовых зерен, обладающих высокой адгезией к керамической связке.

Следуя этой модели получены теоретические выражения для расчета дополнительной, по сравнению с электрокорундовым кругом той же твердости, доли связки Ксе':

Заложенный в основу модели контакта зерен из карбида кремния в абразивном инструменте принцип разделения объемного содержания связки А"св на основное Л"св0, равное объемной доли связки в круге из корундовых зерен и дополнительное Кт', идущее на формирование оболочек, позволяет использовать не только один и тот же алгоритм расчета рецептур инструментов обоих типов, но и распространить результаты исследований для корундовых инструментов на инструменты из карбидкремниевых абразивных материалов, приняв за объемную долю связки в карбидкремниевом круге, как и в электрокорундовом, величину Ксво. Только на этапе расчета рецептуры абразивной массы карбидкремниевого круга необходимо использовать полное ее значение: Ксв= Кто + Ка • Здесь АЛСВ' рассчитывается по выражению (64), а значение /Гсво -по методике расчета объемной доли связки в круге из корундовых зерен, необходимой для обеспечения заданного значения прочности удержания зерна на поверхности круга.

Конкретные значения глубин лунок или звуковых индексов, также как и для корундовых кругов, вычисляются по формулам (62) и (63).

Технологические особенности изготовления алмазных шлифовальных инструментов на органической связке с использованием ПСЧ

В настоящей главе установлено влияние объемного содержания основных составляющих (зерна, связки, ПСЧ) абразивной композиции на ее прочность. По результатам анализа этого влияния оптимизирована структура рабочих слоев алмазных кругов на органической связке. Дальнейшая оптимизация структуры проведена непосредственно в процессе шлифования с использованием экспресс-методики испытания по схеме «летучего шлифования». Суть этой схемы состоит в том, что обработка ведется не всем кругом, а элементом (образцом) его рабочего слоя, выполненного в виде столбика цилиндрической формы. При этом оказалось, что оптимальное соотношение размеров ПСЧ и зерен находится в пределах 0,8-г1,0, а соотношение объемов связки и ПСЧ - 2,5^-3,5 со 100%-ной концентрацей алмазов в кругах при обработке твердого сплава и пары «твердый сплав - конструкционная сталь». Это дало основание рекомендовать круги такой структуры для оснащения операций заточки твердосплавного напайного инструмента. Производственные испытания подтвердили, что опытные круги, по сравнению с традиционно используемыми на этих операциях, позволяют снизить расход алмазов на 30-40% и увеличить производительность шлифования в 1,8+2 раза.

Объясняется это тем, что предложенная структура создает благоприятные условия для работы режущих зерен(свободное размещение перед зерном

где

в поверхностной поре стружки и отходов шлифования, интенсивное охлаждение воздухом зоны резания, уменьшение неблагоприятного влияния связки на физико-механические процессы в зоне резания и т.п.). Все это снижает температуру шлифования. И с этих позиций резерв повышения производительности (интенсификация режимов резания) остается неисчерпаемым. Однако прочность закрепления зерен на рабочей поверхности круга становится недостаточной для адекватного противодействия возникающим силам резания с повышением уровня производительности.

Повысить износостойкость таких кругов позволяет техническое решение, заложенное в разработанной автором массе для изготовления алмазного инструмента и защищенной авторским свидетельством СССР№ 1823348.

Сущность изобретения сводится к тому, что в массу, содержащую алмазные частицы, органическую связку, армированную металлом, введен абразивный наполнитель, в качестве которого взяты полые сферические частицы из стекла или керамики с полимерным, металлическим или комбинированным покрытием.

Нанесение покрытий на абразивные ПСЧ приводит к их упрочнению и к увеличению адгезионных сил сцепления со связкой.

Практическое использование результатов исследования и их внедрение в промышленность

Внедрение результатов исследований в промышленность осуществлялось по двум взаимоувязанным параллельным направлениям.

1. Внедрение разработанной технологии изготовления абразивных инструментов на абразивных заводах, и выпуск опытно-промышленных партий инструментов оптимальных характеристик под конкретную операцию или операции какого-либо машиностроительного предприятия.

2. Производственные эксплуатационные испытания опытного инструмента, корректировка характеристик с учетом результатов этих испытаний, выпуск промышленных партий инструментов уточненных характеристик и организация регулярных поставок его в необходимых объемах.

Из предприятий абразивной промышленности были выбраны: Запорожское ПО "Абразивный комбинат", г. Запорожье; производственное объединение ЧАПО, г. Челябинск; Косулинский абразивный завод (КАЗ), п. Верхнее Дуброво, Свердловской области. На ЧАПО и КАЗе внедрены технологии изготовления АИ из электрокорундовых, а на Запорожском абразивном комбинате (ЗАК) - из карбидкремниевых абразивных материалов. Новые технологии позволили получать АИ расчетных характеристик в диапазоне твердо-стей ВМ0+С1 до 12 номера структуры включительно на любой зернистости. При этом выход шлифизделий планируемой степени твердости составляет не менее 80+85 %, а остальные — с отклонением не более, чем на одну степень, с неуравновешенностью не выше второго класса.

Внедрение опытного АИ на первом этапе осуществлялось в инстру-

ментальных производствах ПО «Трансмаш» г. Екатеринбург, ГЗ «Ижмаш» г. Ижевск, Уфимское моторостроительное объединение (УМПО) г. Уфа. Опытными кругами обрабатывались изделия инструментально-технологической оснастки: шлицевые протяжки, фасонные призматические резцы, пуансоны и детали матриц штампов из тепловосприимчивых сталей и сплавов. Характеристики кругов и режимное их сопровождение на каждую операцию были предварительно рассчитаны по предложенной методике проектирования АИ. В большинстве случаев это оказался инструмент повышенных номеров структуры (от 8 до 10). Далее, по разработанному автором алгоритму были рассчитаны рецептуры этих кругов и осуществлен выпуск и поставка их на испытания. В результате достигнуто повышение производительности шлифования от 1,25 до 10 раз при отсутствии вибраций и прижогов на обработанных поверхностях и более высокая размерная стойкость. Последнее обеспечивалось работой кругов на большинстве операций в режиме «экономного самозатачивания». Это позволило в инструментальных производствах и цехах названных предприятий практически полностью перейти на работу кругами новых оптимальных характеристик и получить значительный экономический эффект. Так, например, инструментальный завод ГЗ «Ижмаш» за период с 1992 по 1997 гг. получил экономию средств в объеме 977196000 неденоминированных рублей.

Следует также отметить, что выпуск высокоструктурного инструмента по предлагаемой технологии выгоден и абразивным заводам, так как его себестоимость практически не увеличивается, а реализован он может быть по цене на 15-20% превосходящей цену кругов традиционной номенклатуры. Годовой экономический эффект от внедрения технологии и выпуска высокоструктурного инструмента по Косулинскому абразивному заводу составил 5065732 рубля в ценах 1993 года.

Следующим существенным практическим результатом от выполненных в рамках данной работы исследований следует считать внедрение опытного инструмента взамен дорогостоящего импортного, используемого в достаточно большом объеме на ряде предприятий на операциях глубинного шлифования поверхностей деталей из жаропрочных и титановых сплавов, а так же при обработке тепловосприимчивых материалов, с высоким требованием к качеству обработанных поверхностей.

Специфической особенностью инструмента для этих операций является его высокая пористость, низкая зернистость (8-12) и твердость (М1 до ВМ0). Отечественная абразивная промышленность до сих пор инструмента таких характеристик или по крайней мере сколь-нибудь способного конкурировать по работоспособности с импортным аналогом выпускать не могла.

В качестве объекта внедрения данного проекта была выбрана операция глубинного шлифования профиля замка турбинной лопатки авиационного двигателя на Уфимском моторостроительном предприятии Здесь вышлифов-ка профиля осуществляется на станке модели ББ -01ЗЬ фирмы ЕЬВ - БсЫЛР кругом 500x25x203 89 А 100 011 Аг Р25 фирмы «ТугоШ».

Так как производительность обработки на данной операции вполне устраивала заказчика, то принятые на предприятии режимы и условия обработки оставлены были нами без изменения. В связи с этим на первом этапе по описанной выше методике были рассчитаны оптимальные структурные характеристики круга под заданный уровень интенсивности съема припуска на черновом переходе с учетом технико-технологических требований, предъявляемых чертежом детали к обработанным поверхностям.

Изготовленная на ЧАЛО опытная, а затем и промышленная партия шлифкругов типоразмера 500x25x203 24А 12Н ВМО 12 К была поставлена для испытаний на УМПО г.Уфа. Физико-механические характеристики и работоспособность опытного инструмента сравнивалась с кругами фирмы «Tyrolit» и завода «Ильич», традиционно используемых на данных операциях по следующим критериям:

- сила резания при шлифовании;

- геометрия профиля готовой лопатки;

- шероховатость обработанных поверхностей;

- величина наклепа в поверхностном слое после обработки;

•■ характер и величина остаточных напряжений.

В итоге оказалось, что вновь разработанные круги по достигнутой производительности и качеству обработки не уступают импортному аналогу и существенно превосходят отечественные (см., например, рисунок 6). К аналогичному выводу пришли и специалисты УМПО и РМПО г. Рыбинск после проведения независимых испытаний опытных кругов.

Успешное внедрение нового инструмента на УМПО позволило выпустить совместно с ЧАПО технические условия (ТУ 3981-001-1103779-94) «Круги шлифовальные высокопористые». С 1994 года такие круги серийно выпускаются Челябинским абразивным заводом и с успехом используются на УМПО взамен кругов фирмы «Tyrolit» и завода «Ильич». При этом экономический эффект, достигаемый только за счет разницы в цене импортного и отечественного инструмента (от 3 до 3,2 раза) составляет 434100 рублей в год. Кроме того, следует отметить, что данные результаты подтверждают достоверность и практическую пригодность разработанной методики оптимального проектирования и расчета режимно - инструментального оснащения шлифовальных операций.

Подобный комплекс работ был проведен по замене импортного инструмента (кругов фирмы «Weber») на операциях шлифования и доводки деталей магнитофонных магнитных головок из сендаста на Запорожском заводе магнитофонов «Весна» и Ногосибирском ПО «Точмаш» совместно с УкрВНИИАШ и абразивным комбинатом г.Запорожье. Венцом этих работ стала полная замена импортных кругов отечественными, выпуск которых налажен на ЗАКе по ТУ 2-036-0222227-24-89 «Круги шлифовальные для обработки деталей из сендаста и магнитных головок». Одновременно с этими работами было осуществлено внедрение таких шлифкругов и на ПО «Курган-прибор» г.Курган на операции бесцентрового шлифования тонвала магнито-

Па

-100

-200

-300

10 20 30 -п 40 _с

\ у'7 50 Ла, мкм

•-.с *** я - 24А (зав( 10П ВМ2 12К П40+20 ад «Ильич») 12НВМ2 12К 1ТНЫЙ)

(опь

0

Рисунок 6 - Распределение остаточных напряжений в поверхностном

слое замка турбинных лопаток после обработки

фона «Аэлита».

Параллельно с внедрением абразивных инструментов проводились работы по промышленной апробации высокопористого алмазного инструмента, выпуск которого был освоен Внедренческой научно-производственной фирмой «ЭКСй» г.Курган. Так, на ПО «Трансмаш» и «Курганмашзавод» замена серийных кругов на вновь разработанные позволила повысить производительность заточки напайного твердосплавного металлорежущего инструмента до двух раз н существенно поднять качество заточенного инструмента.

Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составляет более двух миллионов рублей в год.

Следует отметить также, что методика проектирования АИ и теоретические основы технологии его изготовления излагаются в базовой дисциплине «Алмазно-абразивная обработка» для студентов специальности 120200, а методика компьютерного моделирования положена в основу лабораторного практикума по этой дисциплине.

Общие выводы и основные результаты

1. В результате обобщения накопленного наукой и практикой шлифования опыта и проведения комплекса теоретико-экспериментальных исследований решена крупная актуальная научно-практическая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение и заключающаяся в создании научно-обоснованного подхода к проектированию, изготовлению и эксплуатации абразивных инструментов, в том числе и инструмента из СТМ, позволившего реализовать оптимальное инструментально-режимное оснащение операций шлифования во всем, необходимом для практики, диапазоне.

2. На базе логико-структурного анализа операции шлифования, как большой технической системы, выявлены ее связи и взаимосвязи и показано, что АИ можно рассматривать как систему, состоящую из двух подсистем: матрицы и поверхностного слоя. Установлен перечень характеристик ПС, определяющих выходные показатели процесса шлифования и получены новые аналитические выражения для их расчета. Дано математическое описание связей характеристик ПС с параметрами структуры матрицы и с выходными показателями процесса шлифования. Взаимоувязанный анализ этих зависимостей позволил составить систему матмоделей, описывающих связь: характеристики АИ - показатели процесса шлифования.

3. Разработана оригинальная методика компьютерного моделирования рабочей поверхности АИ и кинематики его взаимодействия с обрабатываемой поверхностью, с использованием которой получены новые математические зависимости интенсивности съема обрабатываемого материала и параметра Яа шероховатости обработанной поверхности от характеристик АИ, режимов шлифования, размеров круга и заготовки, физико-механических свойств обрабатываемого материала.

4. Основываясь на теоретико-экспериментальном анализе связей АИ с другими подсистемами шлифовальной операции (станок, приспособление, заготовка, режимы шлифования и др.) разработана методика оптимального проектирования АИ по заданным условиям реализации операции шлифования.

5. Предложен ряд оригинальных способов и составов абразивных масс для получения АИ с широким спектром структурных характеристик и показано, что наиболее перспективными являются способы, использующие дополнительный структурный элемент в виде полых сферических частиц, как физический эквивалент пор. Эти разработки защищены десятью авторскими свидетельствами и одним патентом.

6. Выполнен комплекс теоретико-экспериметальных исследований поведения порошковой системы «абразивные зерна - связка - наполнитель» на различных стадиях ее передела, позволивший разработать химический и шихтовой состав керамических связок для изготовления АИ с использованием плавящихся ПСЧ. Разработана методика выбора оптимального состава связки по результатам исследований физико-механических характеристик абразивных композиций, а также методика расчета рецептур и контроля прочностных характеристик АИ. Это дало возможность создать новые технологии изготовления АИ из элекгрокорундовых, карбидкремниевых абразивных материалов и СТМ с широким спектром структурных характеристик, отличающихся высокой степенью надежности и экологической чистотой.

7. Проведены лабораторные и производственные испытания физико-механических характеристик и работоспособности экспериментальных АИ с целью выявления потенциальных возможностей способов получения и технологий изготовления АИ. Результаты этих испытаний подтвердили возможность получения инструментов со структурными характеристиками почти

всего необходимого дня практики шлифования диапазона.

8. Результаты работы в виде технологий и технических условий изготовления АИ, методик его проектирования, готового инструмента и методик оптимального режимного его сопровождения под конкретные операции шлифования внедрены на четырех предприятиях, выпускающих АИ (концерн «Запорожабразив», ЧАПО, КАЗ, ВНПФ «ЭКСИ») и на целом ряде машиностроительных производственных объединений («Урзлтрансмаш», г. Екатеринбург; УМПО, г. Уфа; «Ижмаш», г. Ижевск; «Точмаш», г. Новосибирск; «Весна», г. Запорожье; «Курганприбор» и «Курганмашзавод», г. Курган и др.). Экономическая целесообразность внедренных разработок подтверждается соответствующими актами внедрения и производственных испытаний, техническими отчетами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Третьяков Й.П., Власов В.И., Курдюков В.И. Исследование динамического модуля органических связок при симплекс-решетчатом планировании экспе-риментаУ/Алмазы и сверхтвердые материалы: Научно-техн. реферативный сборник - М.: НИИМАШ, 1976. - Вып. 3.-С.10-13.

2. Ильичев Л.Л., Курдюков В.И. Исследование влияния геометрии зерна на силы резания при шлифовании единичным зерном// Резание и инструмент: Респ. межведомственный, научно - техн. сб. -Харьков, 1977. - Вып.18. -С.19-21

3. Курдюков В.И. Повышение работоспособности алмазных кругов на метал-ло-органических связках// Алмазы и сверхтвердые материалы: научно-техн. реферативный сборник-М.: НИИМАШ, 1980 . - Вып. 10. - С. 10-11.

4. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П. Выбор абразивных кругов, обеспечивающих максимальную производительность шлифования// Сокращение ручного труда на основе повышения эффективности использования режущего, штам-пового инструмента деталей машин и оборудования в машиностроении: Тез. докл. научно-техн. конф.-Оренбург, 1986. - С. 15-16

5. Кудряшов Б.П., Курдюков В.И. Абразивный инструмент для обработки те-пловосприимчивых сталей// Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем в промышленности: Тез. докл. научно-практической конф,- Курган, 1988. - С.44-46.

6. Технологическое обеспечение финишных операций обработки зубчатых колес/ Г.П.Мосталыгин, В.И.Курдюков, Б.П.Кудряшов, А.А.Куль // Теория реальных передач зацеплением. Часть 2. Прочность и технология реальных передач зацеплением: Тез. докл. на 4-ом всесоюзном симпозиуме - Курган, 1988. -С.111-112.

7. Коротовских В.К., Курдюков В.И. Попов А.И. Повышение качества шлифовальных кругов за счет оптимизации состава органической связки // Передовой опыт. - 1989.-№ 8 - С.30-31.

8. Курдюков В.И., Куль A.A. и др. Применение высокопористого абразивного инструмента в инструментальном производстве// Наука - производству: Тез.

докл. республ. научно - техн. конф. КамАЗ-КамПИ. - Наб. Челны, 1990. -С.45-46.

9. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П. К вопросу об оптимальной структуре абразивного инструмента// Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем: Тез. зональной научно-техн. конф. - Курган, 1990. - С.86-88.

10. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Коротовских В.К. Повышение работоспособности алмазного шлифовального инструмента за счет увеличения его пористости// Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин: Тез. респ. научно-техн. конф. - Курган, 1991. - С.132-133.

11. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Андреев A.A. .Применение абразивного инструмента специальной структуры для шлифования магнитных головок// Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин: Тез. респ. научно-техн. конф. - Курган, 1991. - С. 135-136.

12. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Коротовских В.К. Оптимизация структуры алмазного шлифовального инструмента с целью повышения его работоспособности// Прогрессивные технологии в машиностроении: Тез. докл. научно-техн. конф. - Одесса, 1991. - С.67-68.

13. Шлифование сендастовых сплавов высокопористыми кругами/ Ю.Б.Горшков, В.И.Курдюков, Б.П.Кудряшов, С.Н.Эсмантович// Сб. докл. VIII международн. конф. по шлифованию, абразивным инструментам и материалам "Интерграйнд 91".-Л., 1991.-С.191-194.

14. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П. и др. Абразивный инструмент повышенной стойкости// Сб. тез. докл. XIV научно-техн. конф. инструментальщиков Западного Урала. - Пермь, 1991. - С.73-85.

15. Оптимизация физико-механических параметров высокоструктурного абразивного инструмента для достижения максимальной производительности шлифования/ В.И.Курдюков, Б.П.Кудряшов, А.А.Куль, А.Б.Переладов // Состояние и перспективы развития технического и программного обеспечения механосборочных процессов: Тез. докл. научно-техн. конф. - Ижевск, 1991. -С.24-24.

16. Курдюков В.И., Переладов А.Б., Логиновский В.А. Повышение эффективности процессов шлифования путем оптимизации статистико-вероятностных показателей состояния рабочей поверхности абразивного круга// Технологические методы повышения эффективности и качества механосборочных операций: Тез. докл. научно-техн. конф. - Домбай, 1992. - С.29-30.

17. Абразивный инструмент для глубинного шлифования замка турбинных лопатою' В.И.Курдюков, Б.П.Кудряшов, А.Б.Переладов, А.А.Андреев // Алмазно-абразивная обработка при изготовлении деталей машино- и приборостроения: Тез. докл. на семинаре. - М, 1993. - С.3-7.

18. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П. Влияние параметров структуры абразивного круга на производительность шлифования// Алмазно-абразивная обра-

ботка при изготовлении деталей машино- и приборостроения: Тез. докл. на семинаре. - М„ 1993. - С.23-26.

19. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Переладов А.Б. .Комплексный подход к решению задачи создания абразивного инструмента на керамической связке с оптимальной структурой// Повышение производительности и качества меха-нообрабатывающего производства: Тез. докл. научно-техн. конф. - Евпатория, 1993. - C33-34.

20. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Методы получения высокопористых структур шлифовального инструмента из СТМ на органических связках //' Сверхтвердые материалы - 1993 - №4. - С.30-35.

21. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Куль A.A. Состояние и перспективы оснащения операций шлифования высокоэффективным абразивным инструментом// Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Тез. докл. межгосударственной научно-техн. конф, - Магнитогорск, 1994. - С. 14-16.

22. Расчет структурных характеристик абразивного инструмента/ В.И.Курдюков, Б.П.Кудряшов, А.А.Куль, А.А.Андреев // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: Тез. докл. Российской научно-техн. конф. - Рыбинск, 1994. - С.103-104.

23. Опыт применения высокоструктурного абразивного инструмента на операциях глубинного шлифования/ В.И.Курдюков, Б.П.Кудряшов,А.А.Андреев, В.Н.Божко // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: Тез. докл. Российской научно-техн. конф. - Рыбинск, 1994. - С.92-93.

24. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Андреев A.A. Высокоэффективный абразивный инструмент для глубинного шлифования// Тракторы и сельскохозяйственные машины - 1996. - №8. - С.37-38.

25. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Исследование прочности полимерных алмазоносных композиций пористой структуры// Теории механизмов прочность машин и аппаратов. - Курган: КГУ, 1997. - Вып. 2. - С.136-142.

26. Курдюков В.И., Агапова Н.В. Расчет геометрических параметров режущих вершин абразивных зерен с учетом их износа и степени заглубления в обрабатываемый материал / КГУ. - Курган, 1998, - 15с. - Деп. в ВИНИТИ, №6,

27. Курдюков В.И., Агапова Н.В., Логиновский В.А. Прочность абразивных зерен как фактор, определяющий производительность шлифования / КГУ. -Курган, 1998. - 9с. - Деп. в ВИНИТИ, №6.

28. Курдюков В.И., Агапова Н.В., Логиновский В.А. Исследование влияния зернистости шлифовального круга на шероховатость обработанной поверхности / КГУ. - Курган, 1998. - 9с. - Деп. в ВИНИТИ, №6.

29. Тахман С.И., Курдюков В.И., Агапова Н.В. Методика расчета сил на зерне шлифовального круга / КГУ. - Курган, 1998. - 18с. - Деп. в ВИНИТИ, №6.

30. Влияние характеристик рабочего слоя шлифовального круга на производительность и качество шлифования/ В.И.Курдюков, А.Б.Переладов, Н.В.Агапова, В.А.Логиновский // Процессы абразивной обработки, абразив-

ные инструменты и материалы: Сб. трудов международной научно-техн. конф. - Волжский, 1998. - С.148-151.

31. Курдюков В.И., ПереладовА.Б., Агапова Н.В. Применение компьютерного моделирования для исследования процесса шлифования // Новые компьютерные технологии в промышленности, энергетике, банковской сфере, образовании: Сб. трудов международной научно-техн. конф. - Алушта, 1998,-С.45-46.

32. Курдюков В.И., Андреев A.A. Методика оптимизации шихтового состава керамических связок по критерию прочности абразивной композиции// Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Сб. трудов международной научно-техн. конф. - Волжский, 1998. - С.77-80.

33. Тахман С.И., Курдюков В.И., Коротовских В.К. Взаимосвязь производительности заточки твердосплавного напайного инструмента со структурными характеристиками алмазных кругов / КГУ. - Курган, 1999. - 10с. - Деп. в ВИНИТИ, №7.

34. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Повышение производительности и качества совместного шлифования твердого сплава и сталиИ Повышение эффективности технологических процессов изготовления деталей машин: Сб. информ. материалов региональной научно-техн. конф.-Курган,1999.-С.46-48.

35. Курдюков В.И. Математическое описание связей системы структурные параметры абразивного круга - характеристики процесса шлифования// Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы -«Шлифабразив-99»: Сб. трудов междунар. научно-технич. конф. - Волжский, 1999. - С.47-50.

36. Курдюков В.И., Переладов А.Б. Опыт применения шлифовальных кругов открытых структур при обработке концевого лезвийного инструмента из быстрорежущих сталей// Процессы абразивной обработай, абразивные инструменты и материалы - «Шлифабразив-99»: Сб. трудов междунар. научно-технич. конф. - Волжский, 1999. - С. 50-52.

37. Курдюков В.И., Коротовских В.К. Повышение производительности шлифования алмазными кругами на органической связке// СТИН.- 1999. - №12 -С.23-25.

38. A.c. 1355470 СССР, МКИ В24ДЗ/06. Масса для изготовления алмазного инструмента / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов, В.К. Старков (СССР). -№3983880 / 08; Заявлено 03.12.85; Опубл. 30.11.87. Бюл. №44. -4с.: ил.

39. A.c. 1425067, МКИ В24ДЗ/01. Абразивная масса / В.И. Курдюков, Б.П.Кудряшов (СССР). -№4212890/31-08; Заявлено 19.03.1987. Опубл. Б.И. 1990.

40. A.c. ] 583274, МКИ В24ДЗ/ 06. Масса для изготовления алмазного инструмента / Курдюков В.И., Кудряшов Б.П. (СССР) -№4375783 / 31-08; Заявлено 8.02.1988. Опубл. Б.И. 1990.

41. A.c. 1607227 СССР, МКИ В24 D 3/00. Масса для изготовления абразивного инструмента. / Курдюков В.И. и др. (СССР).- №4679345; Заявл. 19.04.89; Зарегистр. 15.07.1990г.

42. A.c. 1645121 СССР, МКИ B24D 3/00 //B24D 18/00. Способ определения эксплуатационных свойств абразивного инструмента /Курдюков В.И., Мос-талыгин Г.П., Кудряшов Б.П., Куль A.A. (СССР). - №4624331/08; Заявл. 21.12.88; Опубл.30.04.91. Бюл.№16-4с.: ил.

43. A.c. 1658529 СССР, МКИ В24ДЗ/00. Масса для изготовления абразивного инструмента / В.И. Курдюков и др. (СССР), №4057157 /08; Заявка 21.01.86; Зарегистрировано 22.02.1991. - 2с.

44. A.c. 1707872 СССР, МКИ В24 В 3/14. Способ изготовления абразивного инструмента. / Курдюков В.И. и др. (СССР). - №4412015; Заявл. 19.04.88; Зарегистр. 22.09.1991г.

45. A.c. 1815196 СССР, МКИ В24ДЗ / 14. Способ изготовления абразивного инструмента / В.И. Курдюков, В.К. Коротовских, А.И. Попов (СССР). -№4900590/08; Заявлено 09.01.91; опубл. 15.05.93. Бюл. №18. -4с.

46. A.c. 1817419 СССР, МКИ В24ДЗ / 00 //В24 ВЗ/14. Способ изготовления абразивного инструмента. / Курдюков В.И. и др. (СССР). - №4388279; Заявл. 04.03.88; Зарегистр. 11.10.1992г.

47. A.c. 1823348 СССР, МКИ В24ДЗ/06. Масса для изготовления алмазного инструмента. / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов, В.К. Коротовских (СССР). №4457909 / 08; Заявлено 11.07.88 -2с.

48. Пат. 2025258, МКИ В24 ВЗ/14. Абразивный инструмент и способ его изготовления / Курдюков В.И. и др. (СССР). № 4845200/08; Заяв. 17.05.90; Опубл. 30.12.94 Бюл. №24.

Введение.

Состояние вопроса, проблема, цель и задачи исследования.

Часть I. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ.

1. Математическое описание взаимосвязей: характеристики поверхностного слоя (ПС) - структурные параметры матрицы АИ.

1.1. Структура матрицы круга, ее основные элементы и параметры

1.2. Определение перечня характеристик ПС.

1.3. Размеры абразивных зерен и геометрические параметры их вершин.

1.4. Прочность абразивных зерен.

1.5. Разработка математической модели для расчета прочности удержания зерна на рабочей поверхности абразивного круга.

1.6. Экспериментальное определение плотности распределения абразивных зерен на глубине рабочего слоя шлифовального круга

1.7. Расчет объема среднестатистической поверхностной поры.

2. Математические модели связей: показатели процесса шлифования - характеристики ПС - параметры структуры матрицы.

2.1. Определение числа режущих зерен на рабочей поверхности АИ, обеспечивающего заданный уровень производительности шлифования.

2.2. Расчет минимально необходимого объема поверхностной поры, размера матричных пор и их объемной доли в круге.

2.3. Расчетная модель объемного содержания связки в матрице.

2.4. Вывод зависимости для ориентировочного расчета зернистости шлифовального инструмента.

2.5. Разработка математической модели силы резания на зерне шлифовального круга.

3. Экспериментальное определение параметров кинематического взаимодействия ПС АИ с обрабатываемой поверхностью заготовки.

3.1. Методика компьютерного моделирования рельефа рабочей поверхности АИ и кинематики его взаимодействия с обрабатываемой поверхностью.

3.2. Результаты эксперимента.

3.3. Разработка математической модели для расчета уровня шероховатости обработанной поверхности.

4. Методика оптимального проектирования АИ по заданным условиям реализации операции шлифования.

4.1. Постановка задачи оптимизации и выбор целевой функции.

4.2. Формирование комплекса ограничений целевой функции.

4.3. Моделирование технологических ограничений целевой функции

4.3.1. Ограничения, накладываемые техническими требованиями к детали.

4.3.2. Математическое моделирование ограничений по техническим характеристикам станка.

4.3.3. Ограничения на параметры режима шлифования.

4.4. Алгоритм проектирования оптимальной системы: вид операции шлифования - характеристики АИ - интенсивность съема припуска - параметры режима шлифования".

Часть II. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА.

1. Исследование поведения порошковой системы "абразивные зерна - связка - наполнитель" на различных стадиях получения АИ и выбор материала наполнителя.

1.1. Исследование дисперсной системы абразивные зерна - ПСЧ при формовании.

1.2. Выбор материала ПСЧ, как наполнителя.

2. Разработка химического и шихтового состава керамических связок для изготовления АИ с использованием плавящихся ПСЧ.

2.1. Общие положения.

2.2. Исследование влияния шихтового состава системы "керамическая связка - наполнитель" на ее огнеупорность и растекаемость.

2.3. Исследование влияния химического состава керамических связок на огнеупорность и растекаемость.

3. Исследование физико-механических характеристик абразивных композиций системы "абразивное зерно -наполнители - керамическая связка".

3.1. Анализ характеристик прочности абразивных композиций.

3.2. Выбор модели разрушения композиции и планирование экспериментальных исследований.

3.3. Расчет удельной энергии на образование новой поверхности композиции.

3.4. Определение модуля упругости и предела прочности композиции на изгиб.

3.5. Расчет размера эквивалентного дефекта и разработка методики выбора оптимальной связки.27о

4. Методика расчета рецептур и контроля прочностных характеристик АИ.

4.1. Расчет рецептур электрокорундовых АИ на керамической связке

4.2. Методика контроля прочностных характеристик готового АИ

4.3. Особенности расчета рецептуры и контроля прочностных свойств

АИ из карбидно-кремниевых шлифовальных материалов.

5. Технологические особенности изготовления алмазных шлифованных инструментов на органической связке с использованием ПСЧ.ЗОЯ

5.1. Анализ влияния зерен алмазов и ПСЧ на прочность алмазного слоя.

5.2. Оптимизация параметров структуры рабочего слоя алмазных кругов.

5.3.Исследование работоспособности опытных кругов.

Практическое использование результатов исследования и их внедрение в промышленность.

Повышение эффективности металлообрабатывающих производств, а именно производительности и качества обработки, при наименьших затратах была и остается первостепенной проблемой на всех этапах развития научно-технического прогресса.

Качество детали, определяющее ее эксплуатационные показатели, в основном, формируется на конечной операции. Такой операцией, в большинстве случаев, является шлифование, как один из самых высокопроизводительных методов механического удаления припуска, обеспечивающий высокий уровень точности и качества обработанной поверхности. Степень же реализации потенциальных возможностей этого метода зависит от того, насколько удачно сочетаются характеристики шлифовального инструмента с условиями обработки.

Однако, успешно решить данную задачу на практике в настоящее время не удается по двум основным причинам.

Во-первых потому, что до сих пор отсутствуют научно-обоснованные методики расчета и проектирования абразивного инструмента (АИ) оптимальных характеристик под условия реализации конкретной операции шлифования, и потребитель инструмента пользуется только рекомендациями, основанными на практическом опыте или экспериментальных данных. В условиях же современной тендеьции машиностроения ко все более быстрому обновлению конструкционных материалов и более широкому применению в качестве таковых высоколегированных сталей, жаропрочных и титановых сплавов, обработка которых резанием затруднена, таких рекомендаций явно недостаточно для оптимального режимно-инструментального оснащения шлифовальных операций.

Во-вторых, не смотря на то, что промышленность нашей страны выпускает десятки тысяч типоразмеров АИ и инструментов из сверхтвердых материалов, отличающихся как по конструкции, так и по структурным характеристикам, но все же не всего необходимого для практики шлифования диапазона. Особенно это касается изготовления инструментов высоких номеров структуры, повышенной пористости, низкой и высокой степеней твердости. Объясняется это отсутствием экологически чистое технологии, позволяющей с высокой степенью надежности получать инструмент с такими характеристиками.

Следовательно, создание научных основ проектирования, изготовления и эксплуатации АИ является жизненно назревшей проблемой машиностроения, решению которой и посвящена настоящая работа.

На первом этапе, на основании анализа операции шлифования как большой технической системы, установлены внутренние и внешние логико-функциональные связи подсистемы АИ и дано их математическое описание. Адекватность полученных матмоделей подтверждена экспериментами реализованными на основе оригинальных методик с использованием современного оборудования и возможностей компьютерной техники. Это позволило разработать алгоритм расчета оптимальных структурных характеристик АИ под конкретную операцию шлифования с учетом условий ее реализации и технико-технологических требований к детали.

Предложен ряд новых способов получения АИ с широким спектром структурных характеристик, и на их основе разработаны оригинальные экологически чистые технологии, позволяющие изготавливать инструмент расчетных характеристик с высокой степенью надежности.

Изложены итоги лабораторной и производственной апробации основных научных и практических результатов работы. Приведены наиболее значимые примеры промышленного их внедрения - от технологий изготовления АИ на абразивных заводах до шлифовальных инструментов, изготовляемых по новым технологиям и их режимного сопровождения на машиностроительных предприятиях. Экономическая целесообразность практического использования результатов подтверждена соответствующими 8 документами (акты внедрения и производственных испытаний, научно-технические отчеты и др.).

Работа выполнялась в рамках госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ Курганского машиностроительного института (1985 - 1995 г.г.), Курганского государственного университета (1995 - 1999 г.г.), инновационной программы «Урал-ВУЗ-Конверсия», выполнявшейся в период с 1993 - 1995 г.г. по заказу Комитета по высшей школе Министерства науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации.

Состояние вопроса, проблема, цель и задачи исследования

Обычно выбор характеристик и разработку конструкций абразивного инструмента для конкретной операции ведут по следующей схеме /138/ (рисунок 1).

При этом разработка конструкции или выбор наиболее подходящей из стандартных - задача наиболее простая, и, как правило, не многовариантная, так как размер и форма детали практически всегда однозначно определяют вид операции, а значит, и модель станка и его типоразмер. Выбор станка задает форму и размеры абразивного инструмента (АИ).

Совершенно по-иному обстоят дела, когда доходит очередь до определения необходимых структурных характеристик АИ, не говоря уже об их оптимальных значениях. Во-первых - этих характеристик достаточно много. Во-вторых, часть из них взаимозависимы, что не позволяет выбрать их однозначно. В-третьих, выбор каждой из этих характеристик обусловлен большим количеством факторов, характеризующих условия обработки, и значительным числом требований, часто противоречивых, предъявляемых к каждой из них.

В общем случае, к характеристикам абразивных инструментов, кроме формы и размеров, относят /119, 138, 196, 215/: вид, марку и зернистость абразивного материала; вид и марку связующего; номер структуры, характеризующий объемное содержание абразивных зерен в инструменте; степень твердости инструмента, как характеристику объемного содержания связки и ее прочностных свойств, задающий, в свою очередь, прочность инструмента и прочность удержания абразивных зерен на рабочей поверхности; класс точности и неуравновешенности. Кроме того, в отдельных случаях, например, высокопористый абразивный инструмент характеризуют основным размером пор и их долей в его объеме. При выборе же наиболее рационального сочетания характеристик инструмента для конкретной операции шлифования необходимо учитывать /119, 138, 196, 215/: вид операции; тип станка и X я я оЗ ч: х к ч: о X о я со К к < эК

К я"

Он н о к о и й

X к в н к 1)

2 и н о сх н о Я и К и о со к

§ ж 1

5 н о* и

Н ^ «

Рч Р* еГ ^ к> о Я

Он к о ю ■ к л н СО О аЗ

1 Н н Я о <и к £ о « Л ей н

И о н я о к ю сЗ к к

Я" и

Рч сх,

Форма, размер и материал детали

Годовая программа

Требования к качеству

Снимаемый припуск

Станок

Режим и условия обработки

Форма

Размеры

Материал зерна

Зернистость

Связка

Конструкция

Толщина абразивного слоя

Диаметр посадочного отверстия

Материал корпуса

Метод соединения абразивного слоя с корпусом

Оформление рабочих чертежей

Рисунок 1

- Схема выбора характеристик и разработки конструкции абразивного инструмента и инструмента из сверхтвердых материалов /138/. степень его автоматизации; размер заготовки, форму и вид шлифуемой поверхности; характеристику материала заготовки (химический состав, твердость, обрабатываемость и др.); припуск на шлифование; требуемое качество обработки детали (шероховатость, структура поверхностного слоя, точность обработанных поверхностей); режим шлифования (скорость круга и изделия, величина и тип подачи); условия обработки (охлаждение, окружающая среда).

К настоящему времени предприятия отечественной абразивной промышленности и производства инструмента из сверхтвердых материалов могут изготовить инструмент по форме и типоразмерам всего необходимого для практики диапазона, на достаточно широкой гамме связок, практически любой зернистости, твердости, всех необходимых номеров структур. Хотя г не всегда с одинаковыми технологическими трудностями и себестоимостью. Особенно это характерно при получении инструментов высоких номеров структур, низких и высоких степеней твердости, технологии получения которых далеки от совершенства.

Однако использовать этот высокий потенциал на металлообрабатывающих предприятиях, в подавляющем большинстве случаев, не удается. Объясняется это тем, что из всего разнообразия шлифинструмента потребитель выбирает инструмент для конкретных операций по рекомендациям, основанным на экспериментальных данных и практическом опыте, которые предваряются следующей оговоркой, полностью отражающей реальное состояние вопроса: "многообразие сочетаний физико-механических свойств и структур обрабатываемых материалов, а также условий шлифования не позволяет однозначно устанавливать оптимальную характеристику шлифовального круга и его абразивного материала. Ниже приводятся лишь общие рекомендации, основанные на практике". Суть этих рекомендаций сводится к следующему.

Вид абразивного материала. Так, согласно /228/, инструмент из нормального электрокорунда применяют для обработки сравнительно мягких сталей (<51 НКСЭ); из электрокорунда белого - для обработки сталей средней твердости (52-^60 НКСЭ); из монокорунда - для обработки легированных труднообрабатываемых сталей твердостью более 61 БЕС; из эльбора - для чистовых операций обработки заготовок из труднообрабатываемых сталей; из легированных электрокорундов - для обработки закаленных твердых сталей; из карбида кремния - для обработки чугуна, твердых сплавов, неметаллов.

Зернистость. Крупнозернистый инструмент (зернистость номер 50 и выше) из нормального электрокорунда и черного карбида кремния рекомендуется для обдирочных работ, инструмент средней зернистости (№ 40 н- 16) из белого и легированного корунда - для продукционного (получистового и чистового) шлифования, мелкозернистый - для тонкого шлифования, полирования, доводки и суперфиниширования.

Связка. Соответственно выбирают АИ и по типу связки: для обдирочных работ - инструмент на бакелитовой связке; для точного шлифования - на керамической; для тонкого шлифования и полирования - на вулканитовой, инструмент на гибкой основе и пасты.

В качестве примеров приводятся обобщенные рекомендации по применению абразивного инструмента для операций абразивной обработки. Ниже дан фрагмент таких рекомендаций (таблица 1).

Авторы работы /196/ в разделе выбор характеристик абразивного инструмента приводят следующие рекомендации. Вид абразивного материала выбирают прежде всего в зависимости от свойств обрабатываемого материала по такому правилу: шлифование пластичных материалов с высоким сопротивлением разрыву, т.е. всех марок сталей производят инструментом из электрокорундовых материалов; твердые хрупкие материалы с низким сопротивлением разрыву (чугуны, твердые сплавы, керамика, стекла, алюми

Таблица 1 - Рекомендации по выбору абразивного инструмента для различных операций абразивной обработки

Изделие Обрабатываемый материал Операция Характеристика абразивных инструментов

Материал абразива Зернистость Степень твердости, концентрация абразивного материала Вид связки*

Шпиндели станков Сталь конструкционная легированная закаленная Круглое наружное шлифование: предварительное 24А, 92А 25ч-16 С1-С2 К

Окончательное 24А, 25А, 92А 16-Ы2 СМ1-СМ2

Штампы Сталь инструментальная Плоское шлифование: периферией круга 24А, 25 А, 92А 504-40 СМ1-СМ2 торцем круга 14 А, 15А 80ч-50 С1-С2 Б

Твердые сплавы Плоское шлифование 63С 404-25 МЗ-СМ1 К

Доводка АС2-АС4 160/125 125/100 100% :л - К - керамическая, Б - бакелитовая, М - металлическая. ниевые и медные сплавы) шлифуют инструментом из карбида кремния; алмазный инструмент применяют, в основном, для обработки твердых сплавов, керамики, полупроводниковых материалов, технических камней, стекла, а также для чистовой обработки цветных сталей и сплавов; инструмент из кубического нитрида бора (эльбора, кубонита) используют для шлифования летированных высокотвердых (>50-65 НЯСЭ) сталей, в особенности, инструментальных, быстрорежущих, жаропрочных.

Марка абразивного материала определяет более точно его применение на различных операциях. Так, например, циркониевый электрокорунд марки 38А, как наиболее прочный, назначают при обдирочном шлифовании. Электрокорунд 14А, 15А и 16А - для шлифования нетермообработанных сталей, алюминиевых сплавов, бронзы. Монокорунд 44А применяют для профильного шлифования деталей из закаленных легированных сталей. В ряде случаев для чистового шлифования и суперфиниширования стальных деталей используют карбид кремния марок 63С и 64С.

Зернистость абразивного материала выбирают в зависимости от размера снимаемого припуска и требуемой шероховатости обработанной поверхности (таблица 2).

Таблица 2 - Достижимый уровень шероховатости обработанной поверхности в зависимости от марки абразивного материала и зернистости . шлифовального инструмента /196/

Абразивный материал Зернистость Параметр шероховатости Яа, мкм

Электрокорунд 25-40 0,50-1,25

Карбид кремния 1.0-И 6 0,2-0,5

М40-6 0,08-0,16

Алмаз 125/100-200/160 0,63-1,25

Кубический нитрид бора 50/40-И 00/80 0,16-0,32

40/28-50/40 0,08-0,16

Твердость шлифовальных кругов назначают, исходя из правил: 1) чем выше твердость обрабатываемого материала, тем более мягким должен быть инструмент (исключение составляет шлифование цветных сплавов, сплавов на никелевой основе, коррозионно-стойких сталей, где используют инструмент высоких степеней твердости); 2) чем выше скорость шлифования, тем ниже твердость круга; 3) чем ниже зернистость, тем ниже твердость; 4) для более грубых работ необходимо использовать более мягкие круги; 5) чем больше зона контакта круга и детали, тем меньше должна быть твердость круга.

Структуру шлифовального круга определяют по следующим рекомендациям: круги с большим объемным содержанием зерен (структуры №4-^6) -для чернового шлифования; для получистового и чистового - круги структур №6-^8; для профильного - мелкозернистые круги структур № 10-И2.

Рекомендации аналогичного вида приведены и в работах /22, 119, 137, 138, 187/.

Отсюда становится понятно, что реальной возможности использовать на конкретной операции шлифования оптимальный по характеристикам инструмент, а значит, и достичь максимальной эффективности обработки не существует. Рассмотрим причину такого положения вещей.

Известно, что реальные абразивные инструменты представляют собой геометрические объемы различной формы, заполненные абразивными зернами с определенной объемной долей, сцементированными между собой связкой и распределенные в этом объеме, чаще всего случайным образом. Кроме того, сами абразивные частицы не имеют постоянного размера, формы и геометрии. Третьим компонентом обычно являются поры, так же распределенные в объеме инструмента с той или иной степенью равномерности и имеющие самые различные размеры и форму.

Рабочая поверхность инструмента представляет собой неравномерно и разновысотно выступающие абразивные зерна. Причем характер расположения вершин зерен на рабочей поверхности сложен и зависит как от зернистости инструмента, так и от концентрации зерен в его объеме, а также от условий формирования этой поверхности - условий правки (режим, вид правящего инструмента, степень закрепления зерен связкой и др.) и эксплуатации (режим резания, свойства обрабатываемого материала, СОТС и пр.). Все это не позволяет теоретически описать ни строение реального круга, ни рельеф его рабочей поверхности.

В связи с этим, используют различные модели абразивных инструментов, которые бы позволили это сделать.

Наиболее полно методика создания таковых предложена в /26/, суть которой сводится к следующему.

Абразивный инструмент, например, круг, представляется как ограниченная его размерами часть абразивного пространства, состоящего из абразивных частиц, распределенных в нем по такому же закону, как и в самом круге. Для сохранения подобия модели с объектом необходимо, чтобы частицы пространства по форме и размерам соответствовали таковым в инструменте, их масса и число были одинаковыми, сами они по отношению друг к другу зафиксированы неподвижно с помощью промежуточной среды (связки). В результате получают статистическую модель круга, абразивные частицы которого будут распределены по разным законам во внутренних слоях и наружном, окаймляющем инструмент, слое. Таким образом, АИ представляется состоящим как бы из двух частей (рисунок 2):

1) матрицы - статически неподвижной системы жестко связанных между собой частиц, "наследницы" метода ее изготовления, представляющей арсенал (запас) абразивного вещества;

2) поверхностного слоя (ПС) - динамически подвижного и непрерывно изменяющегося под воздействием обрабатываемого материала или правящего инструмента, местоположение которого непрерывно (равномерно или скачками) смещается внутрь матрицы.

Далее, на основе математического описания свойств абразивного пространства, определяются эти законы распределения абразивных частиц.

Так как именно абразивные зерна, расположенные на рабочей поверхности инструмента (в поверхностном слое), осуществляют снятие припуска с обрабатываемой заготовки, то очевидно, что именно его (ПС) характеристики и должны интересовать исследователей. Из обзора работ /22, 24, 26, 41, 76, 88, 89, 113, 114, 140, 163, 172, 174, 205, 221, 226 и др./ установлено, что

Поверхностный слой

Рисунок 2 - Фрагмент абразивного круга: 1- зерно; 2- связка; 3- пора основными параметрами, которыми необходимо характеризовать ПС, является геометрическая форма зерен; их число и закон их распределения по глубине рабочего слоя; расстояние между зернами в направлении вращения шлифовального круга и перпендикулярном к нему; степень перекрытия зерен друг другом; число зерен, участвующих в удалении припуска - рабочих зерен.

Очевидно, что все перечисленные характеристики поверхностгогс слоя определяются свойствами матрицы: объемной долей абразивных зерен в ней (концентрацией); характером их распределения, размерами и геометрической формой, степенью сцепления друг с другом.

С другой стороны, естественно предположить, что условия работы поверхностного слоя, параметры зоны его контакта с заготовкой, физико-механические и химические свойства обрабатываемого материала, требуемая производительность съема, качество обработки определяют необходимые характеристики рабочего слоя. Поэтому на следующем этапе выясняются кинематические параметры процесса взаимодействия вращающегося круга с вращающейся (или подающейся на круг) заготовкой: глубины резания, дуги и площади контакта, формы и размеры среза одним рабочим зерном. После чего определяются динамические параметры взаимодействия рабочего слоя инструмента с деталью (определение сил, напряжений, работ резания, теп-лофизических характеристик процесса) и их влияние на износ и работоспособность инструмента, свойства формируемой поверхности детали.

По полученным (установленным) на моделях закономерностям осуществляют анализ и описание процесса шлифования, намечают пути совершенствования как самого АИ, так и всей технологии обработки заготовок. Однако, по мнению автора /9/, и с ним следует согласиться, хотя данная методика и применялась ранее, но ни в одним известном ему случае не была доведена до конца или проведена в строгой последовательности от начала до конца.

Такая ситуация сохраняется по настоящее время, несмотря на то, что попытки найти сколь-нибудь приемлемое решение если не всей проблемы, то хотя бы части ее не прекращаются.

Объясняется это тем, что реализация практически каждого этапа данной методики связана со значительными трудностями, продиктованными необходимостью выявления и учета огромного количества взаимозависимых факторов, определяющих как структурные характеристики АИ, так и ход процесса шлифования, его выходные показатели. Дело усложняется еще и тем, что шлифование - быстропротекающий стохастический процесс и для его изучения, в подавляющем большинстве случаев, необходимо создавать оригинальные методики, приборы и установки. Это приводит к тому, что разные исследователи получают неоднозначные, а часто и противоречивые результаты и выводы. Подтверждением тому является факт, что даже по ключевым вопросам названной проблемы не существует единого мнения.

Так, например, очевидно, что от того, насколько полно и правильно предложенная модель матрицы отражает реальное ее строение, будут зависеть характеристики ПС, а значит, и адекватность математических моделей описывающих процесс кинематического и динамического взаимодействия АИ с заготовкой.

Однако, как показывает анализ работ, где приводятся модели структуры абразивного круга, одни исследователи /14, 54, 55, 75, 83, 128, 141, 142, 162, 179, 230/ считают, что зерна соединены между собой мостиками связки длина которых определяется объемной долей зерен в матрице круга. Отправной точкой такого мнения является то, что в соответствии с технологией изготовления абразивных кругов, при тщательном перемешивании всех компонентов (зерно, связка, наполнитель, увлажнитель) абразивной массы, центры зерен должны равномерно распределяться в объеме круга и находиться на равных расстояниях друг от друга.

В то же время, авторы /53, 96, 109, 120, 121, 161/ полагают, что абразивные зерна в кругах на керамических связках всегда находятся в контакте, так как температура его обжига превышает температуру плавления связки н? 200ч-300° С /109/ и, следовательно, жидкая текучая связка не может образовывать длинных мостиков из-за действия капиллярных сил.

Кроме того, разные исследователи предполагают различные схемы укладки зерен в теле абразивного круга. Так, автор /75/ считает, что наиболее вероятным (как наиболее равномерное и компактное) является размещение в узлах пространственной решетки, образованной на базе комбинации правильных четырехгранников (тетраэдров) и восьмигранников (октаэдров) зерен эллипсоидной формы. Аналогичную упаковку, но зерен в форме шаров, предложил Н.Н.Васильев /41/ и П.Е.Дьяченко /54/. В работах /128, 179/ гри-нято, что структура матрицы круга состоит из элементов, образованных восемью попарно соприкасающимися гранулами и характеризующихся углом текстуры (р (параллелепипед с острым углом ср). Существуют и другие точки зрения.

Отсутствие же единственной и непротиворечивой модели структуры не позволяет сформулировать требования к ее элементам и однозначно определить их параметры в зависимости от объемного содержания компонентов матрицы, а также установить адекватные реальным характеристики ПС круга. Последнее является первостепенной задачей, ибо от состояния ПС зависят рабочие свойства АИ: режущая способность, обеспечение требуемого качества шлифуемой поверхности. Считается, что наиболее точные характеристики рабочей поверхности можно получить при изучении ее топографии. С этой целью используют различные методы. В /163/ они делятся на 2 класса. Методы первого класса оценивают рельеф режущей поверхности инструмента с помощью геометрических, а второго - с помощью интегральных характеристик, которые по косвенным параметрам дают определенное представление о его состоянии (см. /163/ рисунок 1 стр. 16). Полученные тем или иным способом профили рельефа режущей поверхности идентифицируются определенным комплексом характеристик (например, комплексом, аналогичным набору параметров шероховатости поверхности), т.к. одним каким-либо параметром невозможно достаточно объективно характеризовать рельеф режущей поверхности.

В зависимости от методов исследования и записи рельефа, разные исследователи получают различные комплексы его характеристик. Так, по /163/, основываясь на том, что рабочая поверхность инструмента является изотропной поверхностью, для которой любой профиль достаточной длины содержит в себе информацию, которую можно распространять на всю поверхность, предлагается следующий набор характеристик этого профиля, а значит, и рабочей поверхности инструмента:

1. Коэффициент пористости рельефа абразивной поверхности на фиксированном уровне р и его изменение по высоте профиля (см. рисунок

3);

2. Относительная опорная длина профиля на уровне р и его изменение по высоте профиля о. гЩ1 ; (1)

3. Шаг между соседними профилями зерен на уровне р и его изменение по высоте профиля 5,р= , где - число пар пересечений профильр) ной линиеи уровня р\

4. Среднее число зерен Щру р)

5. Средний размер зерна Ь(р) на уровне р\

Ь(Р) =

N.

2) р(или 5С) р - уровень сечения профиля; / - базовая длина измерения профиля; ^шах - наибольшая высота профиля; кт - наибольшая максимальная высота неровностей; с - высота фиксированного уровня; Ь[ - протяженность неровности; /п; - протяженность поверхностной поры; /п0 -расстояние до первой неровности.

Рисунок 3 - /163/ Профиль режущей поверхности

По мнению автора, за основные из них следует принять относительную опорную длину профиля характеризующую контактную площадь рельефа на уровне р и шаг 5(Р) между соседними профилями зерен. Остальные можно определить через основные: п(р) = 1 - чР)

Ь{Р) = Чр) '

При этом отмечается, что величина Ц как функция высоты профиля характеризует режущую способность шлифовального круга и коррелируется с выходными показателями процесса шлифования.

Автор же, например, работы /204/ считает, что для полной оценки рельефа рабочей поверхности круга необходимо знать:

1) количество режущих кромок на единице поверхности круга и закон их распределения по высоте профиля (характеристику разновысотности);

2) геометрию режущих кромок (углы заострения, радиус закругления вершин и т.д.).

В ряде работ /50, 77, 89, 96 и др./ к важнейшим характеристикам состояния рабочей поверхности АИ относят еще и прочность удержания зерен связкой.

И все же подавляющее большинство исследователей за наиболее значимые характеристики ПС принимают число режущих зерен и характер их распределения на его поверхности и по глубине, а также геометрические параметры вершин этих зерен, изучению которых уделяют особое внимание.

Однако анализ работ /26, 76, 155, 163, 177, 209 и др./, посвященных теоретико-экспериментальному исследованию названных характеристик, показал, что несмотря на многочисленное исследования, выполненные в этом направлении во всем мире до сих пор не существует простого аналитического или экспериментального метода определения ни числа активных зерен на рабочей поверхности инструмента, ни закона их распределения в ПС, дающего однозначные и достоверные результаты даже в статическом его состоянии, не говоря уже о расчетах или экспериментальном установлении таковых в условиях прогрессирующего износа АИ.

Так, Резников А.Н. /177, 178/ при исследовании вопросов теплофизики шлифования, исходя из законов случайного распределения зерен эллипсовидной формы в поверхностном слое инструмента и, допустив три равновероятных положения таких зерен в матрице круга: параллельно рабочей поверхности круга и параллельно, и перпендикулярно вектору скорости, а также положение, перпендикулярное рабочей поверхности круга большой оси зерна (см. рисунок 4), т.е. параллельно оси X, параллельно оси Y, параллельно оси Z, получил выражение для расчета номинального количества зерен, располагающихся в среднем на 1 мм рабочей поверхности круга: и - (2-ог0+1Ж щ----(3)

200-7Г-аш -(х, +3сг ) где Jti - центр группирования зерен различных размеров в порошке определ-ной зернистости, который связан с номинальным (паспортным) размером зерна хн соотношением хн: х\ = сх • хн ; о= С2 • хн - среднеквадратичное отклонение размеров зерен.

После подстановки значения х\ и а в формулу (3), она приняла вид:

Щ---j-j-J- > (4)

200-тг-аш-х„ -(с, + Зс2") где К - концентрация алмазов в круге, %. Если объем зерен составляет 1/4 объема круга, то К= 100%; а0 - соотношение между площадью сечения зерна и площадью круга, проведенного через наибольший размер этого сечения как диаметр (по автору, «0^0,5-7-0,6). Малая же ось эллипса, к которому приведены контуры сечения зерна, будет равна а=а0 ■ х. ат - отношение фактического объема зерна W3 с наибольшей диагональю Хн к объему шара, описанного вокруг зерна, т.е.: а, ш з •

71 ■ X,.

5)

Для алмазных зерен ориентировочно принято С1=0,77; с2~0,105; 0,6; аш=0,36 и о =

65 ■ х,

2 '

6)

Рисунок 4 - Схема расположения зерен в круге

В связи с неизбежной потерей зерен в процессе шлифования и правки, фактическое количество зерен пв на поверхности круга будет меньше номинального щ на величину щ£к, т.е. пв= щ-По - £к= По - {1 ~£к), (7) с где £к = —^ - относительное критическое значение глубины заделки зерен в

Хп связке, при которой прочность их закрепления будет недостаточной, чтобы противостоять вырыванию зерен из связки. По данным автора, £к = 0,2ч-0,7. Меньшие значения принимаются для малых зернистостей и металлических связок, большие - для крупнозернистых кругов на бакелитовой связке.

Практически значение £к определяют, сравнивая значение п0, рассчитанное по формулам (4) или (6) со средним количеством зерен, видимых на 1 мм2 поверхности круга, при рассмотрении ее под микроскопом. Число же зерен, участвующих в резании, будет еще меньше, чем щ , т.к. вершины зерен расположены на различном уровне над связкой и только часть их попадет в слой, ограниченный глубиной резания.

Предположив, что распределение вершин зерен по глубине поверхностного слоя Дтах (расстояние от вершины наиболее выступающего зерна до уровня связки) можно описать, с достаточной степенью надежности, кривой нормального распределения со среднеквадратичным отклонением оь® и а центром группирования А = 0,5Атах, автор получил теоретически формулу для расчета числа режущих зерен на заданной глубине резания V.

Пр-щ -(1-е)-т, (8) где /77=0.5'

1-Ф

4.24 t ^ — -0.35

V^max J

Значения пр можно определить и экспериментально. Так, например, по данным С. Г. Редько /17/, количество рабочих зерен составляет

Ир =(0,1-0,12) По. (9)

С.Г.Редько и А.В.Королев /174/ изучали распределение абразивных зерен по глубине рабочего слоя на рабочей поверхности шлифовального круга путем измерения расстояния между вершинами зерен (в радиальном направлении круга) с помощью микроскопа. В результате анализа полученных экспериментальных данных, авторы отмечают, что наиболее точно распределение зерен можно охарактеризовать глубиной залегания #0 половины всех измеренных зерен и характером их распределения на этой глубине, который можно описать следующей показательной функцией

ZZ=a-#0k. (Ю)

Именно эти зерна участвуют, по мнению авторов, в резании и формируют обработанную поверхность. Глубина залегания Н0 и показатель степени к зависят от режима и метода правки круга.

А.В. Королев и Ю.К. Новоселов /89/ предприняли попытку рассмотреть расположение режущих граней зерен по нормали к рабочей поверхности инструмента с учетом распределения их размеров, величины выступания их над связкой и неровностей самой связки. В результате авторы получают выражение функции распределения вершин зерен по глубине рабочего слоя инструмента F(x), достаточно сложное для ее вычисления. В связи с чем, для практических расчетов, они предложили аппроксимировать ее степенной зависимостью:

F(x) = 0.24• (1.7-—)2'75 при 0< —<1.75 (11) d0 или функцией распределения

-1,65-(0.2+—)2 х

F(x) = e d° при—>-0.2. (12) d0

Тогда, если на единице рабочей поверхности абразивного инструмента находится общее число Z0 выступающих над связкой зерен, то число зерен Zx от числа Zq на участке (х,+оо) расстояния от среднего уровня связки соответствует вероятности F(x), т.е.:

ZX=Z0 F(x). (13)

При этом за начало координат приняты наиболее выступающие вершины зерен, расположенные на расстоянии 1,75 d0 от средней линии профиля связки.

А.К.Байкалов /26/, обобщая результаты ранее проведенных работ /88, 113, 160, 164, 174, 178, 205, 220, 221, 226 и др./, отмечает, что сложность явлений при шлифовании порождает многообразие точек зрения на строение рабочего слоя и математических интерпретаций полученных экспериментальных данных. Были использованы вероятностные законы описания распределения абразивных зерен в объеме рабочего слоя: равномерный, параболический, нормальный (см. таблицу 3, а также работы /88, 178/); степенная функция /174/; бета-распределение /205/; логарифмически нормальное распределение и Г- распределение /221/. Не умоляя значимости перечисленных работ и оригинальных методик исследований, автор /26/ отмечает один общий недостаток, присущий большинству рассмотренных исследований, и с ним можно согласиться. Наружный абразивный слой анализируется как отдельная самостоятельная часть инструмента, без учета ее связи с абразивной матрицей, из которой она непрерывно образуется. Учтя этот недостаток, автор показывает, что пуассоновское абразивное пространство (матрица) со статически равномерным распределением зерен сохраняет свое влияние, поскольку зерна неподвижно зафиксированы связкой по отношению друг к другу, до последнего самого выступающего зерна. Использовав прием искусственного разделения абразивного пространства на две части, он теоретически установил параболический закон распределения зерен в наружном абразивном слое, возникающий в силу статической асимметрии расположения частиц по толщине (глубине) этого слоя, соизмеримой с размерами самих частиц. Так как закономерность распределения частиц в рабочем слое выведена не из вероятного случайного распределения частиц в самом слое, а из закона распределения зерен в матрице инструмента, то можно, по мнению автора, считать установленным, что распределение группировки центров зерен, находящихся в каждом слое поверхности инструмента, тяготеет к параболической кривой, представляющей геометрическое место средних значений (математических ожиданий), плотностей зерен по дифференциально нарастающей глубине слоя.

Разноречивые же результаты разных исследователей, убедительно подтверждаемые экспериментами, являются лишь аппроксимацией распределения вершин зерен (режущих кромок) в данном шлифовальном круге для данных условий эксперимента, отражающие особенности методики его определения.

Так как число зерен в слое и формы вершин зерен задаются случайно при правке и эксплуатации, а методика и способ их определения также вно

Таблица 3 -Распределение режущих кромок в рабочем слое шлифовальных кругов по данным зарубежных исследователей /113/

Исследователь Закон распределения Режущих кромок к, мкм Круг

Сасаки и Окамура Нормальный 12 ДУАбООЫнбОУ

Ориока Параболический 10 ОСбОК

Пекленик Равномерный 3-24 ЕК36.Г(Н,6)8

Брюкнер Равномерный 20 ЕК36.Г5, ЕК6016, ЕК80Л

Мацуи и Седзи Равномерный 2 \УА80НтУ

Ида и др. Параболический (0-7мкм) 10 Б32050М

Накаяма Равномерный 40

Сато, Мацуи и Хориути Равномерный 5 \¥А60КтУ

Хонда, Симуда и Хакадзава 2 76 Пропорционально Ь ' 7 А601

Ито и ОТО Нормальный 12 \VA60K9V

Примечание: к - приблизительная глубина абразивного слоя, на которой определяется закон распределения режущих кромок. сят искажения, то исследователи не получают однозначно совпадающих зависимостей.

Несмотря на верное замечание, сделанное в адрес предшественников, выразившееся в том, что они не связывают характеристики ПС со структурными параметрами матрицы, сам автор /26/ также ограничился только доказательством того, что распределение зерен по высоте рабочего слоя можно аппроксимировать либо параболой, либо уравнением вида Хх = а- к*. С практической же точки зрения, важно иметь выражение, связывающее число р з. режущих зерен АИ с параметрами структуры его матрицы, в частности, размерами зерен абразива и их концентрацией. В настоящее же время, в большинстве случаев, этот расчет производится по выражению: гсР.з=Ы2/3-я, (14) где - число зерен в единице объема матрицы; а - эмпирический коэффициент, характеризующий отношение числа контактирующих зерен к общему их числу на рабочей поверхности АИ (см. формулы 8, 9).

При этом за «точность» такого расчета говорит тот факт, что по разным рекомендациям, значение коэффициента а принимается от 0,05 до 0,8.

Аналогичным образом обстоят дела и при решении задачи моделирования связей между характеристиками АИ и выходными показателями процесса шлифования. Обычно такие исследования имеют целью оптимизацию операции шлифования в целом (по какому-либо критерию: минимальной себестоимости или максимальной ее производительности - минимум штучного времени) при ограничениях, накладываемых условиями реализации операции или технико-технологическими требованиями к детали, путем подбора или расчета наиболее благоприятного сочетания характеристик АИ (из номенклатуры выпускаемых) и параметров режима шлифования.

Данная задача в той или иной степени решается практически в каждой работе, посвященной вопросам оптимального режимно-инсТрументального оснащения операции абразивной обработки. Но наиболее существенные и обобщенные результаты достигнуты в тех из них, где используется принцип системного подхода, когда шлифовальная операция представляется как большая техническая система, состоящая из подсистем станка, приспособления, инструмента, заготовки, зоны контакта, СОТС (см. например, работы /73, 89, 125, 128, 136, 140, 141, 157, и др./). И тем не менее ни одна из них не может претендовать на существенную полноту установления и адекватность математического описания взаимосвязей между подсистемами, а значит, и на объективность результатов решения названной проблемы. Анализ, с этих позиций, результатов даже тех работ последнего времени, непосредственной целью которых является оптимизация либо процесса шлифования /75, 96, 179/, либо конкретной операции абразивной обработки /125, 157/ с учетом характеристик исследуемого АИ, либо посвященных именно разработке принципов построения системы проектирования АИ, как, например, работа /128/, показал, что и здесь присутствуют существенные объективные и субъективные недостатки, ограничивающие их научно-практическую ценность.

Так, представленные в /128/ математические модели систем ограничений целевых функций включают параметры, определение которых само по себе является до сих пор нерешенной задачей, например, число режущих зерен на рабочей поверхности, либо базируется на экспериментальных зависимостях, характерных только для условий конкретного лабораторного опыта. Последнее касается в наибольшей степени систем неравенств, описывающих модель процесса шлифования, основу которых составляют степенные зависимости выходных показателей (77) процесса (шероховатости, мощности шпинделя, стойкости инструмента, температуры и т.п.) от параметров режима (у, 0 вида:

П=Сп -Vх" -/2п.

Кроме того, в работе не учтены и известные взаимозависимости некоторых входных и выходных параметров. В частности, число режущих зерен определяется не только структурными параметрами АИ, как в модели автора, но и является функцией интенсивности съема обрабатываемого материала, задаваемой параметрами режима шлифования. Вызывает сомнение и достаточность некоторых условий, предложенных здесь в качестве базовых ограничений. Так, условие обрабатываемости материала имеет вид: НЦ8>2НУМ т.е. микротвердость абразива должна превосходить как минимум в 2 раза микротвердость материала заготовки. Объемное же содержание пор в АИ ограничено 48%, когда практикой показана высокая эффективность высокопористых кругов (пористостью до 60% и более) /161, 166, 168, 169, 170, 190 и др./. Следует отметить также, что в комплекс ограничений, например, на производительность обработки, не включены такие характеристики, как прочность удержания зерен на рабочей поверхности и их собственная прочность. В то же время очевидно, что именно этими характеристиками определяется потенциально возможный объем единичного среза, а значит, и интенсивность съема припуска, т.е. производительность.

Этого же недостает и комплексу математических зависимостей, описывающих процесс бесприжогового шлифования, разработанный Катениным Е.П. /75/. Кроме того, здесь отсутствует ограничение производительности шлифования по допустимой степени заполнения пор на рабочей поверхности АИ, тогда как основной причиной прижогов является засаливание последней из-за нехватки объема поверхностных пор для размещения отходов шлифования.

В работе /96/ напротив, в качестве основы ограничений на производительность приняты условия достижения нагрузки на зерно, равной прочности его удержания или его собственной прочности и предельной степени заполнения пор отходами шлифования. Ограничения же, вытекающие из требований к точности обработки, а также технических характеристик шлифовального станка вообще не принимаются во внимание.

Технико-технологические ограничения на производительность операции шлифования наиболее полно учтены в работах /125 и 157/. Однако структурные характеристики круга, напрямую вошедшие в математические модели ограничений целевой функции по осыпаемости шлифовального круга, представлены только как факторы, влияющие на прочность удержания зерен. При этом за основу расчета параметров мостиков связки, скрепляющей зерна, взята модель абразивного круга, предложеннная Фадюшилым О.С. /201/, которая предполагает, что, начиная с номера структуры 4 и выше, число контактов каждого зерна сферической формы диаметром ¿4 с соседними в матрице круга неизменно и равно шести, а расстояние г между зернами в этих случаях может быть подсчитано по выражению: г=а3-{ з/—^—1), (15)

6-Ж3 где Ж3- объемная доля зерен в матрице.

Однако данную формулу нельзя считать корректной, так как для всего реального диапазона значений ]¥3 она дает отрицательные значения г. Кроме того, и среднее число зерен п3,п. на рабочей поверхности круга принято равным: т2/3

Щ.Т1. d

6-W3

16;

71 исходя из слишком грубого (что показано выше) допущения: и3.п =[ «з.]2/3, (17) где п3 = d 3

12 / 3

6-W

7r-d3\

- количество зерен в единице объема матрицы шлифовального круга, т.е. плотность распределения зерен и в матрице, и в ПС одинакова.

Это дает основание заключить, что и функциональные зависимости критической силы самозатачивания на зерне в зависимости от характеристики круга, выведенные автором /157/ на базе этих формул, также некорректны. Такое же допущение сделал Николаенко A.A. /125/ при выводе формулы для расчета количества зерен К0 на единице площади рабочей поверхности круга:

W -К. W к0=-^^-г—>- (18)

W3 + Wc+WH)-d02 wn где К\ - поправочный коэффициент на измененное условие шлифования, определяемый экспериментально.

При этом в качестве исходной принята модель Умино К. /200/, представляющая круг как систему абразивных зерен кубической формы со стороной d3, распределенных в кубическом порядке и соединенных между собой по каждой из шести граней одинаковыми мостиками связки прямоугольного сечения. Это само по себе является, в свете современного представления о строении АИ, слишком грубым допущением. Кроме того, утверждение о том, что фактическое число зерен на рабочей поверхности круга зависит от отношения объемного содержания связки Жс к объемному содержанию пор 1¥пор неверно, т.к. оно может изменяться для одной и той же объемной доли зерна, например, для 1¥3 =0,52 (пятая структура), от 0,032 для кругов твердостью ВМ2 до 1,0 для кругов твердостью ЧТ1 (см., например, таблицу 17 стр. 81 в /72/). Это означает, что при одном и том же количестве абразивных зерен в единице объема круга их концентрация К0 на рабочей поверхности может отличаться в 30 раз, что мало похоже на действительность.

Кроме того, ни в одной из рассматриваемых работ не учитывается тот факт, что в процессе работы круга зерна изнашиваются и в результате изменяются не только геометрические параметры их вершин, но и нарастает их число. Существует также и ряд других нерешенных вопросов названной проблемы, которые будут проанализированы по ходу изложения результатов данной работы.

Однако, приведенного здесь анализа научно-технической информации достаточно, чтобы сделать следующие вполне объективные выводы.

1. Несмотря на то, что исследованию процесса абразивной обработки посвящено огромное число работ как у нас в стране, так и за рубежом чрезмерная его сложность не позволила до сих пор сформировать единый взгляд ни на природу и ход физических явлений при шлифовании, ни на кинематику и динамику процесса взаимодействия АИ с заготовкой.

2. Выполненные работы слишком разнородны с методической точки зрения, а во многих из них исследуются лишь узкие вопросы, часто в отрыве от общего комплекса физических явлений, протекающих при шлифовании.

3. Решение задач оптимизации не только самого процесса, но и характеристик АИ базируется на математических моделях, в состав которых входят либо отдельные данные, либо целиком зависимости, полученные экспериментальным путем. Это ограничивает использование моделей рамками опыта.

4. Попытки комплексного аналитического решения задачи наиболее целесообразного инструментально-режимного оснащения операции шлифования также не увенчались сколь-нибудь значительными успехами, хотя именно этот путь следует считать наиболее перспективным.

5. Вопросы проектирования как АИ, так и операции абразивной обработки в целом, носят рекомендательный характер, базируясь, в основном, лишь на частных экспериментальных зависимостях, и не увязываются с технологией его изготовления, а также с технико-технологическими требованиями, предъявляемыми к детали.

6. Слабо проработаны вопросы описания функциональных связей структурных параметров АИ с характеристиками его ПС, выходными показателям процесса шлифования и технологическим обеспечением качества прошлифованных поверхностей.

7. Отсутствуют четкие критерии оптимизации, определяющие целесообразность применения АИ тех или иных характеристик на данной операции.

8. Не решена и задача рационального использования АИ заданных характеристик в условиях конкретной операции.

Учитывая эти выводы, следует заключить, что решить проблему оптимального инструментально-режимного оснащения операций шлифования можно только, имея научно-обоснованный и надежный алгоритм расчета и проектирования АИ с оптимальными для каждой конкретной операции характеристиками с учетом условий ее осуществления, разработанный на базе аналитических моделей строения структуры АИ и его взаимодействия с обрабатываемым материалом. Это позволило бы спроектировать инструмент не только нужной геометрической формы и конструкции, что возможно и сейчас, но и с требуемыми характеристиками зерна и связки, параметрами структуры.

Второй проблемой, стоящей на пути использования потребителями абразивного инструмента оптимальных характеристик, особенно высокоструктурных, является обеспечение возможностей его промышленного изготовления, т.е. создание надежной и экологически чистой технологии получения такого инструмента. Изложим более подробно существо данной проблемы.

Разнообразие условий обработки шлифованием (уровень производительности, обрабатываемый материал, технические требования по точности и качеству обработки, способ шлифования, тип абразивного инструмента и т.п.) предполагает изменение структурных характеристик АИ (объемных долей: зерна - К3; связки - Ксв; пор - Кп) в довольно широких пределах. Так, К3 для алмазных кругов меняется от 12,5 до 50%, а абразивных - от 38 до 52%; i<"CB - от 0,5 до 38% в абразивных кругах и от 10 до 50% в алмазных. Изменение Кп в в абразивном инструменте возможно от 24 до 49,5%. Алмазные инструменты практически не имеют пор. По принятой в отечественной абразивной промышленности системе пористость шлифовальных кругов одной и той же твердости (Ксв = const) не зависит от номера их структуры, т.е. от К3 и является постоянной. Изменение же Кп обеспечивается только за счет снижения или повышения твердости круга, т.е. Ксв /109/. Считается, что с повышением номера структуры (снижением К3) размеры каждой отдельной поры увеличиваются, что при неизменном общем их объеме приводит к уменьшению их числа. Распределение же пор по объему круга является произвольным.

При изготовлении абразивных инструментов, кроме получения требуемого соотношения между параметрами структуры, необходимо обеспечить максимально равномерное распределение по его объему и самих компонентов (зерна, связки и пор). Действительно, шлифование представляет собой процесс массового микрорезания обрабатываемого материала отдельными абразивными зернами, и потому логично предположить, что наиболее благоприятные условия работы режущих зерен будут в случае, когда постед ние расположены равномерно по его рабочей поверхности. В этом случае равномерно между ними распределяется и нагрузка шлифования, а значит, наиболее полно будет реализована потенциальная режущая способность и зерен, и круга в целом. Такое возможно, если абразивные зерна равномерно расположены и в объеме инструмента. Адекватное зернам распределение пор и связки в круге также положительно скажется не только на физико-механических, но и на его эксплуатационных характеристиках. Однако равномерное распределение зерен, связки и пор в инструменте хотя и необходимое, но не достаточное условие для благоприятной работы режущего абразивного зерна. Необходимо, чтобы перед каждым таким зерном на рабочей поверхности круга имелось свободное пространство для размещения срезаемой зерном стружки, частиц шлама (продуктов износа предшествующего зерна), смазочно-охлаждающих средств и др. Другими словами, сформирована поверхностная пора. При этом объем этой поры (пространства) должен быть возможно большим, а ее форма близка к сферической для того, чтобы отходы микрорезания размещались в ней максимально свободно при прохождении зерном зоны контакта с деталью и наиболее легко удалялись во время его свободного пробега. Увеличить объем поверхностной поры можно только увеличивая размер пор в теле круга, т.е. повышая его объемную пористость. При этом следует иметь в виду, что число объемных пор должно быть равно числу зерен в объеме круга. Последнее означает, что увеличить объем единичной поры можно, снизив число зерен, т.е. объемную долю зерен в круге. Это справедливо, если объемная доля связки в круге остается постоянной. При фиксированной объемной доле зерен в круге увеличить объемную долю пор можно только за счет уменьшения Ксв. При этом для сохранения прочности закрепления зерна на рабочей поверхности круга и прочности круга в целом, необходимо иметь более прочную связку, если ее уменьшенного количества будет недостаточно для обеспечения необходимых прочностных свойств. Тот факт, что круги повышенной пористости работают более эффективно, при всех прочих равных условиях, известен давно. Так, например, еще в 1951 году Рахмаровой Н.С. /170/ показано, что при работе высокопористыми шлифкругами толщина дефектного поверхностного слоя уменьшается в 3-5 раз, температура в зоне шлифования снижается, прижоги ликвидируются. Окамура и Сасаки /132/ пришли к выводу, что съем металла при шлифовании не зависит от процентного содержания абразивных зерен (структуры) в круге, но с повышением его пористости возрастает. Чтобы предотвратить "засаливание", нужно, по мнению Я.^УЪеШе /229/, выбирать шлифкруги с большей пористостью.

Таким образом, для того, чтобы повысить пористость шлифкруга, необходимо либо снизить объемную долю зерна, либо связки, либо того и другого вместе. С другой стороны, первое уменьшает количество зерен на рабочей поверхности инструмента и приводит к увеличению нагрузки на зерно; второе снижает прочность закрепления зерна и объемную прочность шлиф-круга. При одновременном снижении объемной доли зерен и связки оба процесса идут параллельно, но с разным эффектом. Так, снижение К3 приводит к увеличению размеров мостиков связки, скрепляющих зерна, из-за уменьшения их числа, вызванному снижением числа контактов между зернами - координационного числа. Уменьшение же объемной доли связки однозначно ведет к снижению прочности удержания зерен на рабочей поверхности инструмента и его объемной прочности.

Сказанное наиболее характерно для инструмента с высокой концентрацией зерен. В таких инструментах их каркас сформирован абразивными зернами, а связка их только "цементирует" (инструмент на керамических связках). Для такого инструмента достичь существенного увеличения пористости можно только за счет снижения концентрации абразивных зерен (К3). Тем более, что и значение К3 в таких инструментах в большинстве случаев находится в пределах 50%, т.е. значительно превосходит среднее значение Я"св=10-15%.

На этот вариант работает и то, что в шлифовальных инструментах (за исключением инструментов на гибкой или эластичной основе) количество активных (участвующих в резании) зерен (Со) не превышает 10 - 15 %. Остальные - удаляются во время правок или в процессе самозатачивания неиспользованными. Поэтому можно также предположить, что уменьшение К3 до какого-то предела вообще не вызовет каких-либо неблагоприятных последствий, с точки зрения кинематики процесса шлифования. В частности, не будет наблюдаться, как принято считать, увеличения нагрузки на отдельное активное зерно. Просто с уменьшением К3 возрастет процент активных зерен АС:

АС=^, (19) С где Са - число активных зерен на рабочей поверхности,

С - общее число зерен. Ибо понятно, что уровень 10 - 15% не может оставаться для любого К3. При увеличении К3 до 100% он уменьшается, асимптотически приближаясь к нулю, а с уменьшением К3 до 0 доля активных зерен повышается и может достигнуть 100% при каком-то К3 = Ккр. Таким образом, однозначно говорить об увеличении нагрузки на зерно из-за уменьшения К3 можно, только если 0 < К3 < Кр (см. рисунок 5).

Рисунок 5 - Зависимость доли активных зерен АС от их концентрации К3

В инструменте же из сверхтвердых материалов (СТМ) основным резервом повышения пористости следует считать уменьшение объемного содержания связки (связующее + наполнитель) - Ксв. Ибо эти инструменты характеризуются относительно малой объемной долей абразивных зерен (12,7 -37,5%). Остальной объем заполняется обычно связкой, хотя такого ее количества для обеспечения требуемой прочности закрепления зерен на рабочей поверхности не требуется.

Изложенное позволяет заключить, что принципиально возможно варьировать объемными долями зерна, связки и пор в довольно широких пределах, а значит, возможно получить инструмент с оптимальным их значением для каждой конкретной операции шлифования. При этом оптимальной следует считать структуру, в которой обеспечено требуемое соотношение не только К3, Ксв и Кп, но и размеров зерна (¿4) и пор (¿/п), а также выполнены условия: число пор равно числу зерен; распределение компонентов по объему круга максимально равномернобГ^^

Обеспечить такую структуру по существующей классической технологии, когда абразивный инструмент получают из абразивной массы, состоящей из смеси абразивных зерен, компонентов связки и клеящего вещества (временного связующего), а инструменты различной твердости и структуры изготавливают с использованием связки постоянного шихтового состава, изменяя только соотношение объемов зерна, связки и пор, не представляется возможным. Шихтовой состав связки если и меняют (существует значительное количество связок разнообразного шихтового состава), то только с целью получения после обжига керамического материала связки с различными физико-механическими свойствами (прочность, адгезионная активность к зерну, теплопроводность и т.д.). ГОСТом предусматривается изготовление инструментов 12 номеров структуры и 18 степеней твердостей, получаемых за счет изменения объемной доли зерен в диапазоне 62-38%, связки - 0,538%. При этом их объемная пористость получается в пределах 24-49,5%. Традиционная же технология позволяет более или менее надежно получать инструмент с объемным содержанием: зерна 46-52%, т.е. средних номеров структур; связки от 4,5 до 30% и пористостью 24-43,5%.

Попытки получать инструмент с более низким содержанием зерна, не изменяя Ксв, и за счет этого увеличивать его объемную пористость наталкиваются на следующую трудность.

В прессовке круга из такой абразивной массы зерна, при равномерном их распределении, будут контактировать друг с другом через прослойки связки. Во время обжига связка расплавится и зерна под действием собственного веса и сил поверхностного натяжения связки в местах их контактов начнут смещаться навстречу друг другу и сформируют жесткий каркас, но меньшего объема. Произойдет так называемая усадка круга. В результате получится круг с большим и более высокой степени твердости (большим Ксв), а значит, еще меньшей пористости, чем у круга с большим К3, но изготовленного без усадки.

Кроме того, и прессовки из такой массы получаются рыхлыми и непрочными из-за ненадлежащего заполнения прессформы абразивной массой. Во избежание этого недостающий объем зерен дополняют равным ему объемом связки, хотя для выполнения своей основной функции - обеспечения требуемой прочности удержания зерна на рабочей поверхности круга, такого количества связки не требуется.

Итак, показано, что обеспечение устойчивого каркаса зерен и прочности сырца при изготовлении кругов с К3 < 50% за счет введения в абразивную массу дополнительного (к необходимому) количества связки неэффективно. В этом случае, если связка плавящаяся, круг дает усадку, а если спекающаяся - не обеспечивается необходимая прочность удержания зерна на рабочей поверхности круга и прочность круга в целом.

Причем, со снижением объемной доли зерен в абразивной массе уже на стадии формования увеличивается неравномерность их расположения по объему круга, так как зерна не контактируют друг с другом и поэтому жесткого каркаса из зерен не получается. Повышенное содержание связки снижает потенциально возможную пористость круга, а значит, и поверхностную пористость, в результате чего теплонапряженность процесса шлифования повышается.

Кроме того, при такой технологии, процесс образования пор в объеме круга идет произвольно (неуправляемо). В результате получаются поры нерегулярные как по форме, так и по объему и расположению.

Очевидно, во избежание этого необходимо, чтобы недостающий обьем прессовки дополнялся введением в абразивную массу какого-либо наполнителя определенного гранулометрического состава. При этом на стадии формования он выполнял бы роль опоры для зерен, равномерно их распределяя по объему и создавая жесткий каркас, а во время термообработки круга или непосредственно во время его эксплуатации удалялся, формируя пору.

К настоящему времени с использованием такого подхода предложено большое количество способов изготовления АИ с повышенным содержанием пор. Анализ этих технических решений позволил свести все их многообразие к следующим группам (рисунок 6).

Наиболее обширную группу представляют способы, использующие в качестве наполнителя выгорающие при обжиге или термообработке инструмента вещества. Такие наполнители на стадии прессования обеспечивают равномерное расположение зерен, выполняя функцию дистанционного элемента, а во время темообработки выгорают, оставляя после себя поры. Так, по а.с. ЧССР /18/, в состав абразивной массы вводится от 1 до 10 частей гранулированного карбомида [Со(№)2)2]; по заявке /62/ (Япония) -пробковые частицы диаметром 0,5-1мм; по а.с. (СССР) /5/ предлагается вводить сетку из выгорающего материала; по пат. США /151/ - частицы парадихлорбензо-ла, по пат. ФРГ /150/ - нафталин, опилки, пробку, синтетические материалы; по заявке /61/ (Швеция) - пентаэритритол, дипентаэритритол и их смеси; по а.с. НРБ /15, 17/ и пат. ПНР /148/ в качестве наполнителя используются вещества на основе стирола и т.д.

Вторая группа представляет собой способы, в которых повышение пористости абразивного инструмента достигается за счет введения полых сферических частиц, невыгорающих при обжиге. Так, по пат. Австрии /146/, ин

Уменьшение объемной доли связки

Вспенивание абразивной массы

Наполнители с высокой собственной пористостью

Изменение технологических параметров

Испаряющиеся наполнители при термообработке и в к о ч т> св о СП о. и о го с II а. и х > X

ЧО 5 О 2 о О

Си О

ЧО 1-1 ^

00 О

Г- о

•I- го О (М 11 II р. я га = х > Ж м О

СП <

00 о

ЧО оо о к о о ' .1 о го сч о Он с« г

Наполнители, выгорающие при термообработке

Наполнители, плавящиеся при термообработке о ^

V© 1П 1Г> N с-Г и и Й с л о « к <и н о

ЕГ Л Ч и § со к

Наполнители с низкой механической прочностью

Наполнители, выгорающие при температуре шлифования

Наполнители, вымываемые СОЖ и

X т

Я"

О. со ьГ о

2 и о о. о 4 О

8 св И

О О, С С к" ^ ы ч к с р а л И о о Й И оч о ю ей о И о ч в

-1

II -еей О. и и

Наполнители, выплавляющиеся при температуре шлифования и а о а о в >в в я и й £ св « О Ч

О « о а о Л о С

СП н сч оо ЧО гч о В о и

Рисунок 6 - Классификация методов формирования пористых структур абразивного инструмента струмент содержит большое число полых гранул диаметром 500±5 мкм, заполненных смазывающим веществом; по патенту Австрии /153/ инструмент изготавливают из полых абразивных зерен, заполненных частично или полностью одним или несколькими активными наполнителями.

Основное назначение этих решений - повысить эффективность процесса шлифования за счет введения в зону резания смазывающих и активных веществ, а не изменить структуру.

По пат. Англии /144/ используется наполнитель в форме полых сфер из алюмосиликата; по заявке Японии /64/ - неорганический наполнитель в виде полых элементов, по пат. Англии /149/ - частицы сферической формы (из смолы, керамики, стекла), по а.с. СССР /1/ - полые тонкостенные электрокорундовые частицы размером 0.45-0.65 размера зерна.

Созданию и исследованию работоспособности высокопористых шлиф-кругов посвящено большое количество работ, выполненных в разное время /110, 131, 133, 161, 188, 189, 190, 191, и др./. В этих работах испытывались круги, изготовленные различными способами как первой группы, например, в работе /161/, где в качестве порообразователя использовался бисер сополимера марки МСН зернистостью 40, 80 и 125, так и круги, полученные с применением невыгорающих полых микросфер, например, в работах /131, 161, 188, 189, 190/. Производственные испытания работоспособности кругов показали, что эффективность процесса шлифования повышается. Однако анализ использования различных видов наполнителей, наряду с их возможностями по формированию необходимой структуры круга, выявил и их принципиальные недостатки.

Так, общей отрицательной чертой выгорающих наполнителей является выделение вредных веществ в атмосферу при обжиге, а также склонность к трещинообразованию вследствие того, что при сгорании наполнителя выделяется большой объем газов, которые, выходя на поверхность круга, образуют сеть крупных пор, сообщающихся друг с другом каналами, ослабляя тем самым мостики связки, и значит, снижая прочность круга в целом и его работоспособность. Кроме того, выделяющиеся газы, как правило, токсичны, загрязняют окружающую среду и нарушают состав атмосферы газовой печи. Золистые вещества, оставшиеся в круге после сгорания наполнителя при расплавлении связки, попадают в нее в виде включений, становясь концентраторами напряжений, снижают дополнительно ее прочность. Плавящиеся наполнители растворяются в связке и изменяют ее состав, это отрицательно сказывается на ее физико-механических свойствах. Кроме того, такие наполнители не позволяют значительно увеличить пористость, т.к. их объем при расплавлении практически не меняется. Скорее всего, эффект достигается только регулярностью структуры (более равномерным распределением зерен и пор по объему круга), а также за счет упорядочивания формы пор.

Формирование пористой структуры абразивных инструментов возможно путем вспенивания абразивной массы во время спекания или обжига за счет изменения технологических параметров термообработки и введение наполнителей, испаряющихся или вспучивающихся (увеличивающихся в объеме) /3, 19, 21, 63/. Так, в способе изготовления абразивного инструмента /21/ термообработку кругов из абразивной массы, включающей абразивные зерна, фенолформальдегидную смолу, наполнители, предложено проводить в закрытой прессформе с повышенной скоростью нагрева (30-90 град./мин) до температуры 270-400°С. При этом объем абразивной массы берут в пределах 20-^-60% объема плотного круга. В этих условиях абразивная масса вспенивается с образованием пор, заполняя весь объем прессформы.

В инструменте, полученном по /3/, абразивную массу, свободно уложенную в прессформу, спекают, нагревая от комнатной температуры до 180-200°С со скоростью не более 5град./мин. Здесь поры образуются за счет газов, возникающих в процессе полимеризации. В техническом решении /63/, для образования пор используют наполнитель в виде неорганической осадочной породы, вспенивающего агента и окиси алюминия. По /19/, в качестве порообразователя используют насыщенный водой кокс.

К недостатком этих способов следует отнести крайне неоднородное распределение пор, их объемов и форм, в том числе и в мостиках связки. Кроме того, часть газов выделяется в атмосферу, образуя множество нитевидных каналов, ослабляющих структуру круга и прочность закрепления зерен связкой.

К особому (поверхностному) типу порообразователей относятся вещества, разлагающиеся не в процессе изготовления, а в ходе эксплуатации инструмента. К ним относятся материалы, которые размягчаются при нагревании с образованием продукта, растворимого СОЖ, и вымываемые ею при шлифовании. Так, согласно /20/, в качестве такого наполнителя использованы соли щелочных металлов и угольной кислоты (гидрокарбонаты, нейтральные карбонаты и т.п.), а в /2/ - кристаллы или гранулы размером 0,01^-5 мм фосфата аммония.

Основной положительный эффект достигается за счет того, что при нагревании выше 60°С гидрокарбонаты, например, натрия, переходят в нейтральную соль (2ЫаНС0з=Ка2С0з+С02+Н20). При этом значительная часть углекислого газа и паров воды задерживается в твердеющем абразивном ^руге, формируя его пористую структуру уже на стадии изготовления. Во время шлифования за счет вымывания карбоната создается дополнительная пористость. Таким способом можно получать только поры незначительных размеров. При формировании же крупных пор и вымывании соответствующего количества вещества, происходит разупрочнение связки и снижение прочности удержания зерен абразива на рабочей поверхности круга. Кроме того, эти вещества при измельчении и смешивании комкуются, затрудняя получение однородной массы /3/, а некоторые из них разлагаются с выделением вредных паров и газов, например, фосфат аммония (ГПЛ=192°С) с выделением азотистоводородной кислоты МН3. Введение в абразивную массу, например, для изготовления алмазного инструмента, в качестве наполнителей металлов с низкой температурой плавления (олова, висмута, свинца) (см. например, /16/ - а.с. СССР 220089, 268231) можно отнести также к способам повышения поверхностной пористости, т.к. их частицы, выплавляясь, при температуре шлифования, освобождают место для отходов микрорезания. Хотя причина их введения - в создании эффекта поверхностной активации обрабатываемого материала. Оба эти эффекта усилены техническим решением автора /10, 103/ за счет введения в состав массы, содержащей легкоплавкий металлический наполнитель, порошка металла с низкой температурой вспышки (магния). Частицы этого наполнителя под действием температуры шлифования, развиваемой на абразивных зернах, воспламеняются, выделяя дополнительное количество тепла, для более надежного расплавления частиц легкоплавкого материала, а на месте первых образуются поры. Т.к. в состар массы такого наполнителя вводится до 40% по объему, то прирост поверхностной пористости очень значителен, а условия работы режущих зерен облегчаются настолько, что их расход снижается до двух раз при одновременном увеличении производительности шлифования до 1,5 раз.

Введение в состав абразивных масс наполнителей с низкой механической прочностью, таких, например, как графит, дисульфид молибдена, сера и т.п., также приводит к повышению поверхностной пористости рабочего слоя абразивного инструмента. Эффект здесь достигается в результате того, что, имея низкую механическую прочность и, как правило, адгезию к основе связки и абразивным зернам, эти частицы, выходя на поверхность, легко разрушаются стружкой и микронеровностями поверхности резания. В результате освобождается занимаемый ими объем для размещения отходов шлифования и СОЖ. Хотя основная роль, которую играют этого типа наполнители, - твердая смазка. Общим недостатком, сдерживающим распространение последнего способа, является то, что обладая низкой механической прочностью, такой наполнитель при смешивании абразивной массы пылит, загрязняя поверхность абразивных зерен. Это резко снижает адгезию последних со связующим и, как следствие, прочность удержания зерен на рабочей поверхности и собственную прочность круга. Стараясь уменьшить этот недостаток, в состав массы вводят дополнительно наполнители, упрочняющие связку, например, порошки металлов меди, алюминия, железа, вольфрама и др. /152/, что снижает первоначальный эффект - повышение поверхностной пористости.

Анализ изложенного позволяет заключить, что наиболее эффективным порообразователем являются частицы, способные выполнять при необходимости роль и опоры для абразивных зерен и пор. Причем пор, закрытых во избежание заполнения их связкой на стадии перемешивания компонентов абразивной массы и легко вскрывающихся при выходе на рабочую поверхность в процессе шлифования, либо расплавляющихся в процессе термообработки, не ухудшая физико-механических свойств контактных связей между зернами (мостиков связки). Этого легко можно достичь, если уже на стадии приготовления абразивной массы в ее состав ввести поры в их физическом эквиваленте, т.е. в виде максимально полых сферических частиц необходимого размера из материала с надлежащими (подходящими для условий технологического процесса изготовления конкретного абразивного инструмента) физико-механическими свойствами (прочность, температура плавления или термостойкость, химический состав, экологическая чистота и т.п.).

Кроме того, эти частицы должны соответствовать и ряду других требований:

- размеры и физико-механические их свойства должны обеспечивать формирование оптимального каркаса из абразивных зерен (их укладку) на стадии прессования и максимально сохранять его в процессе термообработки. При этом собственная пористость наполнителя должна быть максимальной, чтобы не снижать расчетную (рецептурную) пористость готового инструмента;

- иметь высокую адгезию к материалу связки или позволять нанести адгезионно-активные по отношению к связке покрытия, в случае, если условия изготовления инструмента не приводят к изменению их исходного состояния. Например, температура термообработки не превышает температуру плавления материала наполнителя. В противном случае, иметь химсостав, близкий к химсоставу связки или ее компонентов для сохранения расчетных физико-механических свойств последней;

- использование частиц не должно усложнять технологический процесс изготовления АИ и снижать его экологическую чистоту;

- иметь сферическую форму или близкую к ней. Пора такой формы снижает концентрацию напряжений, служит тормозом (ловушкой) на пути распространения трещин. При максимальном объеме имеет минимальную поверхность, что требует минимального количества связующего, создает оптимальные условия для размещения и удаления отходов шлифования из зоны резания.

Указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют полые сферические частицы (ПСЧ) из стекла, керамики и т.п. /25, 122/.

Выпускаемые промышленностью ПСЧ имеют правильную сферическую форму и строго контролируемые размеры. Диаметр сфер мсжет варьироваться от 0,020 до 50,0 мм, а толщина стенок от 1 мкм. Наибольшим объемом выпускаются микросферы с диаметром 20-180 мкм и толщиной стенок от 1 до 5 мкм.

Полые сферы (микросферы) в качестве наполнителей достаточно широко используются при производстве пластмасс. Известен, например, целый класс композитных материалов, называемых синтактными пенопластами (сферопластами), состоящими из полимерной матрицы и распределенных в ней ПСЧ /28/.

Применить ПСЧ в качестве порообразователя при изготовлении абразивных инструментов впервые у нас в стране предложено П.П.Третьяковым, В.Н.Тимофеевым. Б.П.Кудряшовым. В.Т.Ивашинниковым /1/. Здесь шлифовальный круг состоит из абразивных зерен объемной долей 30-37%, полых сферических частиц, составляющих 0,5-0,54 объемной доли абразивных зерен, при соотношении их размеров <Зпсч/с13=0,45. При этом пористость ПСЧ составляет примерно 85%.

В работе /96/, посвященной исследованию физико-механических характеристик и работоспособности шлифкругов, изготовленных по данной рецептуре, отмечается, что при шлифовании ими быстрорежущей стали Р6М5 наблюдается снижение: сил до 1,8 раза; средней контактной температуры на 30-45%; количества остаточного аустенита в поверхностном слое в 1,3-1,6 раза; высоты микронеровности в 2-3 раза по сравнению с обработкой серийными кругами. Опытные круги имели более высокую размерную и прижоговую стойкость. Все это позволило увеличить производительность обработки быстрорежущей стали Р6М5 до 4 раз.

Здесь же отмечается возможность и необходимость, при стремлении добиться повышенной пористости шлифовального круга, оптимизировать не только объемное соотношение абразивных зерен и ПСЧ, но и размеры частиц с тем, чтобы был получен оптимальный вариант строения каркаса зерен (структуры круга). Так, если взять вариант (рисунок 7 а), когда размеры зерен и ПСЧ равны, и одинаковы их объемные доли, то получится структура, в которой абразивные зерна контактируют через микросферу. Ввиду того, что прочность ПСЧ не высока (0,07-0,08Н при сжатии между двумя плоскими пластинками), необходимая средняя прочность закрепления зерен, да и прочность круга в целом, может быть достигнута лишь при значительных количествах связки. Это приведет к соответствующему снижению естественной пористости. Хотя при таком варианте каждому зерну соответствовала бы одна пора , причем большого объема.

Второй вариант структуры (рисунок 7 б) представляет больший интерес, так как в этом случае зерна будут контактировать друг с другом. Наличие перемычек из связки между зернами обеспечит достаточную прочность «каркаса» из зерен, а ПСЧ будут служить как бы дистанционными элементами, помогающими зернам сохранить крупноячеистую структуру. Кроме того, в зависимости от степени различия в размерах между зернами и ПСЧ и их объемных долей, последние будут обеспечивать некоторое дополнительное количество перемычек, удерживающих зерна на рабочей поверхности круга. Это, можно ожидать, повысит однородность их закрепления.

Вариант (в) структуры (рисунок 7) возможен при превышении размерами зерен величины 5с1пт /95/. В этом случае зерна будут разделены прослойками из ПСЧ, и можно ожидать высокую однородность их закрепления, но поверхностная пора будет как бы разделена на множество мелких ячеек. Это значительно затруднит свободное размещение стружки и отходов шлифования в зоне резания и очистку межзернового пространства от них во время свободного пробега режущих зерен. Эти соображения и результаты проверки работоспособности кругов и привели автора к заключению, что оптимальная структурное строение круга будет обеспечено, если взять отношение размеров ПСЧ и зерен «0,5, а соотношение их объемных долей 1:2 при суммарном их содержании в круге 46%. При этом суммарная объемная пористость, например, для круга твердостью М2 будет равна «60%, что на 15% выше, чем получают в кругах по стандартным рецептам.

В итоге в работе подтвержден вывод о том, что полые микросферы эффективны в качестве структурной составляющей и позволяют получать различные укладки зерен и пористость круга. Отмечается также, что при перемешивании абразивной шихты, содержащей такой наполнитель, создаются дополнительные поверхности скольжения, увеличивается подвижность массы, что облегчает процесс смешивания (получение однородной смеси).

Очевидно, все эти свойства ПСЧ проявятся и при изготовлении абразивных масс с любым связующим, в том числе и органическим, например, на основе фенолформальдегидной смолы (пульвербакелита). На основе этой идеи нами было предложено техническое решение, защищенное а.с. СССР № 1355470 /4/. Сущность решения сводится к тому, что в массу, содержащую алмазные частицы, органическую связку с абразивным наполнителем, в качестве последнего введены ПСЧ пористостью 90-95% из электрокорунда. Размер ПСЧ принимался равным 0,66-1,0 размера алмазных зерен, а органическую связку брали в объеме, от 2 до 6 раз превышающем объем вводимых ПСЧ. Испытания кругов, изготовленных из таких масс показали следующее.

Рисунок 7 - Возможные варианты структуры абразивного круга с наполнителем из полых сферических частиц (ПСЧ) /96/

Во время работы инструмента частицы наполнителя, выходящие на рабочую поверхность, вскрываются даже при незначительных нагрузках (7-8 г) и не образуют дополнительных площадок трения, как это происходило бы при использовании в качестве наполнителя плотных абразивных частиц произвольной формы (карбида бора, электрокорунда, карбида кремния и т.п. - см., например, патенты США №№ 2333429, 3087803, ФРГ № 1571211, а.с. СССР №№ 220089, 268231). Поэтому теплонапряженность процесса шлифования снижается, а внедрение режущих зерен в обрабатываемый материал облегчается. Кроме того, вышедшая на поверхность и вскрывшаяся частица образует поверхностную пору, создающую более благоприятные условия для размещения стружки, срезаемой зерном и продуктов износа предыдущего зерна в зоне резания и их удаления с рабочей поверхности круга во время свободного пробега. Это снижает риск «засаливания» круга. Результаты сравнительного испытания опытных кругов, представленные на рисунке 8 в виде зависимости удельного расхода алмазов при плоском шлифовании твердого сплава ВК8 кругами, изготовленными из предлагаемой массы с различным соотношением объемных долей связки VCB и ПСЧ из электрокорунда К, при соотношениях размеров ПСЧ -dH и адмазных зерен d3, равных 0,88; 1,1; 0,55 (на рисунке 8 позиции 1, 2, 3 соответственно) с кругами на связке В1-02 (прототип) - поз.4, показали следующее.

Наибольший эффект наблюдается при работе кругами с соотноше- -ниями объемов связки и ПСЧ в пределах 3-4, а размеров ПСЧ и режущих зерен 0,8-0,9. По сравнению с кругом, изготовленным из известной массы, у такого круга удельный расход алмазов ниже в 2,5 раза (0,75 против 1,73 мГ/Г - штрихпунктирная линия на рисунке), а параметр Ra шероховатости обработанной поверхности при этом снижается с 0,50 до 0,12 мкм при обработке твердого сплава ВК8 с глубиной шлифования 0,025 мм; поперечной подачей 1,0 мм/ход; продольной подачей 12м/мин и скоростью резания 30 м/сек.

Такой эффект очевидно объясняется тем, что структура круга максимально соответствовала структуре, показанной на рисунке 9. Здесь на каждое зерно приходится своя пора размером, равным размеру зерна, а благодаря более значительному объему органической связки в алмазных кругах, чем в абразивных на керамической, прочность закрепления зерен оказалась достаточной для удержания их на рабочей поверхности круга.

Однако, при необходимости использования в круге мелкодисперсных алмазных частиц, (шлифпорошков), данная структура неэффективна из-за слишком мелких пор. Такой круг при работе быстро засаливается и его работоспособность снижается. В этом случае предпочтительно обеспечить каркас рабочего слоя из крупных ПСЧ, которые бы разделили мелкие абразивные зерна, образуя из них агрегаты, которые будут эффективно срезать обрабатываемый материал, а вскрытые при выходе на рабочую поверхность ПСЧ позволят свободно разместиться в них отходам шлифования.

В результате производительность обработки может быть значительно увеличена, даже мелкозернистым кругом. Эта идея была нами реализована в техническом решении, защищенном а. с. СССР № 1425067 /6/. Здесь размер ПСЧ в 5-10 раз превосходит размеры алмазных зерен, обеспечивая структуру рабочего слоя, фрагмент которой представлен на рисунке 10 (а). Недостатком этого решения является то, что зерна, скрепленные в агрегаты, не полностью реализуют свою режущую способность. Причина в том, что в агрегатах межзерновое пространство заполнено связкой, и стружка, срезаемая отдельными зернами агрегата, не может свободно размещаться в промежутках между ними. Это приводит к засаливанию поверхности агрегата отходами шлифования, увеличению трения, повышению температуры и, как следствие, к увеличению расхода круга. Этого недостатка, практически, не имеет круг, изготовленный из массы по а.с. № 1583274 III. В состав массы входят абразивные зерна, органическая связка и ПСЧ из абразивного материшга (электрокорунда, стекла и т.п.). Размеры частиц находятся в двух интервалах, один из которых составляет 8,5-12, второй - 5,7-7,1 размера алмазных зерзн, до, мГ/Г 2,5

2,0

1,5

1,0 0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 Усв/Уч

Рисунок 8- Зависимость удельного весового расхода алмазов, до от соотношения объемной доли связки и ПСЧ (Усв/Уч) при разных соотношениях размеров ПСЧ и алмазных зерен: 1 - ¿/ч/б/3=0,88; 2 - 1,1; 3 - ^/¿/3=0,55 зерно

Рисунок 9 - Фрагмент структуры алмазного круга с ПСЧ а их объем составляет соответственно 1,6-3,0 и 1,1-1,5 объема алмазных зерен. При этом объемная доля связки берется в пределах 1,1-2,0 объемной доли зерен. Выполнение указанных условий позволяет получить такую структуру рабочего слоя инструмента, при которой более крупные ПСЧ, окруженные алмазными зернами, образуют каркас, в пустоты которого помещены ПСЧ меньшего размера (рисунок 10 б). При этом алмазные зерна располагаются в один слой, формируя сотовое строение рабочего слоя инструмента. Такое строение позволяет каждому зерну, вышедшему на поверхность инструмента, участвовать в работе и, тем самым, полностью реализовывать свою потенциальную режущую способность. В этих условиях нагрузка, приходящаяся на каждое зерно, уменьшается, что позволяет либо повысить стойкость инструмента, либо увеличить интенсивность съема обрабатываемого материала. Опасность «засаливания» такого инструмента практически отсутствует из-за его высокой поверхностной пористости. Возможность же использования мелкого зерна сохраняется, что позволяет легко получать низкую шероховатость обработанной поверхности. Кроме того, за счет участия каждого зерна в работе можно уменьшить объемное содержание абразивных зерен в инструменте, что снизит расход алмазов на съем единицы обрабатываемого материала.

Испытания работоспособности опытных кругов 1А1 200x3x10x75 АС2 28/20 при плоском шлифовании сплава ЭИ437Б с глубиной 0,02 мм, поперечной подачей 1,0 мм ход, продольной подачей 0,17 м/сек, скоростью круга 30 м/с показали, что наибольший эффект достигается: если отношение размеров ПСЧ крупной фракции к размеру зерна составляет «10,6, а мелкой -6.6; соотношение их объемных долей и объемной доли зерна - 2,35 и 1,3 соответственно; объемная же доля связки будет в 1,4 раза меньше объемной доли зерен. По сравнению с кругами, изготовленными из массы прототипа (по а.с. № 1425067 - предыдущее техническое решение), удельный весовой расход алмазов (до) снизился в 1,5 раза, а шероховатость обработанной, поверхности с Яа= 0,6 мкм до Яа=0,28-0,32 мкм. Замечено также, что круг с

Абразивное зерно а) крупной фракции

Абразивное / ПСЧ зерно мелкой фрации б)

Рисунок 10 - Схемы структуры рабочего слоя мелкозернистого абразивного круга

ПСЧ из злектрокорунда дает меньшую шероховатость обработанной поверхности, но больший расход алмазов - чем при работе кругами с ПСЧ из боро-силикатного стекла (Яа = 0,28 против 0,32 мкм и до = 5,6 мг/г против 5,1). Объясняется это тем, что электрокорундовые ПСЧ хуже сцепляются с органическим связующим, чем стеклянные, но зато, как более твердые, при выходе на поверхность и вскрытии образуют дополнительные протяженные режущие кромки, способные, в какой-то степени, зачищать микронеровности, оставляемые режущими зернами.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают эффективность использования ПСЧ в качестве структурного элемента, позволяющего получать различные типы упаковок режущих зерен в теле инструмента, меняя соотношение размеров ПСЧ и абразивных зерен, объемных долей между ними, выдерживая необходимое количество связки.

Анализируя изложенное по данной проблеме, можно отметить следующее.

1. Традиционные технологии изготовления АИ не позволяют получать инструмент всего необходимого для практики шлифования диапазона структурных характеристик, что является одной из главных причин, ограничивающих потенциальные возможности абразивной обработки.

2. К настоящему времени предложено много способов, на базе которых можно разработать технологические процессы изготовления АИ, расширяющие возможные пределы характеристик последнего. Однако реально внедрены в промышленность только технологии, использующие выгорающие наполнители, да и то недостаточно широко из-за того, что позволяют получать только крупнопористые круги, не вполне отвечающие идеальному строению их структуры, и характеризуются низкой экологической чистотой.

3. Наиболее обнадеживающие результаты следует ожидать от способов, использующих полые сферические частицы (ПСЧ) в качестве структурного элемента матрицы круга, хотя промышленные технологии получения на их базе еще необходимо разработать.

Цель и задачи исследования.

В целом из приведенного анализа ясно, что крупная научно-техническая проблема оптимального инструментально - режимного оснащения операций шлифования, имеющая важное народно-хозяйственное значение, до сих пор не нашла приемлемого решения. Причина этого кроется в отсутствии: во-первых, научно обоснованных рекомендаций по проектированию и/или выбору АИ необходимых характеристик; во-вторых - экологически чистой и надежной промышленной технологии получения такого АИ. Исключить первую причину возможно, если создать строгий алгоритм расчета характеристик АИ на основе математических моделей строения, структуры инструмента и его взаимодействия с обрабатываемым материалом, учитывающих требования по производительности и качеству обработки, условия осуществления операции. Это позволило бы спроектировать или выбрать инструмент не только наиболее подходящей формы и конструкции, что возможно и сейчас, но и оптимизировать характеристики зерна и связки, параметры структуры. Устранение второй причины, на сегодня, также возможно благодаря тому, что в результате выполненных нами в этом направлении предварительных исследований, удалось разработать ряд оригинальных способов получения абразивных инструментов /11, 12, 13, 145/ и составов абразивных масс для его изготовления /4, 6, 7, 10, 14/, позволяющих на их основе создать экологически чистую промышленную технологию изготовления абразивного и алмазного инструментов всего необходимого для практики шлифования диапазона структурных характеристик.

Решение проблемы было бы неполным без создания методики оптимального режимного сопровождения вновь разработанного для конкретной операции шлифовального инструмента.

В связи с этим, целью настоящей работы является создание научных принципов проектирования, изготовления и эксплуатации абразивного инструмента путем разработки научно-обоснованного алгоритма расчета характеристик АИ под конкретную операцию шлифования, максимально полно учитывающего не только условия реализации операции, но и требования технико-технологического и экономического характера, предъявляемые к процессу обработки и его результату, создания экологически чистых способов и технологий надежного получения инструмента необходимых характеристик с тем, чтобы иметь возможность осуществить оптимальное инструментально-режимное оснащение шлифовальной операции.

Достижение поставленной цели диктует необходимость решения следующих задач.

1. Обосновать метод решения проблемы.

2. Определить логико-функциональные связи системы: технико-экономические требования к процессу обработки и технические требования к обработанной поверхности; условия реализации операции шлифования -характеристики абразивного инструмента - процесс шлифования (выходные показатели) и дать их математическое описание.

3. Разработать методику проектирования оптимальной системы: операция шлифования - характеристики АИ - интенсивность съема припуска - параметры режима шлифования.

4. Предложить способы, обеспечивающие получение АИ всех необходимых в практике шлифования структурных характеристик и на их основе разработать экологически чистую технологию его изготовления.

5. Исследовать эксплуатационные показатели инструментов, изготовленных по новой технологии.

6. Внедрить результаты теоретико-экспериментальных исследований в промышленность.

Часть I НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

8. Результаты работы в виде технологий и технических условий изготовления АИ, методик его проектирования, готового инструмента и методик оптимального режимного его сопровождения под конкретные

380 операции шлифования внедрены на четырех предприятиях, выпускающих АИ (концерн «Запорожабразив», ЧАПО, КАЗ, ВНПФ «ЭКСИ») и на целом ряде машиностроительных производственных объединений («Уралтрансмаш», г. Екатеринбург; УМПО, г. Уфа; «Ижмаш», г. Ижевск; «Точмаш», г. Новосибирск; «Весна», г. Запорожье; «Курганприборч> к «Курганмашзавод», г. Курган и др.). Экономическая целесообразность внедренных разработок подтверждается соответствующими актами внедрения и производственных испытаний, техническими отчетами.

1. A.c. 1073082 СССР. Шлифовальный круг / Н.П.Третьяков и др. (СССР). Опубл. 1984г.

2. A.c. 1189669 СССР, МКИ В24Д 3/34. Масса для изготовления абразивного инструмента / Л.И.Мастюгин и др. (СССР). №3640872/25-08; Заявка 12.09.83; Опубл. 07.11.83 г.Бюл. №41 -2с.

3. A.c. 1349107 СССР МКИ В24Д18 / 0. Способ изготовления алмазного инструмента / В.А. Засосов и др. Опубл. 30.05.88. Бюл.№20. -5с.

4. A.c. 1355470 СССР, МКИ В24ДЗ/06. Масса для изготовления алмазного инструмента / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов, В.К.Старков (СССР). -№3983880 / 08; заявлено 03.12.85; Опубл. 30.11.87. Бюл. №44. -4с.: ил.

5. A.c. 1399106 (СССР). Способ изготовления пористого абразивного инструмента/ Авт.изобр. опубл.: Б.И., 1988.

6. A.c. 1425067, МКИ В24ДЗ/01. Абразивная масса / В.И. Курдюков Б.П.Кудряшов (СССР). №4212890 /31-08; заявлено 19.03.1987. Публ.

7. A.c. 1583274, МКИ В24ДЗ/ 06. Масса для изготовления алмазного инструмента / Курдюков В.И., Кудряшов Б.П. (СССР) -№4375783 / 31-08; заявлено 8.02.1988. Опубл. Б.И. 1990.

8. A.c. 1607227 СССР, МКИ В24 D 3/00. Масса для изготовления абразивного инструмента. / Курдюков В.И. и др. (СССР).- №4679345; заявл. 19.04.89; зарегистр. 15.07.1990г.

9. A.c. 1645121 СССР, МКИ B24D 3/00 //B24D 18/00. Способ определения эксплуатационных свойств абразивного инструмента /Курдюков В.И., Мосталыгин Г.П., Кудряшов Б.П., Куль A.A. (СССР). №4624331/08; заявл. 21.12.88; 0публ.30.04.91. Бюл.№16-4с.: ил.

10. A.c. 1658529 СССР, МКИ В24ДЗ/00. Масса для изготовления абразивного инструмента / В.И. Курдюков и др. (СССР), №4057157 /08; Заявка 21.01.86; Зарегистрировано 22.02.1991. 2с.

11. A.c. 1707872 СССР, МКИ В24 В 3/14. Способ изготовления абразивного инструмента. / Курдюков В.И. и др. (СССР). №4412015; заявл. 19.04.88; зарегистр. 22.09.1991г.

12. A.c. 1815196 СССР, МКИ В24ДЗ / 14. Способ изготовления абразивного инструмента / В.И.Курдюков, В.К.Коротовских, А.И.Попов (СССР). -№4900590 / 08; заявлено 09.01.91; опубл. 15.05.93. Бюл. №18. -4с.'

13. A.c. 1817419 СССР, МКИ В24ДЗ / 00 //В24 ВЗ/14. Способ изготовления абразивного инструмента. / Курдюков В.И. и др. (СССР). -№4388279; заявл. 04.03.88; зарегистр. 11.10.1992г.

14. A.c. 1823348 СССР, МКИ В24ДЗ/06. Масса для изготовления алмазного инструмента. / В.И. Курдюков, Б.П.Кудряшов, В.К.Коротовских (СССР). №4457909 / 08; заявлено 11.07.88 -2с.

15. A.c. 18456 (НРБ). Способ изготовления высокоструктурных абразивных инструментов / Авт.изобр. опубл.: Изобретения в СССР и за рубежом, 1967.

16. A.c. 268231 СССР, К808, 11/10. Масса для изготовления абразивных изделий / Н.В. Перцев, Е.Д.Щукин и Ф.Б.Данилова (СССР) №1290021 / 29 -33: заявка 16.12.88: Опубл. 10.7.70.

17. A.c. 62830 (НРБ). Способ производства абразивного инструмента / Авт.изобр. опубл.: Изобретения в СССР и за рубежом, 1967.

18. A.c. 786882 (ЧССР). Способ изготовления шлифованного инструмента / Авт. Изобр. опублик.: "Изобретено в СССР и за рубежом", 1981.

19. A.c. 933428 СССР, Абразивная масса для изготовления пористого инструмента / Довгаль и др. Опубл. Б.И. 1982.

20. А.с.946900 СССР, МКИ В24ДЗ/34, 3/32. Масса для изготовления абразивного инструмента / Г.Д.Злочевский и др. -№3212104 / 25-08: Опубл. 30.07.82. Бюл.№28. -5с.

21. A.c. 948646 СССР. МКИ 024ДЗ/26. Способ изготовления абразивного инструмента / В.Г. Сафронов и др. Заявка 26.12.80, Опубл.07.08.82 Бюл. 29.-2с.

22. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. Под ред. д-ра техн. наук проф. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. -392 е.: ил.

23. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.- М.: Наука, 1976.-279 с.

24. Анализ изменения величины выступания алмазных зерен на работающем шлифовальном круге. Ю.П.Линенко-Мельников, Л.Л. Мишнаевский МЛ., г.Киев /Сверхтвердые материалы. - 1989. -№2.- С.8-12.

25. Асланов М.С, Стеценко В.Я., Шустров А.Ф. Полые неорганические микросферы // Химическое производство за рубежом. 1981. - № 9. С 33 - 51

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

27. Белякова М.И. Совместимость стеклопокрытий на зернах СТМ с фенольным связующем // Сверхтвердые материалы. 1984. - №1. -с.27-29.

28. Берлин A.A. Шутов Ф.А. Упрочненные газонаполненные пластмассы. М.: Химия, 1980. - 224с.

29. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. -М.: Химия-1974.-392 с.

30. Богомолов Н.И. Испытание прочности абразивных зерен в процессе микрорезания. Заводская лаборатория, 1986 № 3 с.6-7

31. Богомолов Н.И. Основные процессы при взаимодействии абразива и металла.: Дис. докт. техн. наук. Киев, 1967.

32. Богомолов Н.И. Роль прочности абразива и механизм саморегулирования в процессах абразивной обработки. В кн.: Физико-химические явления при шлифовании. Киев: ИПМ АН СССР, 1976, с.32-40.

33. Бокучава Г.В. Трибология процесса шлифования. -Тбилиси: изд-во САБИОТА САКАРТЕВЕЛО, 1984, -297с.

34. Бокучава Г.В. Об основных критериях оценки качества материала абразивных зерен. М, НИИМАШ, н.-техн. реф. сборник Абразивы, №5,1963, с.11-20.

35. Болыиев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики -М: Наука, 1983.-416 с.

36. Браутман П., Крок Р. Разрушение и усталость (композиционные материалы).: Т.5. М.: Мир, 1970. - 484 с.

37. Брекер. Прочность абразивных зерен. Труды американского общества инженеров механиков. Конструирование и технология машиностроения. - М.,№ 4, 1974, с.160-163.

38. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. М.-Л.: Машиностроение, 1964.- С. 123

39. Васильев В.И. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. М.: Машиностроение,1964.-203 с.

40. Васильев H.H. К вопросу о структуре абразивного инструмента // Абразивы, 1956, - №17. - с. 17-19.

41. Васильев H.H. Определение качества шлифовальных кругов // Высокопроизводительное шлифование. М., 1962. - 186 с.

42. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1988. - 480 с.

43. Вилла А.И. др. Связь рельефа поверхности детали с условиями обработки (Politécnico di Torino), 1983, 105с.

44. Витязь П.А. и др. Формирование структуры и свойств порошковых материалов. М.: Металлургия, 1993. - 240с.

45. Власов В.И., Горшков Ю.Б. Прочность прокатанных электрокорундов при изгибе. М., НИИМАШ, н.-техн. реф. сборник Абразивы, №4, 1977, с.9-11.

46. Галков A.B. Расчет количества зерен на поверхности алмазного круга /Синтез и применение сверхтвердых материалов. Киев: АН УССР. -1981,-112-115 е.: ил.

47. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М., Наука, 1967, 360 с.

48. Глаговский Б.А., Московенко Н.Б. Низкочастотные акустические методы контроля в машиностроении. JL: Машиностроение, 1977. - 204 с.

49. Глейзер JI.A. О сущности процесса круглого шлифования, Кн.: Вопросы точности в технологии машиностроения. -М.: Машизд, 1959. 92 с.

50. Горячкин Ю. Б. Исследование взаимодействия зерна и связки шлифовальных инструментов при статических нагрузках. /Дисс. . канд.техн. наук,-М., 1972.

51. Грабченко А.И. Расширение технологических возможностей алмазного шлифования. —Харьков: Вища школа, изд-во Харьковского университета. 1985. -184с.

52. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. -М.: Химия. 19^8.328с.

53. Дульнев Т.М., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. -JI., Энергия, 1974.- 264 с.

54. Дьяченко П.Е. Шлифовальный круг и его регулирующая способность. М: Оборонизд, 1939.

55. Есикава X. Исследование влияния прочности связки в шлифовальных кругах, твердости на их износостойкость и работоспособность. «Китай по КЭИКЮ», т. 15. №10. 1969.

56. Ефимов В.В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ. -Саратов: изд-во Сарат. Ун-та, 1992. 132с.

57. Журавлев В.В., Чувилина И.А. Физико-механические свойства алмазоносного слоя порошковых инструментов // Алмазы и сверхтвердые материалы. 1977. - №5. -с.8-10.

58. Зайцев А.К. Определение прочности абразивных зерен. М., НИИМАШ, сб. Абразивы, вып. 16, 1956, с. 16-21.

59. Захаренко И.П. Основы алмазной обработки твердосплавного инструмента. -Киев.: Наукова Думка, 1981, -300с.

60. Захаренко И.П., Шепелев A.A. Алмазная заточка твердосплавного инструмента совместно с державкой. Киев: Наукова думка, 1976. - 220 с.

61. Заявка 43-5373 Швеция. Изготовление пористых керамических шлифованных кругов / Авт.изобр. опубл.: Изобретения в СССР и за рубежом, 1984.

62. Заявка 59-182468 Япония. Абразивный круг // Авт. Изобр. опубл: Изобретения в СССР и за рубежом, - 1984г.

63. Заявка 59-227366 Япония: Способ изготовления сверхтвердого шлифовального инструмента / Изобретения в СССР и за рубежом. 1984.

64. Заявка 61-90063 Япония. Абразивный инструмент // Изобретения в СССР и за рубежом, 1986г.

65. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. -М.: Наука, 1976. 390с.

66. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. -М.: Машгиз, 1956. -368с.

67. Ивашинников В.Т. Выбор характеристики шлифкругов для различных операций шлифования. Челябинск: Южно-Уральское кн.изд., 1966.- 129 с.

68. Ильичев J1.A., Курдюков В.И. Исследование влияния геометрии зерна на силы резания при шлифовании единичным зерном. Резание и инструмент, вып.П. Респ. Межвед.науч.-техн.сборник. Харьков.: «Вища школа», 1977. С. 19-21.

69. Иоголевич В.А. Повышение производительности и точности обработки на круглошлифовальных станках с ЧПУ на основе учета динамических свойств процесса шлифования: Дис. канд. техн. наук. -Челябинск, 1992.-150с.

70. Иосикава, Сато. Изучение износа шлифовальных кругов. Труды американского общества инженеров-механников. Конструирование и технология машиностроения. М.: Мир. 1963, №1, с.46-52.

71. Ипполитов Г.М. Абразивно алмазная обработка. - М. : Машиностроение, 1969. -334 с.

72. Ипполитов Г.М. Абразивные инструменты и их эксплуатация. -М: Машгиз, 1959.

73. Исаков В.М. оптимизация автоматических циклов шлифования,обеспечивающих требуемую шероховатость поверхности.: Дис.канд.техн.наук. -Челябинск, 1991. 155 с.

74. Каганер М.Г. Тепловая изоляция в технике низких температур. -М.: Машиностроение. Челябинск, 1991. 155 с.

75. Калинин Е.П. Научные основы интенсивного бесприжогового шлифования сталей и сплавов с учетом степени затупления инструмента. / Дис. . д-ра техн. наук, С-Петербург,1995. 190 с.

76. Калинин Е.П., Шашков М. А. Анализ схемы расположения абразивных зерен в объеме шлифовального круга // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1986. -№ 6. - с.136-140.

77. Карпов А.Б, Исследование взаимодействия, зерна и связки шлифовальных инструментов при динамических нагрузках. /Дисс. . канд.техн. наук.- М.,1973. 148с.

78. Катковник В.Я. Непараметрическая идентификация и сглаживание данных методом локальной аппроксимации. М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1985.

79. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1974. -231 с.

80. Качество поверхности при алмазно-абразивной обработке /Э.В. Рыжов, А.А.Сагарда, В.Б. Ильицкий, И.Х.Чеповецкий. Киев: Наукова думка, 1979.-224 с.

81. Кащук В.А., Верещагин А.Б. Справочник шлифовщика. М.: Машиностроение, 1988. - 480 с.:ил.

82. Керч Г.М., Бунин ВГ., Ирген Л.А. Влияние дисперсного наполнителя на модуль упругости композиций в стеклообразном состоянии // Механика полимеров. -1974.-№5,- с.816-822.

83. Кингери У.Д. Введение в керамику. М., Стройиздат, 1964.- 534с.

84. Композиционные материалы: Справочник/ Под ред. Карпиноса Д.М. Киев: Наукова думка, 1985. - 592 с.

85. Конструкционные свойства пластмасс / Под ред. P.M. Шнейдеровича и P.M. Крагельского. М.: Машиностроение, 1968. - 282с.

86. Контроль качества абразивного инструмента акустическим методом. // методические рекомендации. М.: НИИмаш, 1979. - 95 с.

87. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968. - 720 с.

88. Королев A.B. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов. Изд-во Сарат. унта, 1975. 189 с.

89. Королев A.B., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть I. Состояние рабочей поверхности инструмента. Изд-во Сарат. Ун-та, 1987. 160 е.: ил.

90. Королев A.B., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть 2. Взаимодействие инструмента и заготовки при абразивной обработке. Изд-во Сарат. ун-та, 1989. 160 с.

91. Коротовских В.К., Курдюков В.И. Попов А.И. Повышение качества шлифовальных кругов за счет оптимизации состава органической связки / Передовой опыт. 1989.-№ 8 - с.30-31.

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

93. Корчак С.Н. Теоретические основы влияния технологических факторов на повышение производительности шлифования стальных деталей: Дис. докт. техн. наук.-Челябинск, 1971.-372с.

94. Кравченко Ю.Г. Исследование процесса высокопроизводительного шлифования сложнолегированных быстрорежущих сталей кругами на керамической связке. Автореф. дисс. . канд. техн. наук. 1980. - 16 с.

95. Красулин Ю.Л. и др. Пористая конструкционная керамика. М.: Металлургия, 1980.- 100с.

96. Кудряшов Б.П. Разработка абразивных кругов со специальной структурой для шлифования быстрорежущих сталей /Дисс. канд.техн.наук, 1983. 181 с.

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

98. Кулыгин В.П. разработка теории и методики расчета автоматических циклов наибольшей производительности при заданной точности обработки для круглого наружного продольного шлифования: Дис. канд.техн. наку. Челябинск, 1987. - 170с.

99. Куль A.A. Повышение эффективности плоского шлифования стали Р6М5 путем оптимизации по параметрам режима обработки и структуре круга/Дисс. . канд.техн. наук, 1992. 149 с.

100. Курдюков В.И., Агапова Н.В. Расчет геометрических параметров режущих вершин абразивных зерен с учетом их износа и стегень заглубления в обрабатываемый материал // Депонированные рукописи. -М.: ВИНИТИ, №1234-1398, 1998. 15с.

101. Курдюков В.И. и др. Применение высокопористого абразивного инструмента в инструментальном производстве // Наука производству: Тез. докл. Республ. научно-техн. конф. КАМАЗ КамПИ - Набережные Челны, 1990. - с.45-46.

102. Курдюков В.И. Исследование упругих и демпфирующих свойств связок шлифованных инструментов: Дис. канд.техн.наук.: 03.03.03. / Моск. станкостроит. институт. -М., 1976. 140с.

103. Курдюков В.И. Повышение работоспособности алмазных кругов на органических связках. // Алмазы и сверхтвердые материалы. 1980 - №10.- с.10.

104. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Переладов А.Б. Опыт применения высокопористого абразивного инструмента // Пути повышения эффективности использования оборудования СЧПУ: Тез. докл. научно-практ. конф. Оренбург, 1989. - с.68.

105. Кушнер B.C. Термомеханическая теория процесса непрерывного резания пластичных материалов. Иркутск.: изд-во Ирк.ун-та, 1992. -180с.

106. Ленг Ф.Ф. Разрушение композитов с дисперсными частицами в хрупкой матрице. 7т.: Т.5 / Под ред. Л. Браутмана. М.: Мир, 1978. -c.l 1 - 57.

107. Лопадзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных инструментов. -М.: Машиностроение, 1967. -143с.

108. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. М.: Машиностроение, 1969.144 с.

109. Любомудров В.Н. и др. Абразивные инструменты и их изготовление. М. - Л.: Машгиз, 1953. - 376 с.

110. Макаров В.Ф. и др. Выбор оптимальных характеристик высокопористых кругов для глубинного шлифования. // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив- 98. Волжский. 1998. С.164-167.

111. Малкин С., Кун Н. Износ шлифовальных кругов / Труды американского общества инженеров механиков. - Серия В. -М.: Мир, 1971. -№4.

112. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.

113. Мацу и. Механизм резания абразивными зернами. Пер. с яп. -Какай-мокмкю, 1971, 23, № 12, С. 1611 -1616.

114. Метод определения числа работающих алмазных зерен в кругах для резки природного камня (г.Киев)/ Сверхтвердые материалы. 1989. - № 6. -С.4-8.

115. Методика оптимизации состава связок алмазного инструмента / Коротовских В.К., Кудряшов Б.П., Курдюков В.И., Попов А.И. // Резаное г инструмент. 1992. - Вып. 45. - с.52-57.

116. Механика и научно-технический прогресс. Т.З. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988 г.

117. Мишнаевский JT.JI. Износ шлифовальных кругов. Киев: Научн. Думка, 1982. - 192с.

118. Мурдасов А.В., Ивашинников В.Т., Пицина Л.Г. Оценка прочности керамической связки. М.,НИИМАШ, научно-техн.ред. сб.Абразивы, 1976, вып.4, с.8-10.

119. Муцянко В.И. Основы выбора шлифовальных кругов и подготовка их к эксплуатации /Под ред. Л.Н.Филимонова. 3-е изд., перераб. и дополн. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 134 е., ил.

120. Найдич Ю.В., Лавриненко, И.А., Петрищев В.Я. Порошковая металлургия, 1965, №2. -с.26.

121. Накаяма, Брекер, Шоу. Деформация шлифовального круга. Труды американского общества инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения. -М.: Мир. -№4, 1974.

122. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие. Пер. с англ. / Под ред. П.Г. Бабаевского. - М.: Химия. 1981 - 736с.

123. Неметаллические материалы в машиностроении. Выбор и применение./ Под ред. Попова В.А., и др., 1969. 214 с.

124. Никитин В. А., Сазонов И. А. Прочность структурно неоднородного материала при осевом растяжении. // Проблемы прочности. -1990. -№1. с.63-65.

125. Николаенко A.A. Моделирование и расчет высокопроизводительных автоматических циклов плоского глубинного профильного шлифования для станков с ЧПУ.: Дис. докт. техн. наук. -Челябинск, 1998. -349с.

126. Новоселов Ю.К., Татаркин Е.Ю. Обеспечение стабильности точности деталей при шлифовании. Изд-во Сарат. ун-та, 1988. 128 с.

127. Новый метод изучения свойств шлифовальных кругов/ К. Кумар, М. Козминка, И. Танака, М. Шоу. // Конструирование и технология машиностроения: Труды американского общества инженеров механиков. -М.: Мир, 1980. - т. 102.- №1.- с.184-189.

128. Носов Н.В. Повышение эффективности и качества абразивных инструментов путем направленного регулирования их функциональных показателей: Дис. докт.техн.наук. Самара, 1997.

129. Общемашиностроительные нормативы времени для технического нормирования работ на шлифовальных и доводочных станках. Серийное, мелкосерийное и единичное производство. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1974,- 112 е.: ил.

130. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для нормирования работ, выполняемых на шлифовальных станках с программным управлением. М.: Экономика, 1989.

131. Оганесян P.O. Структура и свойства пористого материала с наполнителем из микробаллонов для абразйвного инструмента / Институт металлургии АН СССР. М., 1988. - Деп. В ВНИИТИ 30.11.91. № 8395-1387.

132. Окамура, Сасаки. Исследование режущей способности мелкозернистых абразивных брусков. Р.Ж. Маш. №12, 1958.

133. Опарин С.М., Трусов В.Н. Изготовление высокопористых шлифовальных кругов // Повышение эффективности испытания режущегоинструмента при обработке авиационных материалов. Куйбышев, 1983. -С. 18-20.

134. Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках / Гильман A.M. и др. М.: Машиностроение, 1972. - 188 с.

135. Оптимизация технологии глубинного шлифования / С.С.Силин, Б.Н.Леонов, В.А.Хрульков и др.; Редкол.: П.Н.Орлов (пред.). М.: Машиностроение, 1989. - 120 е.: ил. - (новости технологии).

136. Оробинский В.М. Оптимизация процессов абразивной обработки в рамках системного анализа. Межвузовский сб. научных трудов. Физические процессы при реализации металлов. Волгоград: Волгоград. Гос. университет, 1996. -236с.

137. Основы проектирования и технологии изготовления абразивного и алмазного инструмента: Учебн. пособие для техникумов / Под ред. В.И. Бакуля. М.: Машиностроение, 1975. - 296 е., ил.

138. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента: Учебн. пособие для техникумов / Под ред. Ю.М.Ковальчука. М.: Машиностроение, 1984. 288 е., ил.

139. Островский В.И. Теория резания металлов. Расчет оптимальных режимов резания: Учебное пособие. -Л.: СЗПИ, 1986. -68с.

140. Островский В.Н. Теоретические основы процесса шлифования. -Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1981,-144.

141. Островский В.Н., Терехов А.Д. Структурная модель абразивного инструмента и кинематика шлифования. В кн.: Резание и инструмент. Харьков, 1978, вып.21, с.25-30.

142. Палей М.М., Дибнер Л.Г., Флид М.Д.-Технология шлифования и заточки режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1988. - 288 с.

143. Партон В.З., Борисовский В.Г. Динамика хрупкого разрушения. -М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

144. Пат. 1474569 Англия. Изготовление шлифовального круга / I,

145. Пат. 2025258, МКИ В24 ВЗ/14. Абразивный инструмент и способ его изготовления / Курдюков В.И. и др. (СССР). № 4845200/08; заяв. 17.05.90; Опубл. 30.12.94 Бюл. № 24.

146. Пат. 434846 Австрия. Абразивный инструмент /1 1969147. Пат. 71.34835. Франция. МКИ В24ДЗ/00. Абразивный круг / Jahn

147. Joseph Corcoran (Франция) №2108636; заявлено 28.09.1971. опубликовано: В.О.Р.!. «Listes» п.20 от 19.05.1972.

148. Пат. 78846 ПНР. Способ изготовления крупнопористых шлифовальных кругов /1, 1975.

149. Пат. 8217965 Англия. Абразивный материал и способ его изготовления // Изобретения в СССР и за рубежом. 1983г.

150. Пат. №2656039 ФРГ. Способ изготовления высокопористого абразивного инструмента / Авт. изобр. опубл.: Изобретения в СССР i за рубежом, 1978.

151. Пат. №4086057 США. Способ изготовления абразивных дисков / Авт. изобр. Опубл.: «Изобретения с СССР и за рубежом», 1978.

152. Пат.2034521 (ФРГ) МКИ С04в, 15/00. Связка для шлифования кругов с неметаллическим связующим. / Изобретения в СССР и за рубежом. 1982.

153. Пат.№333142 (Австрия). Абразивный инструмент из пористого абразива/I, 1976.

154. Патуроев В.В. Технология полимербетонов. М.: Стройшцат 1977,- 250 с.

155. Пекленик Ж. Применение корреляционной теории к процессу шлифования // Труды американского общества инженеров механиков. Конструирование и технология машиностроения. - М., 1964. - Вып.2. - с.З-13.

156. Переверзев П.П. Взаимосвязь производительности и точности операций шлифования с интенсивностью затупления кругов из различных абразивных материалов.: Дисс. канд. техн. наук. Челябинск, 1981. -200с.

157. Переверзев П.П. Теория и методика расчета оптимальных циклов обработки деталей на плоскошлифовальных станках с программным управлением. / Дис. . д-ра техн. наук. -Челябинск, 1999. 293 с.

158. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление. -М.: Наука, 1978.-576 с.

159. Попильский Р.Я. Пивинский Ю.Е. Прессование порошковых керамических масс. М.: Металлургия, 1983. - 272с.: ил.

160. Попов С.А. Геометрия рельефа режущей поверхности абразивных инструментов из синтетических алмазов и кубического нитрида бора / В кн.: Синтетические алмазы в промышленности. Киев, 1974. С.47-54.

161. Попов С. А., Ананьян Р.В. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 1975.

162. Попов С.А., Дибнер Л.Г., Каменкович A.C. Шлифование деталей и заточка режущего инструмента. -М.: Высшая школа, 1975. -311с.

163. Попов С. А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М.: Машиностроение, 1977.-246 с. : ил.

164. Попов С.А., Соколова Л.С. Влияние однородности зернового состава абразива и формы зерен на рельеф режущей поверхности шлифовальных кругов. -Абразивы., 1972. -№12. С.2-6.

165. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ Под ред. В.И. Баранчикова. М.: Машиностроение, 1990. -400 с.

166. Разработка высокопористых абразивных инструментов повышенной производительности из карбида кремния зеленого для шлифования труднообрабатываемых материалов: Отчет о НИР / Курганский машиностроительный институт; № ГР 01880003892. Курган, 1989.- 137с.

167. Разработка и внедрение абразивного инструмента для шлифования магнитных головок: Отчет о НИР/ Курганский машиностроительный институт; № ГР 1900019348.- Курган, 1992. 24с.

168. Разработка и внедрение высокопористых кругов на профильном и внутреннем шлифовании деталей инструментально-технологической оснастки: Отчет о НИР/ Курганский машиностроительный институт; № ГР 01900003851,- Курган, 1991,- 59с.

169. Разработка и внедрение высокопористых шлифкругов для обработки деталей инструментальной технологической оснастки Отчет о НИР/ Курганский машиностроительный институт; № ГР 01880003895.-Курган, 1989.- 120с.

170. Рахмарова Н.С. Исследование эффективности круглого наружного шлифования высокопористыми кругами и кругами из монокорунда. Автореф. дисс. канд. тех. наук, Москва, НИИАТ, 1951.

171. Редько С.Г. К вопросу о форме абразивных зерен корунда и карборунда и их режущих гранях // Машиностроение. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1964. - Вып. 22 - с. 16-21.

172. Редько С.Г. Количество абразивных зерен шлифовального круга, участвующих в резании. Станки и инструмент, 1960, №12.

173. Редько С.Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1982. - 229с.

174. Редько С.Г., Королев A.B. Расположение абразивных зерен на рабочей поверхности шлифовального круга. Станки и инструмент, 1970, №5, с.40-41.

175. Режимы резания металлов. Справочник. Изд. -3-е: -М., Машиностроение, 1972.

176. Резание металлов и технологическая точность деталей в машиностроении (часть I) / Под ред. Ю.А. Розенберга и В.П. Пономарева. -Курган, изд-во Курганского машиностр. института, 1968. 225с.

177. Резников А.Н. и др. Определение количества режущих зерен. М.: Машиностроение, 1978. - Вып.II. -с.127-130.

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

179. Рожнятковский A.B. Разработка и исследований процесса шлифования высокопористым инструментом. Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Самара, 1998. 23 с.

180. Розенберг Ю.А., Тахман С.И. Силы резания и их определение. 4.1. Общие положения: Учебное пособие. -Курган: КМИ, 1995. -128с.

181. Рыбицкий В.А. Алмазное шлифование твердых сплавов Киев: Науч. Думка, 1980. - 224с.

182. Свойства полимерных связующих, применяемых для изготовления алмазного инструмента // Г.Д. Злочевский и др. // Сверхтвердые материагы. -1984. -№4. с.38-44.

183. Седецкий Дж. Механика композиционных материалов (композиционные материалы). Т.2. М.: Мир, 1978. - 563 с.

184. Силин С.С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979.-152с.

185. Силин С.С., Хрульков В.А., Лобанов Н.В. Глубинное шлифование деталей из труднообрабатываемых материалов. -М.: Машиностроение, 1984. -64с.

186. Синтетические сверхтвердые материалы. Зт.: Т.2 Композиционные инструментальные сверхтвердые материалы / Редкол.: И.В. Новиков (отв.ред.) и др. -Киев: Науковы Думки. 1986. -264с.

187. Справочник по алмазной обработке металлорежущего инструмента/ В. Н. Бакуль и др.; Под общ. ред. В. Н. Бакуля Киев. "Техшка", 1971.-208 е.: ил.

188. Старков В.К., Кавин Д.Б. Оптимизация технологических свойств высокопористого абразивного инструмента. // Алмазно абразивная обработка при изготовлении деталей машино- и приборостроения. НТЦ "Информтехника". - М. 1993, с. 12-15.

189. Старков В.К., Карев И.В. Высокопористые шлифовальные круги специальной структуры // Оптимизация условий эксплуатации и выборахарактеристик абразивного инструмента в машиностроении. Оптимшлифабразив, 88. Л.: ЛДНТП, 1988. - С. 140-142.

190. Старков В.К., Пуцев A.A. Эффективность шлифования высокопористыми кругами специальной структуры. // Оптимизация условий эксплуатации и выбор характеристик абразивного инструмента в машиностроении. Оптимшлифабразив 88. - Л.: ЛДНТП, 1988.

191. Старков В.К., Рябцев С.А. Глубинное шлифование замков лопаток ГТД высокопористыми кругами закрытой структуры. // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив 98. -Волж. 1998. С.164 - 187.

192. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов испытаний: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. -232 с.

193. Стрелов К.К. Структура и свойства огнеупоров. -М.: Металлургия. 1980. -№4. -С.143-147.

194. Структура и прочность ультралегковесных материалов из неорганических микробаллонов / А.Б.Иванов, Ю.Л.Красулин, А.И. Боровецкая и др. // Физика и химия обработки материалов. -1980. -№4. -с.143-147.

195. Телегин В.А., Филянов Е.М., Петриленкова Е.Б. Исследование прочности сферопластиков // Механика композитных материалов. \9п9. • №1. - с. 73 -78.

196. Технология обработки абразивным и алмазным инструментом / Под ред. З.И. Кремня. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989. - 207 е.,ил.

197. Тимофеев В.Н., Оганесян P.O. Абразивный инструмент для обработки износостойких покрытий // Восстановление и упрочнение деталей подвижного состава.: Межвуз. сб. научн. трудов. М.: Всесоюзн. Заочн. Институт инженеров транспорта. - 1987. -с.78-91

198. Третьяков И.П., Абидов P.O. О механической прочности алмазных зерен. В кн. : Алмазы, М., НИИМАШ, 1968, вып.2., с.3-5.

199. Третьяков И.П., Коротков А.И., Кудряшов Б.П. Исследование прочности абразивных зерен. В кн.: Обработка металлов резанием. М., МДНТП, 1980, с.43-46.

200. Умино К. Критическое давление при износе шлифовальных кругов. Сообщение 2. Изучение износа и работоспособности шлифовальных кругов. ВЦП. - №4-54285.-М., 1978-21 с.

201. Фадюшин О.С. Разработка расчетной методики назначения характеристики шлифовального круга по тепловому ограничению для автоматизированного проектирования операции шлифования: Дисс. . канд.техн.наук. Челябинск, 1993 г. - 166 е.: ил.

202. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифование. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979. - 248 с.

203. Филимонов Л.Н. Плоское шлифование / Под ред. В.И.Муцянко. -Л.: Машиностроение, 1985. -209с.

204. Филимонов Л.Н. Стойкость шлифовальных кругов. -Л.: Машиностроение, 1973. 136 е., ил.

205. Филимонов Л.Н., Степаненко В.Г., Приймак Ю.Л. Статистический анализ распределения режущих кромок по рабочей поверхности шлифовального круга. Абразивы, 1976. - №10, с. 10-13.

206. Филоненко Н.Е. Петрография керамических связок. / Дис.доктора техн. наук. Л., 1946.

207. Химическая энциклопедия: 5т. Т.1: А-Дарзана / ред. кол. ¿I.A. Кнунянц (гл.ред.) и др. М.: Сов. энциклопедия, 1988, 626с.

208. Ходаков Г.С., Юдин Ю.П. Седиментационный анализ высокодисперсных систем. М., Химия, 1981. 340 с.

209. Худобин Л.В. Анализ геометрии абразивного зерна // Тип. Ульяновского политехи, ин-та. 1966.-Вып.I С.6-20.

210. Хусу А.П., Витенберг Ю.Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход). М.: Наука. 1975. - 344 с.

211. Шаталова И .Г. и др. Физико-химические основы вибрационного уплотнения порошковых материалов. -М.: Наука. 1965. 163с.

212. Шило А.Е. Стеклопокрытия для порошков сверхтвердых материалов. Киев.: Науковы Думки. 1988. - 208 с.

213. Шмелев JI.A. -Труды / Всесоюзный НИИ керамики. М.: 1934 вып.45. С.69 - 97.

214. Энциклопедия полимеров: Зт.: Т.2 / Редкол. В.А.Кабанов (гл.ред.) и др. -М.: Сов. энцикл., 1984. 1032с.

215. Эфрос М.Г., Миронюк B.C. Современные абразивные инструменты / Под ред. З.И. Кремня. 3-е изд., перераб. и доп. —Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 158 е., ил.

216. Якимов A.B. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975. - 176с, ил.

217. Ящерицин П.И., Зайцев А.Г. Повышение качества шлифовальных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. -Минск: Наука и техника. 1972. -480с.

218. Ящерицын П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1966.- 384 с.

219. Field J.E., Hauser Н.М., Hutchings J.M., Woodward X.C. Strengthening of diamond. GDR, 1974, July, p.255-259.

220. König W., Lorts W. Properties of cutting edges related to chip formation in grinding.- CIRP, 1975, 24, №1, p.231-235.

221. König W., Lorts W. Three dimensional measurement of the grinding wheel surface evaluation and effect of cutting behaviour.- CIRP Ann., 1976, 25, №1, p. 197-202.

222. Kingery B.D., Sidhwa A.P., Waugh A. " Structure Properties of Vitrified Bonded Abrasives", Ceramic Bulletin, Vol.42, №5, 1963, p.297-303.

223. Okamura Kenjiro, Nakajima Toshikatsu. Elastic Properties of Grinding Wheil. Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ. - 1969, 31. № 4, p. 490-517.401

224. Peklenik J. Ground surfaces of abrasive products/ International Grinding Conference August 27-29, 1984. The Abbey on Lake Geneva Fontana Wisconsin, USA.

225. Peklenik J., Lane R., Shaw M.C. Comparison of Static and Dynamic Hardness Grinding Wheels.- Trans ASME, vol. 2. 1962.- p.92-97

226. Seiki Metsui, Katsuo Syoji. Statistical approach to grinding mechanism on a few experiments.- Technol. Repts Tokoku Univ., 1975, 40, №2, p.353-359.

227. Watanabe K. Engineering (Japan). 1957, №№2-6.

228. Weibull W. " A Statistical Distribution Function of Wide Application", Journal of Applied Mechanics.Vol.13. Trans ASME. Vol.73, 1951.-p. 293-297.

229. Weille R. Современное состояние экспериментальных исследований по обработке металлов шлифованием. Пер. с франц. ВИНИТИ №26314, 2: 1962.

230. Younis М.А. Betrachtung zur Stabiiitat des Schleifverfahrens. "Kurzber. HGF Techn. Hochsch. und Univ. BRD", 1971, №2, 2s., ill.1. УТВ2ВКДАЮ1. УТЕЕРВДАЮ1987г.1. ДОГОВОРо творческом содружестве

231. Срок действия договора с I марта 19-7 года по I января 1988г.

232. Проверка хода выполнения договора производится ежеквартально.

233. План-график выполнения договора , см. лист Особые обязательства сторонко УкрБНИИАШ.

234. Публикации материалов и передача разработок производится совместно.1. УкрБНИИАШ

235. Для проведения исследований ЗПО поставляет Юй абразивные материалы и инструменты.

236. Информацию по- исследованиям материалов и инструментов ЗАК КШ представляет толь

237. В)Расчет потребности в инструментах с полыми микросферами и потребности в производстве микросфер.в)Офоршшние совместного отчета о проделанной работ«

238. Присутствовали: от Курганского машиностроительного института:

239. Результаты предварительны:: исследований показали, что разрабатываемые круги обеспечивают повышение производительности в 3-5 раз по сравнению с серийно выпускаемыми абразивными кругами.1. Совещание постановило:

240. Считать целесообразным выполнение комплекса работ по теме:л х

241. Зам.генерального директора по научной работеного института: доцент^к.т.н. т.Курдюков В.И.1. Горшков 10. Б.копия1. УТВЕРЖДАЮ Директор КАЗподпись) Смородинников В ,П.

242. УТВЕРЖДАЮ Директор ВНПФ «ЭКСИ» (подпись) Безносов A.A. «24» 10 1990 г.24» 10 1990 г.

243. ДОГОВОР № 5/92 о совместной научно-производственной деятельности.п. Верхнее Дуброво24» 10 1990 г.

244. Осуществлять маркетинг на предприятиях-потребителях специального абразивного инструмента.

245. Заключать от имени ВНПФ договора с заказчиками на разработку, изготовление и внедрение специального абразивного инструмента.

246. Информировать КАЗ о заключении и ходе выполнения договоров по принятым объемам.

247. Разрабатывать рецептуры специального абразивного инструмента в соответствии с требованиями заказчика.

248. Разрабатывать технологию изготовления специального абразивного инструмента.

249. Осуществлять авторский надзор за соблюдением условий эксплуатации инструмента.1. Предмет договора.2. ВНПФ «ЭКСИ» обязуется:

250. Обеспечивает работы специальными материалами необходимыми для реализации требуемых параметров инструмента.3. К АЗ обязуется:

251. Предоставлять оборудование и материалы для проведения совместных работ по разработке рецептур и технологии изготовления специального абразивного инструмента.

252. Изготавливать опытные и опытно-промышленные партии специального абразивного инструмента по договорам с ВНПФ.

253. Производить выходную аттестацию выпускаемого инструмента.

254. Сохранять коммерческую тайну научных разработок и конфиденциальную информацию касающуюся совместных работ.

255. Не использовать выполняемые разработки в производстве без согласия ВНПФ.4. Особые условия.

256. Основными документами регламентирующими отношения сторон является настоящий договор, а также другие договора, заключенные сторонами в каждом конкретном случае.

257. Научные результаты и право владения разработками принадлежат ВНПФ «ЭКСИ».5. Срок действия договора.

258. Договор вступает в силу с даты его подписания и действует до тех пор, пока одна из сторон не уведомит другую о своем отказе от участия в совместной деятельности за 6 месяцев.6. Адреса сторон.1. КАЗ ВНПФ «ЭКСИ»624053 Свердловская обл. . 640646 г. Курган

259. Белоярский район Бурова-Петрова, 20п. Верхнее Дуброво

260. Представитель КАЗ Представитель ВНПФ «ЭКСИ»

261. Основной целью выполняемой работы является создание кругов с заданными экспшуатавдонными свойствами, путем введения в круги высокопористого наполнителя в виде микробаллонов из бороси-ликатного стекла.

262. Керамическая связка характеризуется следующими весовыми соотношениями (табл.1) .1. Таблща I1. Состав связки

263. Каолин Шпат Фритта Микробаллоны^35 % 25. % 15 % 25 %46,6 %) (33,3 %) ( 20 %)5Е Микробаллоны вводились отдельно при смешивании. В скобках шихтовый состав связки безмжробаллонов.

264. Изготовлялись бруски 200x25x25 и круги Ш 100x40,5x9,5 зернистостью 40, 25, 16, зерно марки 9IAM, твердость М2,

265. СМ1, С1; 8,10, 12 структур. Объем формы бруска 125 см3, объем формы круга 64 см3. Варьирование характеристик кругов и брусков - в табл.2.

266. Наполнитель представляет собой стеклянные микробаллоны 160/125 мкм. ".„"1. Режим смешивания: ,- смешивание зерна с мйкробаллонами 2 мин;- увлажнение водой 2 мш;- увлажнение жидким стеклом ' 2 мин;- смешивание со связкой и дектрином 5 мин.

267. Результаты испытаний опытных образцов приведены в табл.3. У образцов с 1-го по 27-й номер применялась зернистость 25, 40, 16; структура -8, 10, 12; твердость М2, СМ1, С1.

268. Образцы с 28-го по 36-й изменение твердости при постоянной объемной доле связки.

269. Результаты испытаний образцов приведены в табл.3.1. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

270. Попадание.в заданную твердость для рецептов: 2*4; 6*11; 13; 15; 21*23; 27

271. Превышение-заданной твердости: 12, 14, то есть'у рецептов 12 структуры

272. Заниженная твердость у рецептов: I, 5, 16, 17, 19, 20, 25, 26

273. Отклонение от твердости не/превышает одной степени, кроме рецептов 35 и 36, где отклонение во 2 степени