автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности алмазного шлифования твердых сплавов путем прогнозирования и стабилизации работоспособности кругов

/оу6'

МИНИСТЕРСТВО ШСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗ СВАНИН РСФСР / J МОСКОВСКИ!:! ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СТАНКШНСТРУМЕНТАЛЬЩП ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УЗУНЯН Матвей Данилович

УДК 621.923

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ

ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ПУТЕМ ПРОГНСВИРСВАНИЯ И СТАШИЗАЩИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРУГОВ

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

-Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1989

№6Ж0 ¿>7 Л!

Работа выполнена на кафедре "Резание материалов и режущие инструменты" Харьковского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции политехнического института им.В.И.Ленина ■

Официальные оппоненты - Засл.деят.науки и техн. РСФСР д.т.н., проф. Старков В.К.

- Засл. деят. науки УССР д.т.н., проф. Якимов A.B.

- д.т.н., проф.Островский В.И.

Ведущее предприятие - НПО ВНИИАлмаз

Защита, состоится "_"_19_г. в_час

на заседании специализированного совета Д 063.42.01 Московского ордена Трудового Красного Знамени станкоинструментального института по адресу: 103055. Москва, Вадковский пер., д.За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского станкоинструментального института за месяц до защиты.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять в Совет по указанному адресу.

Автореферат разослан "_" 19_г.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н. доцент

В.К.Старостин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 - 1990 годы и на период до 2000 года" предусматривается дальнейшее развитие машиностроения как важнейшей отрасли промышленности, что связано с главной технической задачей применения новых технологий и материалов с целью интенсификации производства и достижения высокого качества продукции, а также автоматизацией производственных процессов.

Особое значение приобретают эффективные технологии механической обработки труднообрабатываемых материалов, в том числе и вновь создаваемых с повышенными прочностными и эксплуатационными свойствами. К числу наиболее труднообрабатываемых материалов относятся вольфрамосодержащие и безвольфрамовые твердые сплавы (БТС). В связи с их широким применением для изготовления металлорежущего, контрольно-измерительного инструментов, деталей штатов, пресоформ и других изделий в машиностроении решение вопроса эффективной обработки резанием этих материалов приобретает важное народнохозяйственное значение.

В настоящее время одним из наиболее прогрессивных способов обработки твердых сплавов является алмазное шлифование. Однако пониженная шлифуемость, особенно БТС, обнаруживается и при обработке их алмазными кругами, например, на бакелитовых и на металлических связках в условиях обычного и электролитического шлифования. Основной причиной низкой работоспособности алмазных кругов, особенно на наиболее прочных и износостойких металлических связках является засаливаемость режущей поверхности, недостаточная возобновляемость рельефа и, как следствие,' нестабильность свойств и условий взаимодействия с обрабатываемым материалом.

Проблема повышения эффективности шлифования твердых сплавов в том числе БТС остро выдвигает задачу изыскания мер по обеспечению стабильных прогнозируемых условий взаимодействия режущего рельефа с материалом при сохранении высоких показателей работоспособности кругов (производительность, износ, себестоимость, качество обработки).

Стабилизация высоких показателей работоспособности алмазных кругов может быть достигнута введением в зону резания ло-

полнительной энергии в виде электрических импульсов, выявлением условий шлифования, характеризуемых устойчивым состоянием рельефа (плотность распределения зерен, модальная высота, разновы-сотяость) и обеспечивающих требуемое качество поверхностного слоя.

Процесс шлифования с введением дополнительной энергии - алмазно-искровое шлифование (АИ11) - состоит в том, что в нем совмещены процесс механического резания алмазными зернами с действием электрического тока в зоне резания; вследствие эрозионных разрядов, возникающих между обрабатываемым материалом и рабочей поверхностью круга, происходит удаление частиц, засаливающих круг, активное самозатачивание, что способствует проявлению более высокой потенциальной режущей способности алмазных кругов и длительному ее сохранению. Таким образом, применение АЙШ позволяет решить триединую задачу: интенсификация процесса шлифования, решение вопроса обрабатываемости различных твердых сплавов и создание предпосылок автоматизации процесса. Эта задача может быть решена на экспериментальном уровне, что нашло широкое отражение в работе.

Вместе с тем выявление условий шлифования, обеспечивающих стабилизацию заданной работоспособности алмазных кругов, не только позволяет значительно расширить технологические возможности процесса, что само по себе имеет большое практическое значение, но и создает предпосылки для прогнозирования его показателей, разработки расчетных теоретических моделей, адекватно отражающих условия взаимодействия рабочей поверхности кругов с обрабатываемым материалом, и позволяет реализовать микроскопический подход при анализе этого взаимодействия.

Изучение работ в области исследований различных аспектов проблемы повышения эффективности алмазного шлифования и работоспособности кругов показало, что они имеют частный характер в отношении объектов исследования, методики проведения, трактовки получаемых результатов. Поэтому отсутствие единой научной методологии крайне затрудняет проведение целенаправленного научного поиска в сферах разработки и прогнозирования стабильных условий эксплуатации высокопроизводительных алмазных кругов.

Исследование проводилось автором на кафедре резания материалов и режущих инструментов ХШ им. В.И.Ленина по тематике проблемной научно-исследовательской лаборатории фиаики процессов ре-

2

заяия инструментом из сверхтвердых материалов имени М.Ф.Семко и Отраслевой лаборатории алмазного инструмента Минстанкопрома.

Работа выполнялась в соответствии с Общесоюзной научно-технической программой ГКНТ СССР 0.16.05; основание - постановления ГКНТ & 415 от 18.11.76 Г., № 515/271 от 29.12.81 г., № 535 от 3I.I2.S6 г.

Цель работы. Целью работы является повышение эффективности алмазного шлифования твердых сплавов, в том числе безвольфрамовых; разработка научных основ реализации высокопроизводительного алмазно-искрового шлифования, прогнозирования и стабилизации в течении продолжительного времени работоспособности кругов на металлических связках за счет обеспечения условий самозатачивания режущего рельефа.

Научная новизна. Разработанные теоретические принципы повышения эффективности шлифования твердых сплавов реализуются на основе научно-обоснованных способов прогнозирования и стабилизации работоспособности кругов, вскрытия закономерностей микрорезания и алмазно-искрового шлифования твердых сплавов, в том числе безвольфрамовых, определяющих взаимосвязь режимов резания, характеристик кругов и параметров технологического тока с производительностью, износом круга и качеством обработанной поверхности. На основе теоретического обобщения в работе установлены.и разработаны:

- расчетная методика прогнозирования производительности и износа алмазных кругов на основе микроскопического подхода, суммирования по слоям материала и элементов режущего рельефа в бесконечно малых;

математические модели производительности и износа алмазного круга с учетом оптимальной плотности распределения зерен по высоте, зависимости для расчета плотности вероятности толщин среза, количества рабочих "динамических" зерен;

- динамическая прочность и работоспособность алмазных зерен в различных условиях микрорезания; монотонный рост условных

напряжений резания с уменьшением толщины среза до 0,1 шш, преобладание процесса рвзакия над пластическим выдавливанием либо упруго-пластическим оттеснением, существенная роль субмикрорельефа алмазных зерен; на порядок меньшее известных значений благоприятное соотношение толщины среза и радиуса округления зерен, составляющее 0,03-0,01;

- индентичность характера силовых зависимостей и уровней коэффициентов шлифования при микрорезании и алмазно-искровом шлифовании; самостоятельная роль связки алмазного круга при взаимодействии с обрабатываемым материалом; признаки предполагаемого "эвтектического изнашивания" алмазных зерен при шлифовании безвольфрамовых твердых, сплавов; условия стабильного самозатачивания алмазных кругов на металлических связках; отличительные особенности влияния технологических факторов на выходные показатели процесса;

- закономерности и особенности формирования остаточных на- . пряжений при алмазно-искровом шлифовании твердых сплавов в том числе безвольфрамовых во взаимосвязи с их износостойкостью; методика разделения суммарных ориентированных остаточных напряжений на макро- и микросоставляющие с помощью вытравливания цементирующей фазы; существенный вклад межфазных микронапряжений в общее напряженное состояние поверхностного слоя безвольфрамовых твердых сплавов и их определяющее влияние на эксплуатационные свойства инструментов из них.

Методы исследования. Работа выполнена с использованием фундаментальных положений теории шлифования. В теоретических исследованиях преобладают алгоритмические методы: при решении задач оптимизации с ограничениями в виде неравенств и при определении значений кратных интегралов использованы численные методы; для расчета производительности процесса и износа кругов использовался метод суммирования по слоям материала и режущего рельефа в бесконечно малых, приводящий в теоретических моделях к определенным интегралам, которые вычислялись численно. При анализе распределений и аппроксимации функций использованы вероятностные подходы и методы математической статистики. Программы расчетов написаны на алгоритмическом языке Ф0РТРАН-1У ОС ЕС ЭШ, расчеты по математическим моделям выполнялись на ЭШ ЕС 1022.

4

При изучении результатов физико-механического взаимодействия режущего рельефа с обрабатываемыми материалами и анализе их состояния применялись рентгенографические методы, электронно-сканирующая микроскопия, оригинальные силоизмерительные устройства и аппаратура.

Теоретические положения работы подтверждены экспериментальными исследованиями на оригинальных установках, реализующих различные схемы процессов микрорезания я алмазно-искрового шлифования, При обработке результатов экспериментальных исследований по статистическим моделям (планируемый эксперимент второго порядка) также использовалась ЭШ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования АЙШ позволили разработать условия, обеспечивающие устойчивый высокий уровень производительности порядка 800-1000 нвР/тн при обработке вольфрамосодержащих и 600 - 800 шР/ша - безвольфрамовых твердых сплавов, что в 4 - 5 раз выше, чем при обычном шли-, фовании кругам на металлических связках и в 2 - 2,5 раза -чем при электролитическом, при удельной себестоимости 4-7 коп/см® и состоянии поверхностного слоя, обеспечивающем наибольшую износостойкость шлифованных инструментов.

Комплексный подход к выявлению потенциальных возможностей и повышению работоспособности алмазных кругов путем стабилизации условий взаимодействия режущего рельефа с обрабатываемым материалом позволил создать технологические предпосылки автоматизации процесса обработки инструмента различного назначения. Это подтверждается приведенными в работе примерами прогнозирования и расчетов на ЭШ, экспериментального исследования и внедрения процесса АИШ твердых сплавов и БТС.

На основе выполненных исследований разработаны математические модели процесса шлифования - производительности и износа, реализовано их алгоритмическое и программное обеспечение, что позволяет получить большое количество пространственно-временных соотношений между характеристиками рельефа круга, технологическими факторами и выходными параметрами процесса.

По результатам работы совместно с ГСПКТБ "Оргприминсгру-менг" разработаны "Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и расхода для резцов с механическим крепле-

нием пластин сменных многогранных из безвольфрамовых твердых сплавов".

Результаты исследований используются также в учебном процессе при обучении студентов специальности 0501 - технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты, - при чтении лекций, в курсовых и Дипломных работах. Предполагается также использовать возможности численных методов расчета потенциальных' (прогнозируемых) показателей работоспособности кругов при изучении студентами САПР технологических процессов на АРМ технолога.

Результаты работы внедрены и продолжают внедряться на операциях шлифования пластин, резцов, ножей для фрез, специального инструмента и др. при раздельной и совместной со сталью обработке. Полученный по результатам внедрения, подтвержденный документами, экономический эффект составил 613,6 тыс.р.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и были одобрены на:

Международной конференции "Синтетические алмазы - ключ к техническому прогрессу", г.Киев, 1977 г.; Всесоюзной конференции "Прогрессивные технологические процессы в инструментальном производстве", г.Харьков, 1979 г.; Всесоюзной конференции "Прогрессивные метода абразивной и алмазной обработки в машиностроении", г.Полтава,ч1979 г.; Всесоюзной конференции "Перспективы развития инструментальных материалов", г.Ворошиловград, 1960 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивные методы обработки труднообрабатываемых материалов на металлорежущих станках", г.Мариуполь, 1980 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы использования алмазов в машиностроении",г.Москва, 1980 г.; Международном семинаре."Сверхтвердые материалы", г.Киев, 1981 г.; 6-й Международной конференции "Инструмент", г.Мишкольц (ВНР), 1985 г.; Всесоюзной конференции "Новые сверхтвердые материалы и прогрессивные технологии их применения", г.Киев, (г.Канев), 1985 г.; Всесоюзной конференции "Интенсификация технологических процессов механической обработки сверхтвердых материалов", г.Ленинград, 1986 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивные процессы шлифования, инструмент и его рациональная эксплуатация" (Шлифование-86), г.Ереван, 1986 г.; УП Международной конференции "Инструмент", г.Мишкольц (ВНР), 1989 г.

Диссертационная работа в целом рассмотрена и одобрена на расширенном заседании кафедр "Резание материалов и режущие инструменты", "Технология машиностроения и станки", "Автоматизация и комплексная механизация машиностроения" ХПИ им.В.И.Ленина, "Металлообрабатывающие станки и инструменты" СЗПИ, "Резание материалов" Мосстанккна; "Технология машиностроения" ОШ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано свыше 100 печатных работ, в том числе 5 монографий (в соавторстве) н 5 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов по главам, общих выводов и практических рекомендаций, приложения; диссертация изложена на 266 страницах машинописного текста, содержит 86 рисунков, 58 таблиц, список литературы из 239 наименований; в приложении на 185 страницах (3? рисунков, 23 таблицы) представлены схемы алгоритмов и исходные тексты программных модулей расчетов по математическим моделям (приложение I), графическое представление расчетных зависимостей плотности вероятности толщин среза рабочих зерен, оптимальной плотности распределения зерен по высоте, полученное на ЭВМ (приложение 2), методика планирования экспериментов, матрицы планирования и результаты экспериментов в виде таблиц и расчетных однофакторных зависимостей (приложение 3), документы о внедрении (приложение 4). Общий объем работы составляет 529 страниц.

Краткое содержание работы.

Во введении'приводится обоснование главных задач, поставленных перед машиностроением в основных направлениях экономического, и социального развития страны до 2000 года, отмечается особое значение эффективных технологий механической обработки труднообрабатываемых материалов, к которым относятся вольфрамо-содержащие и безвольфрамовые твердые сплавы. Показана роль алмазного шлифования при обработке названных материалов и обоснована необходимость повышения производительности процесса, качества поверхностного слоя и экономичности. Раскрыта значимость прогнозирования и стабилизации показаФелей работоспособности

алмазных кругов и показано, что их высокие потенциальные возможности наиболее полно могут быть реализованы при введении в зону шлифования дополнительной энергии в виде электрических импульсов, способствующих -развитости режущего рельефа и устойчивости его состояния (разновысотность зерен, модальная высота и др.). Обоснована актуальность темы, научная проблема и приведен краткий анализ вопросов, решенных в диссертации и составляющих научную новизну.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Этот раздел работы посвящен общему анализу состояния исследований по повышению эффективности алмазного шлифования твердых сплавов и работоспособности кругов.

' Показано, что большая чувствительность твердых сплавов и, особенно, БТС к термоциклическим нагрузкам ограничивает возможность повышения эффективности процесса за счет интенсификации режимов шлифования.

Наиболее полная и стабильная реализация высоких потенциальных режущих свойств алмазных кругов на металлических связках, может быть достигнута введением в зону резания дополнительной энергии в виде элбктрических импульсов высокой частоты 100 кГц) от электроймпульсных генераторов. Интенсификация процесса осуществляется за счет образования в зоне резания в среде диэлектрика либо слабого электролита (вода) искровых электрических разрядов, оказывающих воздействие на обрабатываемый материал и на рабочую поверхность алмазного круга на токопроводя-щей связке. Этот процесс - алмазно-искровое шлифование, - разработанный на кафедре "Резание материалов и режущие инструменты" ХПИ им.В.И.Ленина, с некоторыми видоизменениями применяется в настоящее время в ряде организаций (ЭНИМС, ИСМ и др.).

При шлифовании воздействие■эрозионных разрядов на материал может вызвать предразрушение поверхностного слоя и тем самым способствовать облегчению его съема. Однако, при шлифовании твердых сплавов, в силу их известных специфических свойств, предразрушение может привести к значительным дефектам обработанной поверхности и поэтому оно нежелательно; в связи с этим АШ твердых сплавов нами производилось с обратной полярностью (круг -

анод), когда действие разрядов направлено на круг, а поверхностный слой подвергается в основном механическому воздействию алмазными зернами.

Таким образом, применение процесса АИШ позволяет решить актуальную задачу существенного повышения эффективности процесса обработки твердых сплавов. Эта задача может быть решена на экспериментальном уровне, что нашло отражение в работе.

Однако более важной представляется проблема разработки и создания методологии прогнозирования (расчета) показателей работоспособности кругов на основе математического моделирования характера взаимодействия режущего рельефа с обрабатываемы материалом, Именно АИШ, обеспечивающее устойчивое состояние рельефа алмазного круга, стабилизацию условий его взаимодействия с материалом, позволяет при помощи математических моделей реализовать микроскопический подход, гарантировать достоверность и воспроизводимость результатов.

Кроме того математические моделирование и реализация расчета съема материала и износа круга приобретают важное значение с позиций ресурсосбережения, так как при этом отпадает необходимость в большом объеме работ, приводящих к превращению в шлам сотни килограммов твердых сплавов и десятки тысяч карат алмазов в процессе экспериментальных оценок.

Необходимо также отметить, что в настоящее время предметом численных расчетов в основном являются микропрофиль поверхности детали, а не результат взаимодействия ее с кругом, выражающийся в конкретных величинах съема материала и износа режущего рельефа.

Заслуживает внимания еще одно обстоятельство. Сложность процесса шлифования, трудность достижения достоверности оценок выходных оптимизируемых параметров усугубляется нестабильностью рельефа, непостоянством участвующих в работе режущих элементов. Это порождает условия, при которых шлифовальный круг становится наиболее слабым звеном технологической системы абразивной обработки. Поэтому обеспечение активного самозатачивания алмазного круга, стабилизацию заданной работоспособности при АИШ следует рассматривать не только как средство расширения технологических возможностей шлифования, но и превращения круга из самого слабого в надежное, с высокой работоспособностью звено технологической системы. В связи с этим численные методы расчета приобретают непреходящее значение, гак как с развитием САПР технологиче-

ских процессов прогнозируемые показатели работоспособности, кругов несомненно будут входить в состав оцениваемых параметров.

Таким образом, учитывая возможность и перспективы технологии АИШ, физических методов анализа, теоретического моделирования, а также бурно развивающейся прикладной математики (в частности численных методов) и вычислительной техники, можно считать, что уровень исследований по повышению эффективности алмазного шлифования труднообрабатываемых материалов и работоспособности кругов, а также реализация результатов не удовлетворяют современным требованиям и вызывают необходимость дальнейшего развития.

С учетом изложенного в данном разделе была оформулирована вышеприведенная цель диссертации, для достижения которой решаются следующие задачи:

1. Разрабатывается методология прогнозирования (расчета) показателей работоспособности алмазных кругов на основе теоретического моделирования и микроскопического подхода к выявлению сущности характера взаимодействия режущего*рельефа и материала с целью создания математических моделей процесса, их алгоритмического и программного обеспечения и реализации расчетов производительности, износа кругов, оптимальной плотности распределения зерен по высоте., плотности вероятности толщин среза, количества рабочих контактирующих зерен.

2. Развиваются и обосновываются,научно-методические принципы исследования процесса микрорезания для раскрытия и установления закономерностей и особенностей взаимодействия алмазных зерен с различными твердыми сплавами с целью определения их обрабатываемости, динамической прочности, и работоспособности зерен.

3. Выявляются особенности взаимодействия алмазных кругов с различными твердыми сплавами в условиях АИШ с целью установления характера силовых зависимостей, уровней коэффициентов шлифования, энергоемкости процесса и отличительных особенностей износа зерен в кругах.

4. Устанавливаются и обосновываются основные закономерности процесса АИШ титано-вольфрамовых и безвольфрамовых твердых сплавов с целью выявления отличительных особенностей влияния технологических факторов на. выходные параметры процесса и определение условий, обеспечивающих высокую работоспособность алмазных кругов и минимальную удельную себестоимость.

5. Раскрываются закономерности и особенности формирования остаточных напряжений и обосновывается их взаимосвязь с эксплуатационными свойствами инструментов из твердых сплавов и БТС после алмазно-искрового шлифования.

6. Осуществляется практическая реализация разработанных положений и результатов выполненных работ.

Рассматриваемые задачи охватывают довольно широкий круг вопросов теории шлифования. Поэтому проведенные экспериментальные исследования, необходимые для установления зависимостей, отражающих процесс и "питающих" теоретические модели, могут иметь и самостоятельное значение, например, микрорезание твердых сплавов, их обрабатываемость, качество поверхностного слоя, физические особенности взаимодействия режущей и обрабатываемой поверхностей и др. Эти вопросы, касающиеся различных аспектов процесса и исследуемые в работе, не целесообразно и довольно трудно объединить в рамках единого обзора литературы. Поэтому имеющаяся необходимая информация по конкретным вопросам излагается в соответствующих разделах работы.

В целом работа базируется на фундаментальных положениях теории шлифования, которые освещаются в исследованиях Байкалова A.B., Богомолова Н.И., Бокучава Г.В., Волского Н.И., Глейзера Л.А., Евсеева Л.Г., Кащеева В.Н., Королева A.B., Корчака С.Н., Лоладзе Т.Н., Лурье Г.Б., Маталина A.A., Маслова E.H., Новоселова Ю.К., Островского В.И.,' Подзея A.B., Попова С.А., Редько О.Г., Резникова А.Н., Сагарды A.A., Сальникова А.И., Семко М.Ф., Старкова В.К., Филимонова Л.Н., Якимова A.B., Ящерицына П.И.-и многих других.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ И ИЗНОСА КРУГОВ

В рассматриваемом разделе работы приведены результаты теоретических исследований, посвященных раскрытию характера взаимодействия элементов режущего рельефа круга с твердыми сплавами на основе микроскопического подхода, суммирования по слоям материала и рельефа в бесконечно малых, что позволило разработать математические модели производительности и износа круга, осуществить их алгоритмическое и программное обеспечение я реализовать расчеты прогнозируемых показателей процесса. Производительность шлифования определяется условиями взаимодействия обрабатываемого мате-

риала о рабочей поверхностью круга и ее состоянием. Это состояние зависит от свойств режущих элементов и их распределения по высоте, способности сохранять развитость рельефа. В моделях процесса контактирующий с материалом участок кривой плотности распределения зерен предопределит количество активных "динамических" зерен, которое вместе 'с другими факторами сформирует мгновенное сечение среза. Поэтому анализ и расчет плотности распределения зерен приобретает важное значение. Обычно она устанавливается экспериментально,а затем подбирается один из известных в теории вероятности закон распределения, либо, кривая'(чаще интегральная функция) апроксимируется каким-то выражением. Подобный подход приводит к тому, что одна и та же, например, высотная характеристика зерен на поверхности круга у разных исследователей подчиняется различным законам - нормальному, равномерному, параболическому и др. Причем достоверность результатов, полученных разными авторами в данном случае не подвергается сомнению. В связи с этим следует предполагать, что существует какое-то теоретическое распределение, а экспериментально получены его деформированные характеристики, что связано с особенностями методического подхода к оценке рельефа. Таким образом для разработки моделей производи гель нос ги и износа на первом этапе необходимо найти плотность распределения зерен (отметим, что в моделях может "работать" и экспериментально установленное распределение).

Анализируются причины, по которым в опубликованных работах получены различные данные по количеству алмазных зерен на поверхности круга.

При расчете зерна рассматривались в виде эллипсоида вращения. Получена общая зависимость для числа зерен на единице поверхности:

^-^■¿Ем-пк (1)

где П - число зерен в единице объема; 3 - большая полуось эллипсоида, мкм; /г- - минимальная глубина заделки зерна, мкм; */г_ .

Е(к) ; К2-

о "

О,- меньшая полуось эллипсоида; У - угол между большой осью

эллипсоида и координатной вертикальной осью; интеграл Е(к) представляет собой полный эллиптический интеграл второго рода, для которого имеются таблицы при различных значениях К ; подсчет величины К показал, что для принятой модели зерна и различных зернисгосгей она постоянна Л'=0,745 и Е(х)= 1,323, тогда

И,) (2)

, В работе приведены таблицы с результатами расчета А, /г, для различных связок и зернистостей.

В результате дальнейшего анализа количества зерен над уровнем связки и возможных высот выступания $ , мкм произведен расчет плотности распределения их по высоте ^ ( $ ):

при 0< $"<' 2$ -к , т.е. при всех возможных $, где %р(&)~ угол, которым характеризуется фиксированное значение $ , =

„ • /1 /71ПШ '

= ал^т ^/У' ^у

Таким образом, плотность распределения зерен по высоте зависит от соотношения числа зерен в единице объема и на единице поверхности, от наименьшей глубины заделки и их размеров. В работе представлены в таблицах расчетные значения для различных

зернистостей. Кривая ^ ($) состоит из участка равномерного распределения до значений $ < 2й-/г/ и ниспадающего в промежутке 2а-к < < 2§- к ■

Разрушение и износ зерен, уменьшение наибольшей высоты выступания, модальной высоты, разновысогносги приведет к деформации кривой - увеличению плотности в'нижерасположенных уровнях залегания вершин. В связи с этим в работе проведен анализ и исследование деформации исходной теоретической плотности распределения зерен по высоте. Учитывалось, что при внедрении режущего рельефа в материал зерна будут взаимодействовать с ним при разных толщинах среза. Поскольку разрушение зерна и величина скола носят случайный характер, деформацию плотности их распределения можно исследовать только с учетом распределения величин поломок при различных толщинах среза. Плотность распределения расстояний от вершин зерен, которые заняли новые положения, до границы мате-

риала - ^ ( и. , I ), где и - координата вершины зерна после поломки относительно начала координат, определяющего фактическую границу материала для отдельного зерна, 2 - толщина среза. Это распределение может быть найдено экспериментально при микрорезании единичными зернами с различными толщинами среза, а таете теоретически и описано' каким-либо законом.

Реальная толщина среза 2 оценивалась с учетом микронеровностей шлифуемой поверхности. Если зерна режущего рельефа одинаковой высоты внедрились в материал, например, на величину X , то реальное распределение толщин среза для этих зерен будет у? ( 2 , X ). Это необходимо учитывать, особенно при шлифовании твердых сплавов, когда толщины срезов зачастую соизмеримы с микрокеров-ностями поверхности.

Таким образом, исходными данными для исследования деформации плотности распределения зерен будут: I. Теоретическая исходная плотность распределения ( 8 )• 2. Плотность распределения действительной толщины среза для зерен одинаковой высоты у ( 2 , X ). 3. Плотность распределения расстояний вершин зерен до границы материала после их поломки либо микровыкрашивания д. { и, 2 ). Получено следующее выражение для деформированной плотности

распределения /*{ о )

/$)+/2)с11, при

" о 6 ' -л (4)

8- +//Ь*хМх//>(2, Х)№, г) (¿г к. <5ч • о

при 2 <

где $т - максимальная высота выступанмя зерен; X - расстояние от уровня связки до границы материала;

/ /У- г-Щ)г

Для нахождения функции ^ ( (I , 2 ) были сделаны специальные эксперименты по микрорезанию твердого сплава алмазными зернами. После построения для каждой толщины среза экспериментальных распределений координаты и было установлено, что наиболее прием-

лемым для описания характера поломок и по виду и по физической интерпретации является гамма-распределение, которое обычно удобно описывает как устойчивую работу системы, так и работу с отказами, т.е.

а<М -3(2-и) л,

Для каждой толщины среза подсчитывалось математическое ожидание величины поломок {т ) и дисперсия {£> ), а затем определялись параметры распределения и об-^/7? - I; установленные зависимости ^уЗ —£(2) и позволяют учитывать динамику взаимодействия алмазных зерен с материалом.

Анализ полученного после деформации устойчивого распределения зерен показывает, что оно не принадлежит известным распределениям; однако отдельные участки известных распределений соответствуют полученному, поэтому можно найти аналитическое выражение его плотности вероятности, что будет показано ниже.

Поскольку вопросы прогнозирования показателей процесса имеют первостепенное значение, основное внимание в работе уделено воплощению результатов взаимодействия режущего рельефа с материалом в математические модели производительности и износа. Суммарная мгновенная площадь среза ( £ ) всеми зернами внедрившегося режущего рельефа, расположенными на I поверхности круга, определится;

/$(г) \Р(г,Х)(1г (5)

О о

где $ (?) - сечение среза одним зерном при внедрении на величину ? . Эта площадь может быть найдена, исходя из принятой формы режущей части зерна.

Как видно, суммарная площадь среза зависит от числа работающих зерен, которое а свою очередь определяется их плотностью распределения ^ { 8" ) и глубиной внедрения режущего рельефа в материал ( ), а также от сечения среза одним зерном 3(2)

и функции ( ? , X ), описанной ранее.

При шлифовании по упругой схеме, например, чашечными кругами глубина внедрения определяется нормальным усилием Р . В результате исследований получено выражение для суммарного усилия

при внедрении рельефа в материал, приходящееся на зерна, расположенные на I ми? поверхности

Р - /2 /{г, (6)

с. О

где С - постоянный коэффициент в зависимости = С -глубины внедрения одного зерна от усилия; для различных материалов эта зависимость может быть определена экспериментально с помощью специального приспособления для микрорезания по упругой схеме, что показано ниже.

Полученная расчетная зависимость Р = У(1) позволяет для конкретных технологических значений усилия прижима Р определять Ъ и верхний предел интегрирования &т - Ъ в выражении (5) для 5

Зная суммарную площадь среза £ , можно найти объем материала, снимаемого в минуту, @ , т,Р/тт:

(р= ¿-¿'Ш */</(£*-з£)

где - длина контакта зерна с материалом за I оборот круга в мм; СО - частота вращения круга в минуту; 1> п Л)„ - соответственно наружный и внутренний диаметры алмазоносного кольца в мм.

Далее в работе анализируется количество работающих зерен Пр и исследуется распределение толщины среза, приходящихся на них

X (7)

Плотность вероятности толщины среза У (2 ) найдется: 8» г

\Dfi\- (о\

/{(гп)с1х

ь

Показано, что часть зерен, обычно считающихся рабочими, будет иметь отрицательную толщину среза, что связано с реальным рельефом шлифуемой поверхности, неровности которого, как уже отмечалось, соизмеримы с возможной толщиной среза. Количество дей-

ствительно контактирующих, динамических зерен, формирующих суммарное мгновенное сечение среза, дая толщин среза 0¿2<§т~1 будет

&гг

Прк - Пр/№)а!2 (9)

о

а плотность вероятности толщин среза дам генеральной совокупности Прк найдется

(Ю)

J уфйг:

а

По найденной )Ррк ( 2 ) рассчитывается математическое ожидание толщин среза ГП£

Графики плотности вероятности толщины среза, полученные на ЭВМ и распечатанные здесь же количество зерен Пр и Прк, а также для различных условий шлифования приведены в работе и в приложении. В сложных моделях процесса, например, в моделях, производительности составляющими могут быть не конкретные факторы, а состояния, определяемые свойствами многих привносимых факторов; например, состояние режущей поверхности круга, характеризуемое распределением зерен. В этом случае целесообразно произвести статистическую оптимизацию плотности распределения зерен по максимуму производительности.

Для отыскания оптимального распределения надо вначале описать класс распределений, охватывающий во возможности все реаль-. ные распределения зерен на поверхности круга и имеющий следующие характерные особенности: I) распределение сосредоточено в промежутке ( О , $тах ); 2) (0) > 0. Такое распределение не принадлежит непосредственно к известным в математической статистике распределениям; однако для его описания можно выделить подходящие участки кривых плотности вероятности известных распределений, осуществить соответствующее смещение выделенного участка вдоль оси абсцисс и растяжение или сжатие вдоль оси ординат и полученную таким образом кривую использовать для апроксимации реального распределения. Указанный подход использовался в работе при описании участка кривой гамма-распределений.

С учетом сказанного в результате анализа получено выражение плотности распределения зерен по высоте:

<п>

где сС , - параметры гамма-раопределения; С - положительное число, характеризующее величину смещения кривой вдоль оси абсцисс; С1 - —Г 5 К ~ некоторое положительное число,

учитывающее растяжение или сжатие выделенного участка вдоль оси ординат. Оптимальное распределение будет отыскиваться среди распределений, задаваемых формулой (II) при следующих ограничениях:

I) С>0; 2)Ж> 0; 3)^6 > 0; 4)-^- С </Ртах

Поскольку С1у X (¿X = I, то при заданных , ,

С может быть (Ййдено &

Учитывая, что суммарная площадь среза определяется выражением (5), математическая формулировка задачи может быть следующей: надо найти максимум функции , где /*{ & ) определяется, формулой (II), при этом С1 = ■ » * д„-и выбору подле-

/пГ емхл их

жат параметры сС , С . Сформулированная задача является разновидностью задач.нелинейной оптимизации, для которой разработаны алгоритмы численного решения. Нами был применен метод поиска по деформированному многограннику в сочетании с методом штрафных ■ функций (метод Нелдера и Мида).

Значения параметров сС ; , с распределения ( О ), обеспечивающих Зтах представлены в таблицах для различных зер-нистостей круга; примеры построения графиков { с помощью ЭВМ для разных условий шлифования приведены в работе и в приложении. Результаты расчетов производительности для соответствующей оптимальной ( $) и разнообразных условий обработки, их анализ представлены в работе и кратко будут обсуждены ниже.

Возможность достижения устойчивых условий взаимодействия режущего рельефа'с материалом при АИШ позволяет определить величину износа круга во времени, необходимую для сохранения заданного уровня производительности; при этом в работе круга могут быть реализованы потенциальные возможности зерен по работоспособности.

Размерный износ круга ^ в расчете на один оборот определится

(12)

гч

где Та - средний объем износа зерен в расчете на один оборот, ыкм^; Ри. - суммарная площадь износа зерен; эти величины определяются для I мт.г поверхности круга:

&П

ии(1)-?рк(1)сИ (13)

о

где 7Ги ; Й(2) - коэффициент работоспо-

Н(2)

собности зерна.

Для всех работающих зерен суммарная площадь износа после соответствующих выводов и преобразований будет:

Ги - П 6(1вбв-2,09(1+к^ (14) ,

Схеш алгоритмов и исходные тексты программных модулей всех расчетов приведены в приложении.

Реферируемый раздел работы заканчивается обсуждением и анализом результатов расчетов по математическим моделям. Сравнение расчетных данных с экспериментальными (глава 5) свидетельствует об их хорошей сопоставимости; расхождение составляет 10 - 15 %, в отдельных случаях доходит до 20 %. В работе в таблицах представлены расчетные значения производительности и износа для различных условий шлифования.

Показано, что при АИШ в условиях самозатачивания фактор зернистости в меньшей степени, чем при обычном шлифовании влияет на режущую способность круга, т.к. исключается "недостаток" мелкозернистых кругов, связанный с более интенсивным, чем у крупнозернистых, засаливанием, приводящим к уменьшению разновысотности зерен за меньший период времени. Установлено, что во взаимодействии с твердым сплавом (в съеме материала) в широком диапазоне условий участвует от 5,3 % до 11,1 % зерен, находящихся на рабочей поверхности круга; при формировании мгновенного сечения среза с учетом микронеровностей шлифуемой поверхности непосредственно контактирующие "динамические" зерна Прк составляют в сред-

нем 60 - 70 % от условно рабочих ftp , обычно принимаемых за реальные.

Показано, что любые выводы о количестве рабочих зерен, о процентном соотношении их с зернами на поверхности круга могут иметь реальный смысл лишь применительно к конкретным, присущим данному процессу условиям (режимы, материал, характеристика круга и др.); расчетная модель "сама выдает" число зерен, находящихся в слое снимаемого материала. Активная часть рельефа, участвующая в съеме материала в широком диапазоне условий, составляет, например для сплава TI5K6 от 0,081 до 0,134, для сплава 1Н20 -от 0,074 до 0,128 от высоты зерен над уровнем связки; поэтому она не может быть ответственна за состояние всего рельефа; в связи с этим сопоставимые результаты по характеристикам процесса могут быть получены при различных экспериментально найденных распределениях зерен.

Увеличение нагрузки (глубины внедрения) приводит к уменьшению плотности вероятности малых толщин среза и возрастанию диапазона их изменения, что способствует соответствующему росту математического ожидания толщин среза

Скорость резания не влияет на изменение диапазона толщин среза до Zmax, но способствует перераспределению плотности их вероятности: увеличение скорости вызывает снижение плотности

Урх ( Z ) малых Толщин среза и повышение - больших, что приводит к некоторому росту расчетных значений m¿

Показано, что изменение размерного износа кругов в основном зависит от объемного износа зерен; суммарная площадь износа для определенной зернистости и относительной концентрации в различных условиях изменяется незначительно.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОРЕЗАНШ "ТВЕРДО СПЛАВОВ

Вопросы микрорезания твердых сплавов, в том числе безвольфрамовых практически не изучены.Целесообразность их изучения диктуется тем, что зависимости глубины внедрения единичных зерен от нагрузки, распределение величин поломок и коэффициенты их работоспособности при различных толщинах среза необходимы для соответствующих математических моделей при расчете производительности, износа, плотности распределения зерен и др. Кроме того, эти исследования имеют и самостоятельное значение; например, анализ

характера взаимодействия единичных зерен с различным! твердыми сплавами по условным напряжениям резания, коэффициентам шлифования позволяет оценить их обрабатываемость, что является также важной физической предпосылкой прогнозирования показателей работоспособности кругов.

Для исследования процесса микрорезания разработаны специальные установки, позволяющие осуществлять как "медленное" резание - царапание, так и "быстрое" в условиях, максимально приближенных к реальным. Разработаны методика и специальные силоизме-ригельные устройства, позволяющие изучить усилия микрорезаная о помощью полупроводниковых тензодатчиков, а также динамическую прочность различных алмазных зерен с помощью магнитоупругих датчиков.

Применялись различные критерии, характеризующие особенности процесса микрорезания: коэффициент микрорезания по аналогии о коэффициентом шлифования, определяемый отношением тангенциальной силы к радиальной Км " ¡Ру > Условное напряжение микрорезания - отношение тангенциальной составляющей усилия резания к сечению среза (¿м - Рг/д . коэффициент работоспособности алмазных зерен - отношение объема снятого материала к объему изношенной части зерна X7- ¡Vu

В результате исследований установлено, что по сравнению с вольфрамосодержащими при микрорезании безвольфрамовых твердых сплавов составляющие усилия Рг , Ру^ и условные напряжения выше, а коэффициенты микрорезания К» ниже во всем диапазоне толщин среза; в порядке ухудшения обрабатываемости исследуемые сплавы располагаются следующим образом: Т15К6 , ТН20 , К HT 16

Показано, что благоприятное соотношение толщины среза Z и радиуса округления зерна _Р при микрорезании твердых сплавов на порядок меньше известных значений и составляет 0,03 - 0,01; при этом установлена существенная роль субшкрокромок алмазных зерен в процессе резания.

Исследован характер протекания деформации в зоне резания (срез или пластическое выдавливание). Монотонный рост условных напряжений микрорезания Км с уменьшением толщины среза до величины порядка 0,1 мкм указывает на преобладание процесса резаг ния над пластическим выдавливанием или упруго-пластическим оттеснением, а также на то, что неблагоприятное соотношение Hè достигается даже при отмеченной толщине среза.

Установлены зависимости нормального усилия ( ) ог 2 , например для зерен 100/80:

Р/ = 20,5 г 1'72 (Т15К6) (15); Р: = 31,Б.?1'45 (ТН20) (16)

Подобные зависимости были получены для других зернистостей.

Получены данные по динамической прочности алмазных зерен различных марок - АС4, АС6, АРВ1, АС32 в ньютонах разрушающей нагрузки и микрометрах предельных толщин среза при микрорезании.

Сравнение данных по статической и 'динамической прочности показывает их существенное различие - динамическая прочность зерен всех марок значительно выше; вероятность попадания в зону воздействия кратковременных нагрузок дефектных областей алмазного зерна мала, т.к. усилие локализуется на участке зерна, непосредственно воспринимающем нагрузку. Различие динамической прочности, например зерен АС32 и АРВ1 (дробленый баллас) менее значителшо, чем статической; так статическая прочность зерен АС32 в 2,06 раза выше, чем - АРВ1, а динамическая - только в 1,39 раза. На основании результатов испытаний зерен на динамическую прочность вскрыты возможности и разработаны рекомендации по применению зерен дробленых балласов АРВ1 в шлифовальных кругах; при этом процесс АИШ раскрывает ноше более широкие возможности их использования в металлических связках, так как наличие металлофазы в зернах способствует самозатачиванию самих зерен, обеспечивая развитость микрокромок.

Во втором разделе отмечалось, что для анализа деформации плотности распределения зерен необходимо определить функцию

( и., I ) - распределение величин поломок единичных зерен ( и ) относительно границы материала даш различных фиксированных значений толщин среза ( ? ). С этой целью производилось микрорезание твердых сплавов зернами АС6 при толщинах среза I, 2, 3 и 5 мкм. После каждого контакта зерна .с материалом оценивалась величина его излома по координате вершины зерна { ¿¿).

Для использования в расчетах были установлены зависимости параметров ( оС и ) гамма-распределения величин поломок от толщины среза:

о(, = -0,443 - 0,9422 + 0.63122 - 0.07223 (17)

= 0,539 - 0,409 Z + 0.I45Z2 - 0,01513 (16)

Далее была исследована работоспособность различных зерен при микрорезании твердых сплавов в том числе Б Т С; по возрастании работоспособности алмазные зерна располагаются в такой же последовательности, как и по динамической прочности: АС4, АС6,АРВ1, АС32. Показано, что при микрорезании сплавов KHTI6 и 1Н20 в сравнении с TI5K6 коэффициент работоспособности зерен имеет более низкие значения; следовательно, по коэффициенту работоспособности R также можно производить оценку обрабатываемости различных твердых сплавов.

В процессе самозатачивания круга по достижении активного положения зерно будет работать с различными толщинами среза. Поэтому, например, при моделировании износа круга следует учитывать не вообще установленный коэффициент работоспособности зерна определенной марки, а его функциональную зависимость от толщины среза и расчет вести для активных рабочих зерен, износ которых и определяет размерный износ алмазного круга в установившемся режиме шлифования. Поскольку в исследуемых нами кругах на металлической связке ГД-01 используются зерна АС6, для них получены зависимости коэффициента работоспособности от толщины среза при микрорезании различных материалов. Например, для сплава И5К6:

Rft)= 1458,98 + 2970,56Z - 2499,627*+ 476,2Л¿3 (19) для сплава ТН20:

R(Z) = 1021,29 + 2080,40¿ - 1750,712* + 335,311* (20)

Эти зависимости используются в выражении 2.13 для расчета • объема изношенных частей рабочих зерен и определения размерного износа кругов.

' 4. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛМАЗНЫХ КРУГОВ С ОБРАБАТЫВАЕМЫМ МАТЕРИАЛОМ

Особенности взаимодействия рабочей поверхности круга с твердыми сплавами в том числе без вольфрамовыми при АШ не изучены. В связи с этим в реферируемом разделе исследуются и анализируются такие показатели процесса как коэффициенты шлифования,энер-

гоемкость, рассматриваются физико-механические особенности износа алмазных зерен в кругах, а также электрические параметры процесса, влияющие на состояние рельефа и его устойчивость.

Анализ влияния электрических параметров на показатели работоспособности кругов в условиях АИШ позволил установить оптимальное значение энергии единичных разрядов, вводимой в зону резания, - наименьшее значение удельной себестоимости шлифования твердых сплавов получено при значении энергии единичных разрядов 0,0011 Дя, что соответствует частоте следования импульсов 88 кГц, а при шлифовании твердого сплава совместно со сталью - 0,0021 Дж при частоте импульсного тока 44 кГц. При изменении энергии разрядов в диапазоне от 14 Ю-^ до 5 Ю-4 Дя показатели себестоимости имеют близкие значения, что объясняется соотносительным изменением производительности и износа кругов.

Учитывая большую чувствительность твердых сплавов к термоциклическим нагрузкам, АИШ производится с обратной полярностью (круг - анод), что снижает действие эрозионных разрядов на обрабатываемый материал, а устойчивое состояние рельефа круга достигается при меньшей энергии разрядов; отмеченное обстоятельство благоприятно отражается на качестве поверхностного слоя, который подвергается в основном механическому воздействию алмазными зернами. Для обеспечения условий, когда при формировании поверхностного слоя превалирует силовой фактор, шлифование на завершающем этапе производится с выключенным током при строго регламентированном времени взаимодействия круга с материалом; этот период времени ( / ,. мин) рассчитывается из условия сохранения постоянного значения модальной высоты зерен ( Н'т, мкм) на поверхности круга соответствующей зернистости по зависимости 0,3¿t4 »

при этом К зависит от марки твердого сплава, например для Т15К6 - К = 0,06, для ТН20 - К = 0,04, а Нт есть оптимальное значение модальной высоты зерен, обеспечивающее минимум удельной себестоимости шлифования; например, для кругов на связке М1-01-100, зернистостью 100/80 Нт - 31 мкм, 200/160 - Нт- 42 мкм, 50/40 - Нт *» 20 мкм.

Выбор модальной высоты в качестве исходного параметра позволяет определить оптимальные условия шлифования твердых сплавов в широком диапазоне режимов. Данный способ защищен авторским свидетельством (а.с. 1094724, Б.И. 1964. № 20. С.34).

В результате исследования взаимодействия режущей поверхности алмазных кругов с обрабатываемым материалом установлены зависимости коэффициента шлифования ( Л^ ) и удельной энергоемкости ( ) от различных условий АКШ. Отличительными признаками установленных зависимостей являются меньшие от 1,5 до 2,5 раза значения Ки и от 2 до 20 раз (для сплава ТН20) значения 8/и по сравнению с обычным алмазным шлифованием и весьма незначительные влияния на них длительности процесса обработки. Основной причиной этого является действие электрофизических и механических эффектов в процессе шлифования, которые способствуют уменьшению площади контакта режущей и обрабатываемой поверхностей, сил трения, сохранению модальной высоты выступания зерен над уровнем связки, свободному протеканию процессов пластической деформации и струж-кообразования.

Следует отметить, что в ряде случаев оценка особенностей взаимодействия круга и обрабатываемого материала только по удельной энергоемкости В/и может дать неправильное•представление о процессе. Так, например, при шлифовании сплавов И5К6 и ТН20 изменение нормального давления незначительно влияет на удельную энергоемкость, в го же время производительность и удельная себестоимость отличаются существенно. В условиях АИШ твердых сплавов и твердых сплавов совместно со сталью режущие свойства алмазных кругов, эффективность их использования и обрабатываемость различных материалов будут однозначно оцениваться лишь при совместном анализе 8м и Кш ; большим значениям Кш и меньшим

Вм при изменении условий шлифования будут соответствовать повышенная потенциальная режущая способность кругов и соответственно лучшая обрабатываемость материалов.

Представляет интерес принципиальное различие в порядке расу-положения кривых при алмазном и алмазно-искровом шлифовании, различных сплавов, что вызвано характерным условиями взаимодействия кругов и обрабатываемых материалов. При алмазном шлифовании наибольшие значения Кш наблюдаются у сплава 1Н20, наименьшие - Т15К6, а при АИШ - наоборот. Это объясняется различными условиями контактирования и их влиянием на соотношение усилий резания. Для обоснования отмеченных выше различий в уровнях расположения зависимостей Кт были проведены специальные исследования безалмазным кругом по определению коэффициентов трения меж-

ду твердыми сплавами и материалом связки. Сравнительный анализ Кш при алмазном шлифовании и коэффициентов трения показывает их одинаковый относительный характер расположения - наибольшие значения имеют место для сплава ТН20, наименьшие - для ТТ5К6. Это позволяет сделать вывод, что на тангенциальную силу резания Рг при алмазном шлифовании превалирующее влияние оказывает трение связки.

В условиях АШ порядок расположения зависимостей Кш для этих же сплавов, как уже отмечалось, иной, а именно - он соответствует расположению .коэффициентов микрорезания (Луг/) при взаимодействии единичных алмазных зерен с теми же сплавами. Следовательно при АИШ взаимодействие обрабатываемого материала с кругом определяется в основном характером контактирования его с алмазными зернами, что создает предпосылки стабилизации работоспособности инструмента.

Особенности состояния и износа алмазных зерен, которые привносятся процессом АШ твердых сплавов исследовались с помощью электронного сканирующего микроскопа " 50". Высокая

производительность АШ и превалирование силового фактора в формировании поверхностного слоя объясняется развитым состоянием режущей поверхности инструмента. "Засаливание" круга, т.е. заполнение межзеренных пространств продуктами шлифования, не обнаруживается. Действие разрядов способствует удалению и оплавлению образующихся стружек, чем обеспечивается активное выступание зерен. Вместе с тем налипание отдельных срезаемых стружек на микрокромки и заполнение ими межкромочных пространств зерна в начальной стадии исключить невозможно, т.к. зерно не токопроводно; поэтому субмикрорельеф зерна может частично потерять активность. Однако, при более обширном покрытии поверхности зерна срезаемыми частицами обрабатываемого материала появляется большая вероятность контакта со срезаемой стружкой, в результате чего действие разряда может быть направлено не только в межзеренное пространство, но и на зерно. Это способствует локальному разрушению отдельных участков зерен; при этом активизируется как режущая поверхность собственно зерна, так и круга, т.е. обеспечивается самозатачиваемость кромок.

В процессе взаимодействия алмазных зерен с твердыми сплавами площадок износа, как правило, не возникает, поверхность зерен весьма развита, причем размеры отдельных субмикрокромок могут составлять доли микрометра.*

Известно, что появление кольцевых трещин на поверхности алмаза является следствием неоднократного воздействия напряжений. Кольцевые трещины характерны для поверхностей контакта алмазных зерен с твердыми сплавами; от первичных трещин начинают ветвиться новые микротрещины, которые также приобретают кольцеобразный характер. Можно сделать вывод, что усталостные процессы при износе алмазных зерен в кругах существенны, они способствуют сколам отдельных участков зерен и микровыкрашиваниям режущих кромок.

Следует иметь в виду, что в отдельных случаях при большой энергии импульсов (например, частота ./ = 22 кй) наблюдается более интенсивное воздействие разрядов, в результате чего может иметь место вязкое разрушение кромок.

В заключение выскажем предположение о возможном "эвтектическом изнашивании" алмазных зерен в кругах. Впервые такой вид изнашивания алмазов отметил Семенов А.П., а принципиальная возможность эффекта контактного (совместного) плавления была показана ранее Боуденом и Ридлером.

Воздействие разрядов на границу между зерном и связкой, либо на зерно несомненно способствует возникновению условий, необходимых для звтектического плавления контактирующих поверхностей. На характерных микрофотографиях поверхностей предполагаемого эвтектического изнашивания видны каплеобразные наплывы застывшей эвтектики. О высокой прочности и хрупкости застывших "языков" свидетельствуют тонкие, ровные волосяные трещины. Таким ойразом,, принципиальная возможность эвтектического изнашивания алмазов, высказанная Семеновым А.П., может иметь место при АИШ твердых сплавов (нами отмечено при обработке ТН20 с / = 22 кГц).

Рассматривая особенности износа алмазных зерен, следует заметить, что даже в конкретных условиях взаимодействия кругов с различным материалами нельзя делать выводы о каком-либо обозначенном виде износа, присущем данному процессу. Различные участки и кромки даже одного и того же алмазного зерна в процессе шлифования будут подвержены различным видам износа в зависимости от характера физико-механического взаимодействия их с обрабатываемым материалом.

5. РАБОТОСПОСОБНОСТЬ АЛМАЗНЫХ КРУГОВ

Оценка режущей способности в практике испытаний шлиФоваль-27

ных кругов приобретает большое значение; наряду с "жесткой" схемой шлифования с принудительной глубиной ^поперечной подачей) применяется так называемая "упругая" схема. Она, как известно, предполагает работу с постоянным усилием прижила рабочей поверхности круга к обрабатываемой поверхности. При этом съем материала определяется режущей способностью круга и является количественной его характеристикой. Это положение обосновано в работах Дьяченко П.Е., Глейзера А.Л., Лурье Г.Б., Попова С".А.

Выбор оптимальных условий шлифования и кругов с приемлемым сочетанием режущей способности (физических свойств) и износостойкости с одновременной возможностью экономического обоснования может быть произведен о помощью такого критерия, как удельная себестоимость обработки ( коп/см^). Методика расчета ¿^подробно освещена в опубликованной наш ранее совместно с Семко М.Ф. монографии; учитывая низкую стоимость алмазных кругов в нашей стране, на себестоимость шлифования .более заметные влияния оказывает производительность процесса, чем возмещение износа алмазного круга.

Размерный износ круга измерялся на оптическом длинномере ИЗВ-2 с помощью специального приспособления в восьми фиксированных точках рабочей поверхности круга. Эксперименты проводились как по "упругой", так и по "жесткой" схемам. Для испытаний кругов по "упругой" схеме применялось специальное приспособление с гидравлическим силопередающим устройством.

Для реализации процесса АИШ твердых сплавов был модернизирован станок ЗД642Е. В качестве источника питания импульсным током использовались широкодиапазонный генератор импульсов ШШ 40-440 и специально разработанный малогабаритный генератор. Работоспособность кругов определялась с применением методики многофакторного планирования экспериментов. Ввиду того, что основным параметром оптимизации являлась удельная себестоимость обработки, находилась область факторного пространства с минимальным ее значением (интерпретация результатов производилась также по производительности ( , мзг/мин) и относительному расходу алмазов, которые входят в матрицу планирования). При этом ограничение условий шлифования (интервалы варьирования факторов) проводилось по качественным показателям процесса -

износостойкость шлифованных инструментов, образование микротрещин на обработанной поверхности. Область факторного пространства, прилежащего к оптимуму, находилась симплексным методом планирования экспериментов.

Анализ различных видов планов теории планирования при поиске оптимальных условий в области факторного пространства показал, что наиболее приемлемыми являются планы второго порядка, близкие к - оптимальному, обозначенному в литературе как Вц , для 4-х факторов - нормального давления Р (поперечной подачи Sncn ), скорости резания V , зернистости 2 и концентрации К . Подробное изложение методики планирования экспериментов приведено в приложении к диссертации.

Интервалы варьирования факторов при проведении экспериментов составляли: Р = 1,2+2,0 Ша ( S/юг = 0,01+0,03 мм/дв.ход. для ТН20); V - 20 - 30 м/с; 2 = 50/40 + 200/160; К = 50 + 150 (2-с-б).

Построения двумерных сечений поверхностей отклика Суд. = = /(Р,^)и^ = /(/?,Г),а также Сур = / (2 , Л' ) и (р = ^ (2 , К ) позволяют выбирать различные сочетания режимов резания и характеристик кругов для получения необходимой производительности, сбалансированной с удельной себестоимостью обработки.

Условия АИШ вольфрамосодержащих твердых сплавов обеспечивают высокую работоспособность кругов; производительность обработки достигает 1000 - 1200 мм3/мш и по сравнению с обычным алмазным шлифованием она выше в 2 - 2,5 раза, а удельная себестоимость и относительный расход алмазов ниже в 1,5 - 2 раза.

Производительность АИШ безвольфрамовых сплавов в среднем несколько ниже (на 15 - 20 %)\ однако по сравнению с обычным алмазным шлифованием на такой же связке 1Я-01 она в 2 - 2,5 раза выше и в 4 - 5 раз выше, чем при шлифовании кругами на бакелитовой связке, применяемой, как правило, для обработки БТС.

К особенностям алмазно-искрового шлифования твердых сплавов можно отнести более слабое влияние скорости резания на производительность и относительный расход алмазов, чем при обычном алмазном шлифовании. Скорость как фактор, способствующий самозатачиванию кругов, в процессе АИШ в этом смысле теряет значение, т.к. высокая режущая способность кругов обеспечивается эрозионным воздействием разрядов на связку. Повышение нормального дав-

ления способствует опережающему росту производительности по сравнению с износом круга, что приводит к снижению удельной себестоимости.

Влияние зернистости кругов на показатели их работоспособности также можно отнести к особенностям процесса АЖ1. При уменьшении зернистости в исследуемом диапазоне производительность повышается, что можно объяснить количественным фактором. Этот фактор не проявляется при обычном шлифовании, т.к. мелкозернистые круги интенсивнее "засаливаются", в результате чего преимущество остается за кругами с более развитым рельефом, имеющими большие межзеренные пространства и более продолжительное время сохраняю-, щими развитость режущего профиля, т.е. за крупнозернистыми. Алмазно-искровое шлифование исключает этот "недостаток" мелкозернистых кругов, обеспечивая их высокую самозатачиваемость. Соотносительное изменение производительности и износа у кругов различных зернисгостей показывает, что наименьшая себестоимость обработки имеет место для зернистости 100/80.

Расчет себестоимости обработки кругами различных концентраций показывает, что оптимальной является 100 % и ее влияние на себестоимость менее выражено, чем зернистости.

При шлифовании по "жесткой" схеме, оптимальное по Суд. значение зернистости смещается в сторону более-.крупных размеров, например, для сплава ТН20 составляет ¿? = 160/125 (при Зпоп -ш 0,03 мм/дв.х., тг =20 м/с и К = 100 56).

Найденные в рассматриваемом разделе закономерности изменения производительности и удельной себестоимости позволяют выбирать рациональные режимы и характеристики кругов в различных условиях АИШ твердых сплавов.

6. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ПОСЛЕ АИШ

Введение дополнительной энергии в зону шлифования вызыва- ■ ет специфическое воздействие силового и температурного факторов на формирование состояния поверхностного слоя. Известно, что получаемые рентгенографическими методами результаты отражают суммарный эффект, вызванный как напряжениями первого рода, так и ориентированными микронапряжениями. Эти положения обоснованы в

работах Васильева Д.М., Смирнова Б.И., Ровинского Б.М., Синайского В.И., Фукса М.Я., Гладких Л.И., Свердловой Б.М.

При одинаковых макронапряжениях может иметь место различие в значениях микронапряжений. Поэтому представляет интерес анализ взаимосвязи износостойкости инструментов после АИШ не только с макронапряжениями, либо суммарными ориентированными напряжениями, но и с межфазными микронапряжениями. Это особенно важно в тех случаях, когда не удается обнаружить корреляции между износостойкостью и макронапряжениями, как, например, после АИШ безвольфрамового сплава ТН20.

Остаточные ориентированные напряжения в поверхностном слое твердых сплавов определялись рентгенографическим методом многократных наклонных съемок ( s¿n.2T - метод).

Учитывая особенности формирования остаточных напряжений в гетерофазных материалах, основанные на двойственном характере остаточной ориентированной деформации, а также с целью выяснения механизма их формирования в безвольфрамовом твердом сплаве, остаточные деформации (напряжения (Гор ) были разделены нами на две составляющие - 'макродеформацию ( ^ ) и межфазную микродеформацию ( ) в соответствующих фазах, что позволяет оценить вклад каждой и найти их возможную взаимосвязь с износостойкостью.

Разделение суммарных ориентированных напряжений осуществлялось снятием межфазных микронапряжений путем вытравливания цементирующей фазы с последующим рентгенографированием и определением не снятых макронапряжений.

Общие ориентированные напряжения в карбидной фазе, найденные до вытравливания цементирующей фазы 6"ор - + , где <э( -макронапряжения; Q - межфазные микронапряжения в карбидной фазе. После вытравливания цементирующей фазы измеренные напря- ' жения Оор ~ , так как <э2 =0; следовательно <эг - (5'ср -<5ор{ <з( ).

Если предварительно измерить суммарные ориентированные напряжения в цементирующей фазе ( бвр ), то по известной макросоставляющей ( (5^ ) можно определить межфазные микронапряжения в этой фазе: <5¡" - - бср (б,)

Стойкостные испытания инструментов, обработанных в условиях АИШ, проводились на станке I6K20 при точении пластинками из TI5K6 сырой стали 45 ( V = 3,25 м/с; ¿ = 0,14 мм/об; t = = 0,2 мм) и пластинками ТН20 стали ХВСГ ( V = 3,25 м/с; S =

= 0,075 мм/об; t = 0,2 мм) без охлаждения. Резцы имели следующие геометрические параметры: J- = 0°; d = 10°; cL¡= 12°;

f = 45°; У>, = 15°; i = 0. Критерий затупления - износ по задней поверхности k3 = 0,45 мм.

Установлено, что в широком диапазоне условий АИШ в поверхностном слое твердосплавных пластин формируются сжимающие суммарные ориентированные остаточные напряжения (<Оор ), что обусловлено устойчивым состоянием развитого режущего рельефа, и, как следствие, превалирующим влиянием силового фактора в их формировании.

Различные значения бор , измеренных в разных фазах сплава, подтверждают двойственный характер остаточных напряжений - макроскопический и межфазный микроскопический.

В сплавах TI5K6 бор коррелируют с износостойкостью инструментов - большим значениям сжимающих остаточных напряжений в карбидных фазах соответствует максимальная стойкость.

В сплавах ТН20 корреляция между (jcp в различных фазах (TiC ), (JJL + Мо ) и стойкостью инструментов не обнаруживается. Разделение 'бор на макро- и межфазные микронапряжения позволило оценить взаимосвязь отдельных составляющих с износостойкостью твердых сплавов; не наблюдается связи между длиной пути резания, межфазными микронапряжениями в карбидной фазе () и макронапряжениями { 64 ); вместе с тем анализ показал, что наименьшему значению растягивающих межфазных микронапряжений в цементирующей фазе (+ 63 ) соответствует наибольшая износостойкость.

Межфазные микронапряжения в сплавах ПЕЗО имеют тепловое происхождение, о чем свидетельствует их сжимающий характер в карбидной фазе и растягивающий - в цементирующей; макродеформи-рованное состояние формируется с преобладанием силового фактора, на что указывает знак напряжений (сжимающие).

Межфазная микродеформация как в карбидной, так и в цементирующей фазе вносит существенный вклад в общее напряженное состояние, при этом с ужесточением режшов ее вклад возрастает. Так, при Snon ~ 0.01 мм/дв.ход доля микродеформаций в карбидной фазе составляет 3,7 %, а в цементирующей - 11,1 % от макродеформации, при ¿тл= 0,04 мм/дв.ход - соответственно 10,1 % и 75,9 % ( V" = 25 м/с; круг I2A2 - 45° АС6 100/80 MI-0I-I00). Следовательно, в сплавах 1Н20 общие ориентированные напряжения

в большой степени отражают повеление межфазной микросоставляющей, чем макронапряжений; при этом существенное значение имеют и знаки откронапряжений в отдельных фазах.

Установленная взаимосвязь между длиной пути резания и мея-фазными микронапряжениями позволяет определять оптимальные режимы шлифования по измеренному исходному параметру - межфазным микронапряжениям в какой-либо из фаз в зависимости от условий контактного взаимодействия изделий при эксплуатации. Например, в качестве оптимального выбирают режим шлифования, при котором межфазные растягивающие микронапряжения минимальны. Данный способ защищен авторским свидетельством (а.с. I2836I2, Б.И. 1987 И 2. С. 175). Таким образом выявление отдельных составляющих суммарных напряжений, знание их величин и оценка вклада каждой позволяют дифференцированно классифицировать причины и характер износа инструментов и прогнозировать условия эксплуатации. При этом в каждом отдельном случае в зависимости от состава материала, условий шлифования и взаимодействия при эксплуатации "слабым" звеном может оказаться любая из фаз, в которой могут зарождаться разрушающие микротрещины.

С учетом такого интегрального показателя качества, как стойкость инструмента, в конце раздела приводится анализ общей технологической себестоимости обработки (,СТ ), учитывающей не только себестоимость шлифования, но и себестоимость механической обработки. Показано, что в ряде случаев, особенно при шлифовании по жесткой схеме, условия, обеспечивающие наименьшую удельную себестоимость шлифования ( Суд- ) и наибольшую длину пути резания не совпадают и их следует корректировать. В этом случае наиболее объективным критерием является Ст • учитывающая оптимальность соотношения отмеченных показателей.

ОБЩИЕ ШВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

I. Высокие потенциальные возможности алмазных кругов наиболее полно реализуются при введении в зону шлифования дополнительной энергии в виде электрических импульсов, способствующих развитости режущего рельефа и устойчивости его состояния. Обеспечение стабильных условий взаимодействия рабочей поверхности круга с обрабатываемым материалом позволило разработать теоре-

тическке модели, адекватно отражающие это взаимодействие на уровне отдельных элементов рельефа, что создало предпосылки для прогнозирования работоспособности кругов.

Применение алказяо-искрового шлифования позволило решить триедкную задачу: интенсификация процесса, решение вопроса обрабатываемое ти различных твердых сплавов и создание технологических предпосылок автоматизации обработки инструментов различного назначения.

2. 3 результате выполненных комплексных теоретических и экспериментальных исследований решена научная проблема, состоящая во вскрыш:: особенностей и закономерностей процесса алмазно-кскрового шлифования твердых сплавов, в том числе безвольфрамо-в;.:х, сущности физико-механического взаимодействия на основе микроскопического подхода, суммирования по слоям материала и ре-куцего рельефа в бесконечно малых при разработке математических моделей, что позволило решить задачу повышения производительности и качества, снижения себестоимости и гарантировать высокий уровень конкурентоспособности технологического процесса алмазно-искрового шлифования труднообрабатываемых материалов.

3. Разработаны математические модели процесса шлифования -производительности, износа кругов и осуществлено алгоритмическое и программное обеспечение расчетов по этим моделям; реализованы расчеты производительности процесса, износа кругов, оптимальной плотности распределения зерен по высоте, плотности вероятности толщин среза работающих зерен, их математического ожидания, количества рабочих "динамических" зерен, что позволило получить большое количество пространственно-временных соотношений между характеристиками рельефа круга, технологическими факторами и выходными параметрами.

Показано, что расхождение расчетной и экспериментальной производительности составляет в среднем 10 -' 15 %. В широком диапазоне условий в формировании мгновенного сечения среза участвует от 5,3 % до 11,1 % зерен, находящихся на рабочей поверхности круга, а активная часть рельефа составляет от 0,074 до 0,139 от общей высоты над уровнем связки.

В связи с микронеровностями поверхности контактирующие "динамические" зерна составляют 60 - 70 % от обычно принимаемых за реальные рабочие.

Увеличение глубины внедрения рельефа приводит к уменьшению плотности вероятности малых толщин среза и возрастанию диапазо-

34

на их изменения, что способствует соответствующему росту математического ожидания толщин среза.

Скорость резания, не влияя на изменение диапазона толщин среза, способствует перераспределению плотности их вероятности -повышение скорости вызывает снижение плотности малых толщин среза и увеличение больших, что приводит к некоторому росту их математического ожидания.

4. Разработана и обоснована методология процесса шкроре-зания, раскрыты особенности взаимодействия алмазных зерен с различными материалами, что позволило: установить уровень обрабатываемости различных твердых сплавов, вскрыть характер протекания деформации в зоне резания, определить динамическую прочность и работоспособность различных зерен, разработать рекомендации по применению порошков дробленых балласов.

Показано, что в порядке ухудшения обрабатываемости исследуемые сплавы располагаются следующим образом: Т15К6, ТН20, КНКб; благоприятное соотношение толщины среза и радиуса округления зерна при микрорезании твердых сплавов на порядок меньше известных значений и составляет 0,03 - 0,01, установлена существенная роль субмикрорельефа алмазных зерен в процессе резания; монотонный рост условных напряжений микрорезания с уменьшением толщины среза до 0,1 мкм указывает на преобладание процесса резания над пластическим выдавливанием либо упруго-пластическим оттеснением; по возрастанию динамической прочности и рабогоспо- • собности зерна различных марок располагаются в следующей последовательности: АС4, АС6, АРВ1, АС32; установлено, что плотность распределения величин поломок зерен относительно границы материала для различных толщин среза описывается законом гамма-распределения. Вскрытые закономерности и найденные зависимости ' процесса микрорезания используются в расчетах по математическим моделям.

5. Раскрыты особенности взаимодействия режущей поверхности алмазных кругов с обрабатываемыми материалами в условиях алмазно-искрового шлифования: выявлены оптимальные электрические параметры процесса при обработке твердых сплавов и композиции твердый сплав - сталь, определены коэффициенты шлифования и удельная энергоемкость процесса, произведена оценка обрабатываемости твердых сплавов, установлена идентичность зависимостей коэфйи-

циентов шлифования при вдкрорезании и при АИД; вскрыты особенности износа алмазных кругов.

Отличительными признаками установленных зависимостей являются меньшие от 1,5 до 2,5 раза значения коэффициентов шлифования и от 2 до 20 раз значения удельной энергоемкости по сравнению с обычным алмазным шлифованием и весьма незначительное влияние на них продолжительности обработки.

При шлифовании твердых сплавов площадок износа на зернах, как правило, не возникает, их поверхность весьма развита, причем размеры отдельных микрокромок составляют доли микрометра; кольцеобразный характер ветвящихся микротрещин свидетельствует об усталостных процессах при износе алмазных зерен, способствующих микровыкрашиваниям режущих кромок; при шлифовании сплава ТН20 в ряде случаев обнаружены признаки предполагаемого "эвтектического изнашивания" алмазных зерен. Различные кромки зерна в процессе шлифования в зависимости от характера физико-механического контакта с материалом могут быть подвержены различным видам износа.

6. Установлены основные закономерности процесса алмазно-искрового шлифования твердых сплавов, вскрыты особенности влияния технологических факторов и характеристик кругов, показано, что производительность обработки достигает 1000 - 1200 ю^/мин и по сравнению с обычным алмазным шлифованием она выше в 2 -2,5 раза, а удельная себестоимость и относительный расход ниже в 1,5 - 2 раза.

7. Обосновано и установлено, что процесс алмазно-искрового шлифования обеспечивает высокое качество поверхностного слоя; выявлена взаимосвязь остаточных напряжений с эксплуатационными свойствами инструментов из твердых сплавов; в вольфрамосодержа-щих сплавах большим значениям сжимающих суммарных ориентированных напряжений в карбидных фазах соответствует максимальная стойкость; в сплавах безвольфрамовых подобная корреляция не обнаруживается, разделение суммарных напряжений на макро- и межфазные микронапряжения позволило установить: наибольшая износостойкость соответствует наименьшему значению растягивающих межфазных микронапряжений в цементирующей фазе. Межфазные микронапряжения при интенсивных режимах вносят существенный вклад в формирование общего напряженного состояния поверхностного слоя.

В ряде случаев условия шлифования, обеспечивавшие наибольшую износостойкость инструментов, целесообразно корректировать с учетом общей технологической себестоимости, учитывающей как удельную себестоимость собственно шлифования, так и себестоимость применения инструмента на операциях механической обработки.

8. Установленные оптимальные условия алмазно-искрового шлифования, обеспечивающие высокую работоспособность кругов, качество поверхности и наименьшую себестоимость обработку представлены в таблице (стр.38).

9. Показано, что процесс АИИ обеспечивает условия, при которых абразивный инструмент из самого слабого звена превращается в устойчивое надежное звено технологической системы, что создает предпосылки автоматизации процесса обработки инструментов различного назначения в условиях безлюдной технологии; это особенно важно в связи с переходом на станки с ЧПУ, включением операций абразивной обработки в технологический процесс ГПС.

10. Разработанная методология определения прогнозируемых показателей работоспособности алмазных кругов при алмазно-искровом шлифовании твердых сплавов применима к любому процессу абразивной обработки труднообрабатываемых материалов в условиях устойчивой работы круга. Предложенные и реализованные численные методы расчета показателей работоспособности алмазных кругов способствуют развитию САПР технологических процессов абразивной обработки.

11. Практическая реализация результатов теоретического и экспериментального исследования процесса АИШ твердых сплавов, в том числе безвольфрамовых показала и подтвердила его эффективность.

Результаты работы внедрены' и продолжают внедряться на операциях шлифования пластин, резцов, ножей для фрез, специального инструмента и др. при раздельной и совместной со сталью обработке.

Для оснащения шлифовальных и заточных станков после соответствующей модернизации при внедрении процесса применяются специальные генераторы импульсов, изготавливаемые в Укроргстанкин-проме (г.Харьков) по техническому заданию, разработанному в ХПИ им.В.И.Ленина.

Таблица

Оптимальные условия алмазно-искрового шлифования

8

Обрабатывае- Оптимизируемый 1Г,м/ с ЛМПа м/да .х ^М/УИН

мый материал показатель £,мхм К Э,Дж Ю-4

фг/й\, мм3/мин 25 2,0 50/40 100 0,06 2,5 - 3

Суд, коп/см3 20 2,0 100/80 100 0,05 2,5 - 3 II

Суммарные ориен-

Т15К6 ' тир .напр. , 5ор(тах)(~) 25 1,2 50/40 100 0,035 I II

Износостойкость. 25 1,2 50/40 0,035

инструмента 100 I II

$тах> мм^/мин 35 2,0 50/40 150 0,05 2,5 - 3 II

Суд, коп/см3 35 2,0 100/80 100

Межфазные микро-напр., <5р.Ып)(+) 25 _ 50/40 100 0,01 I II

ТН-20 Износостойкость 25

инструмента - 50/40 юо 0,01 I II

Суд,коп/см3 20 - 160/125 100 0,03 I II

Ст.,коп (техно- 80/63

лог.) 18 - 50 0,017 I II

Т15К6 ^/ш/, мм^/мин 20 1,0 100/80 100 0,06 1,5 - 2 21

Сталь 45 Суд. коп/см3 20 1,0 100/80 100 0,05 1,5 - 2 21

ТН-20 Фяах ' мм3/м«Н 30 '1.3 100/80. 100 0,05 1,5 - 2 21

Сталь 45 Суд, коп/см3 30 1,3 125/100 150 0,03 1,5 - 2 21

Полученный по результатам проведенных работ при внедрении процесса, подтвержденный документами экономический эффект составил 603,2 тыс.руб.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

1. Семко М.Ф., Грабченко А.И., Раб А.Ф., Узунян М.Д. Основы алмазного шлифования. К.: Техн1ка. 1978. 192 с.

2. Семко М.Ф., Узунян И.Д., Сизый Ю.А., Пивоваров И.С. Работоспособность алмазных кругов. К.: Техн1ка. 1983. 96 с.

3. Семко М.Ф., Узунян М.Д., Юфа Э.П. Экономическое обоснование выбора алмазного круга. X.: Прапор. 1971. 100 с.

4. Узунян И.Д., Краснощек Ю.С. Высокопроизводительное шлифование безвольфрамовых твердых сплавов. И.: Машиностроение. 1988. 80 с.

5. Узунян И.Д. Алмазно-искровое шлифование твердых сплавов П Резание и инструмент. 1981. Вып. 26. С.42-48.

6. Узунян М.Д. Теоретический анализ и расчет количества зерен на рабочей поверхности алмазного круга // Резание и инструмент. 1978. Вып.19. - С.15-18.

7. Узунян М.Д. Реальное число зерен на рабочей поверхности круга П Резание и инструмент. 1978. Вып.20. С.23-27.

8. Узунян М.Д. Теоретический анализ плотности распределения зерен на рабочей поверхности алмазного круга П Резание и инструмент. 1980. Вып.23. C.I04-II0.

9. Узунян М.Д. Физические особенности алмазного шлифования безвольфрамовых твердых сплавов // Международный семинар: Сверхтвердые материалы. К.: ИСМ. 1981. Т.2. C.I06-III.

10. Узунян М.Д. Исследование деформации плотности распределения алмазных зерен на рабочей поверхности круга // Резание И инструмент. 1983. Вып.ЗО. С.102-106.

11. Узунян М.Д., Свердлова Б.М., Краснощек Ю.С. Поиск оп- ■ тимальных условий высококачественной обработки твердосплавных инструментов // Резание и инструмент. 1979. Вып. 21. C.I2I-I26.

12. Узунян М.Д., Глухов А.Б. Теоретический анализ производительности шлифования. И Резание и инструмент. 1984. Вып.32. С.52-54.

13. Семко М.Ф., Узунян М.Д., Краснощек Ю.С. Алмазно-искровое шлифование безвольфрамовых твердых сплавов // Сверхтвердые материалы. 1980. tó I. С.42-47.

14. Узунян М.Д., Малыхин В.В. Работоспособность кругов при алмазно-эрозионном шлифовании композиции твердый сплаз - сталь // Резание и инструмент. 1961. Зып.26. - C.I3-I8.'

15. Узунян М.Д., Крючков В.Я., Платонов Г.Л. Напряженное состояние поверхностного слоя и работоспособность инструментов . из безвольфрамовых твердых сплавов после алмазно-искрового шлифования // Сверхтвердые материалы. 1985. & 4. С.45-52.

16. Узунян М.Д., Краснощек Ю.С. Работоспособность кругов при алмазно-искровом шлифовании твердых сплавов И Резание и инструмент. 1980. Внп.23. С.3-10.

17. Узунян М.Д. Основы работоспособности алмазных кругов И Новые сверхтвердые материалы и прогрессивные технологии их применения. К.: ИСМ. 1985. С.96-99.

18. Узунян М.Д. Основы высокопроизводительного шлифования безвольфрамовых твердых сплавов. // Прогрессивные процессы шлифования, инструмент и его рациональная эксплуатация. М.: ШШАШ.

1986. С.183-185.

19. Узунян М.Д. Износ единичных алмазных зерен. // Станки и режущие инструменты. 1978. Вып.7, С.15-20.

20. A.C. 1094724. Способ определения оптимальной скорости шлифования / В.Я.Крючков, М.Д.Узунян, В.Ф.Дрожин). Заявлено 03.06.82, № 3447384; опубликовано в Б.И. 1984. tö 20. С.34.

21. Узунян М.Д., Крючков В.Я. Оптимальные условия алмазно-искровой обработки безвольфрамового сплава ТН20 // Сверхтвердые материалы, 1981. й I. С.41-44.

22. Крючков В.Я., Эйхманс Э.Ф., Панфилов B.C., Узунян М.Д. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа

и расхода для резцов с механическим креплением пластин сменных, многогранных и безвольфрамовых твердых сплавов. ГЛ.: НШШ11. 1983. 40 с.

23. A.C. I2836I2. Способ определения оптнмллышх р"*тдпд при шлифовании твердых сплавов. / В.Я.Крючков, Н.Д.Узушш, В.Ф.Дрожин). Заявлено 29.02.84. !'' 3784598; опублшютоио я F.U.

1987. Л 2. С.175.