автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение эффективности шлифования путём импрегнирования абразивного инструмента веществами из класса порофоров

На правах рукописи

У

Митрофанов Артём Петрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЁМ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ВЕЩЕСТВАМИ ИЗ КЛАССА ПОРОФОРОВ

05.02.07 - Технолога« и оборудование механической и фигшко-технической обработки

2 6 ДПР 2012

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидат а технических паук

Волгшрад-2012

005017943

005017943

Работа выполнена на кафедре «Тсхиологая и оборудование машиностроительных производств» Волжского политехнического института (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Владимир Андреевич Носенко.

Официальные оппонен ты:

Киселев Евгений Степанович доктор технических паук, профессор, Ульяновский государственный технический университет, профессор кафедры «Техиолошя машиностроения»;

Полянчиков Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, заведующий кафедрой «Технология машиностроения».

Ведущая организация

ФПЮУ ВПО «Ивановский государственный университет».

Защита диссертации состоится «17 »мая 2012 г., в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.06 при Волгофадском тсударственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, д. 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «/¿» апреля 2012 г.

Ученый секретарь ^¡^¿у^

диссертационного совета Быков Юрий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

Все более широкое распространение на предприятиях машиностроительного профиля получает шлифование труднообрабатываемых и высоколегированных сталей, к качеству обработки которых предъявляются высокие требования. Эффективность шлифования и, в частности, качество обработанной поверхности во многом зависит от применяемого абразивного инструмента.

Одним из наиболее перспективных и доступных методов совершенствования абразивного инструмента является импрегнирование его специальными составами. Воздействуя на процесс шлифования сразу по нескольким направлениям, импрегнирование абразивного инструмента снижает силы резания и расход инструмента, повышает качество обработанной поверхности.

Вещества, осаждаемые в порах круга, находятся в основном в твердом или пастообразном состоянии. Под действием температуры шлифования некоторые из них переходят в жидкое или газообразное состояние. Эффективность воздействия импрегнатора зависит от интенсивности распада веществ на радикалы, скорости их перемещения к ювенильной поверхности металла, проникающей способности и активности взаимодействия с обрабатываемым материалом и др.

В этой связи представляет научную и практическую значимость использование импрегнаторов, способных выделять при температуре обработки большое количество газообразных продуктов. В качестве импрегнаторов, в частности, можно использовать порофоры - наиболее распространённые газообразо-ватели.

Тем не менее, этот вопрос при шлифовании импрегнированными абразивными инструментами исследован недостаточно.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является повышение эффективности шлифования с использованием в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ из класса порофоров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Подобрать вещества из класса порофоров для импрегнирования абразивного инструмента;

2. Исследовать физико-химические превращения порофоров в зависимости от температуры;

3. Разработать химическую модель взаимодействия газовых компонентов при термическом разложении импрегнаторов с обрабатываемым металлом;

4. Разработать составы для пропитки абразивного инструмента с использованием веществ из класса порофоров и экспериментально подтвердить их разложение в процессе шлифования;

5. Исследовать влияние импрегнирования абразивного инструмента разработанными составами на показатели процесса шлифования;

6. Апробировать результаты исследований в производстве.

Научная новизна.

1. Доказана возможность применения в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ, принадлежащих к группе органических газообра-зователей (порофоры).

2. Разработана феноменологическая модель химического взаимодействия газовых продуктов разложения предложенных импрегнаторов при их термической диссоциации с обрабатываемым металлом.

3. С использованием газового анализа доказано, что выделение газообразных продуктов разложения порофоров наблюдается на протяжении всего периода шлифования.

4. Эффективность применения разработанных составов возрастает с увеличением глубины шлифования.

Практическая значимость.

1. Разработаны новые составы для пропитки абразивного инструмента с использованием порофоров АБС и ОВБН (патенты РФ №2440886, №2443538) и методика импрегнирования абразивного инструмента.

2. Применение абразивного инструмента на операции предварительного шлифования колец подшипников обеспечивает сокращение расхода абразивного инструмента в 1,75 раз, снижение шероховатости поверхности и непостоянства диаметра кольца соответственно на 15 и 30 %.

3. Результаты работы используется в научно-исследовательских работах, выполняемых на кафедре, и в учебном процессе.

Соответствие паспорту специальности.

Содержание диссертации соответствует следующим областям исследования, указанным в паспорте специальности 05.02.07 - технология и оборудование механической и физико-технической обработки: п.2 «Теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки с наложением различных физических и химических воздействий»; п.4. «Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки».

Данная работа является итогом научных исследований, выполненных на кафедре «Технология и оборудование машиностроительных производств» Волжского политехнического института (филиала) ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» в соответствии с бюджетной темой 13/02-Б-11 и грантом от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались: УШ,У1Ш,Х научно-практических конференциях ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2009, 2010, 2011 г.; У,У1 Всероссийских конференциях «Инновационные технологии в обучении и производстве» г. Камышин Волгоградской обл. 2008, 2009 г.; III международной научно-практической конференции « Молодежь и наука XXI века» г. Ульяновск, 2010 г.; XVIII международной научно-технической конференции «Ма-

шиностроение и техносфера XXI века» г. Севастополь, Украина, 2011 г.; XIV международной научно-технической конференции «Технология - 2011» г. Орел, 2011 г. ; на Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ «ЭВРИКА-2011» проходившем в г. Новочеркасске (диплом III степени).

Работа является победителем регионального конкурса молодежных инновационных научно-технических проектов по программе « У.М.Н.И.К. - 2010».

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе: 4 статьи в научных журналах, входящий в список изданий, рекомендуемых ВАК; получено 2 патента на изобретение РФ; 2 программы для ЭВМ, зарегистрированные в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, включающего в себя 121 наименования, 5 приложений. Общий объем диссертации 112 е., 28 рисунков, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, дается общая характеристика работы, сформулированы основные проблемы повышения эффективности шлифования импрегнированным инструментом, показаны особенности воздействия газовых сред на процесс шлифования.

В первой главе рассматривается состояние исследований в области применения импрегнированного абразивного инструмента, разработки пропитывающих составов, их влияния на процесс шлифования.

Из анализа работ Перцова Н.В., Щукина Е.Д., Худобина JI.B., Островского В.И., Латышева Н.В., Якимова А.В., Цокура А.К., Чиркова Г.В., Татаркина Е.Ю., Майниковой Н.Ф. Наумова А.Г., Davida A. Sheldona и др. следует, что импрегаирование абразивного инструмента является доступным и результативным средством повышения эффективности шлифования различных материалов. Приведена классификация импрегнаторов. Показано, что импрегнаторы оказывают непосредственное (контактное) и косвенное (через изменение свойств инструмента) влияния на процесс шлифования. В процессе контактного взаимодействия в результате повышения температуры твердые импрегнаторы могут изменять фазовое состояние, превращаясь в жидкость и/или газ. Газовая фаза отличается высокой подвижностью и проникающей способностью. Отмечено положительное влияние некоторых газовых сред на показатели процесса резания.

Исходя из этого, выдвинута научная гипотеза о целесообразности использования в качестве импрегнаторов специальных веществ, которые при температурах контактного взаимодействия способны разлагаться с выделением большого количества газов. К числу таких веществ относятся, например, порофоры.

Тем не менее, данный вопрос при шлифовании импрегнированным инструментом исследован недостаточно и в классификации импрегнаторов группа газообразователей не обозначена.

На основе сделанного литературного анализа сформулирована цель работы и основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию методической части работы.

Эксплуатационные свойства импрегнированного абразивного инструмента определяли при плоском врезном шлифовании на испытательном стенде, разработанном на базе станка мод. ЗГ71. Типоразмер и характеристика базового абразивного инструмента 1 200x16x76 25AF60K7V. В качестве основного обрабатываемого материала приняты сталь ШХ15 и сталь 12Х18Н10Т.

В процессе исследований и производственных испытаний контролировали: шероховатость обработанной поверхности (приборы СЕЙТРОНИК ПП18-4 С. С. и SURTRONIC); износ абразивного инструмента (индикатор часового типа); силы резания (динамометр УДМ-100 с регистрацией на ПК с использованием специально разработанной программы №2009615802); непостоянство диаметра, конусообразность, отклонение от прямолинейности и огранку отверстий колец подшипников (соответственно приборами 299-М, MP-125, TALYROND 73); шлифовочные прижоги (методом травления).

Физико-химические процессы при нагревании веществ исследовали методом дериватографии на приборе системы Паулик-Эрдеи фирмы MOM. Определяли изменение массы вещества (термогравиметрический анализ - TG) и тепловые эффекты физических и химических превращений (дифференциально-термический анализ - ДТА) в зависимости от температуры в интервале до 900 °С. Газовый анализ выполняли при шлифовании без охлаждения прибором ГАНК-4. Газозаборник располагали на расстоянии 30 мм от зоны резания, контролировали концентрацию оксида углерода (СО).

Для исследования поверхностей шлифованных образцов применялся метод просвечивающей электронной микроскопии на электронном микроскопе ЭМВ-ЮОЛ и элементный анализ на вторично-ионном масс-спектрометре с магнитным сектором IMS 4f французской фирмы САМЕСА.

Импрегнирование абразивного инструмента осуществляли на специально изготовленной установке.

В рамках третьей главы дано описание применения в качестве импрег-наторов абразивного инструмента веществ их класса порофоров. Проведены дериватографические исследования данных веществ, разработаны составы для пропитки абразивного инструмента.

В процессе термического разложения порофоров выделяется большое количество газовых продуктов, характеризуемое газовым числом, находящимся в пределах 200 - 400 см3/г.

К порофорам относятся вещества, разлагающиеся в узком температурном интервале с большой скоростью выделения газа. Одним из составляющих продуктов разложения является газ - азот. Положительное действие на процесс резания азота отражено в работах А.Г. Наумова, А.К. Цокура и др.

В качестве импрегнаторов из класса порофоров выбраны азодшсарбона-мид (ADC) и 4,4-оксибис(бензолсульфонилгидразид) (OBSH). Это твёрдые порошкообразные вещества с размером частиц 5-15 мкм, не токсичные (3 и 4 класс опасности), не растворимы в воде, что позволяет применять их при обра-

ботке с СОТС. При температуре около 210 °С ADC выделяет более 220 см3/г газов (65 % N2, 30 % СО, 3 % С02). OBSH имеет более низкую температуру разложения порядка 140 - 150 °С и газовое число 125-130 см^г (по азоту). Газовая составляющая представляет собой 91 % N2 и 9 % паров воды.

Многие органические вещества при высоких температурах распадаются на элементарные соединения с образованием газообразных продуктов. Таким образом, их можно условно рассматривать как высокотемпературные газообразо-ватели. Конечно, они уступают по интенсивности и количеству выделяемого газа веществам из класса порофоров. В качестве высокотемпературного газооб-разователя выбрано органическое вещество - амид эруковой кислоты (эрука-мид), обладающий высокими смазывающими свойствами вплоть до температуры разложения с образованием газов СО, С02, и оксидов азота NOx.

Дериватографические исследования проведены для отдельных веществ и их смесей,

Процесс термораспада ADC начинается при температуре 205 °С (рис. 1а) с разложением около 67 % от первоначальной массы. В интервале температур 210 - 330 °С интенсивность термораспада снижается, потеря массы составляет около 23 %.

Активная фаза термораспада OBSH наблюдается при 140 °С (рис. 16). Разложение проходит в три этапа. Интенсивное разложение (около 42 %) наблюдается в диапазоне 140-150 "С. В интервале 150 - 500 °С потеря массы составляет около 19 %, в интервале 500 - 620 "С - около 30 %.

0,5 0

£-0,5 • -1

-1,5

/ ^ то

г \

ДГА

—

100 75 50 25 0

1.4 0,8 £0,2 -0,4 -1

1 \ та

к г

ДГА

100 75 50 25 0

0s

250 500 750 1000 Г, "С

250 500 750 1000 Т,°С

250

500 750 1000

т,"с

250 500 750 1000 т,° С

в г

Рис. 1 Термографические исследования ADC (a), OBSH (б), их смеси (в)

и эрукамида (г)

Для смеси порофоров наблюдается изменение начала разложения в область более низких температур около 120 - 130 "С (рис 1в). Разложение осуществляется в три этапа. В диапазоне 120 - 130 °С разлагается около 48 %, в интервале 130 - 500 °С - около 32 %, в интервале 500 - 640 °С - около 25 %. Таким образом, при использовании смесей ADC и OBSH расширяется диапазон, в пределах которого происходит интенсивное газообразование.

Твёрдый остаток вещества по окончанию нагревания составляет: ADC - 2 %, OBSH - 4 %, ADC + OBSH-3 %.

Процесс активного разложения эрукамида начинается после 250 °С и занимает гораздо больше времени в сравнении с порофорами (рис. 1г). Разложение протекает в две стадии: первая, с наибольшей потерей массы в диапазоне температур 270 - 415 °С и вторая стадия 415 - 560 °С. Эрукамид полностью разлагается в процессе нагревания на газообразные продукты.

Для введения импрегнаторов в поры абразивного инструмента были приготовлены растворы. В качестве растворителя использовали экологически безопасный диметидсульфоксид. Процесс пропитки осуществлялся методом свободного капиллярного поднятия.

Для увеличения растворимости порофоров и сокращения времени пропитки растворы предварительно нагревали до температуры 60-80°С. Более высокое нагревание не целесообразно в виду начала процесса разложения импрегнаторов. Время пропитки составляет 3-5 минут. Подготовлены три состава импрегнаторов, содержащих по массе в % следующие компоненты: первый - 7 % ADC и 93 % диметилсульфооксида; второй - 15 % OBSH и 85 % диметилсульфоок-сида; третий - 7 % ADC, 8 % OBSH и 85 % диметилсульфооксида. Содержание ADC ограничивается максимальной степенью его растворения (около 7 %).

В связи с гигроскопичностью растворителя сушку абразивного инструмента после пропитки осуществляли в камере с обдувом горячим воздухом при температуре 90 - 100 °С. По окончанию сушки масса импрегнатора в порах круга в зависимости состава составляет около 1,5-3 %.

На основании дериватографических исследований растворённых в диме-тилсульфоксиде и высушенных порофоров установлено, что растворение не оказывает ощутимого влияния на характер их разложения.

Эрукамид нагревали до 100 °С (температура плавления около 80 °С) . До такой же температуры нагревали абразивный инструмент и далее его пропитывали расплавом методом капиллярного поднятия. Инструмент остывал на воздухе. Количество импрегнатора в круге составило около 18 %.

В четвёртой главе представлены результаты комплексного исследования применения разработанных импрегнаторов, и дано описание феноменологической модели химического взаимодействия газовых продуктов с обрабатываемым металлом.

Анализ газовоздушной среды зоны обработки осуществляли при шлифовании без охлаждения. В связи с тем, что в процессе исследования контролировали оксид углерода (СО), использовали абразивный инструмент, пропитанный эрукамидом и ADC (при разложении OBSH не выделяется СО). Результаты со-

поставляли с данными, полученными при шлифовании инструментом без пропитки.

Увеличение в зоне резания концентрации оксида углерода (рис. 2) свидетельствует о протекании реакции термического разложения импрегнаторов. Концентрация оксида углерода возрастает с увеличением количества хода стола. Таким образом, можно говорить о деструкции импрегнатора на протяжении

а б

Рис. 2 Изменение концентрации оксида углерода (СО) в зависимости от объема снятого материала 7 при шлифовании нержавеющей стали 12Х18Н10Т (а) и стали ШХ15 (б): ■ - без пропитки; о - ADC; А - эрукамид

Принимая во внимание результаты дериватографических исследований и контроля газовой атмосферы зоны шлифования, а так же учитывая предложенную в работах проф. А.Г. Наумова модель воздействия азота на процесс резания, разработана химическая модель взаимодействия компонентов термического разложения импрегнаторов с обрабатываемым металлом при шлифовании.

В результате высокой температуры, давления и каталитического действия ювенильных поверхностей возможно образование в зоне контакта карбидов и нитридов металлов по следующим реакциям:

4Fe + N2 = 2Fe2N; 8Fe + N2 = 2Fe4N; 6Fe + N2 = 2Fe3N; 2Cr + N2 = 2CrN; 3Fe + 2CO = Fe3C + C02; 3Ni + 2CO = Ni3C + C02.

Вероятность протекания данных реакций возрастает в связи с уменьшением концентрации кислорода в зоне резания при вытеснении его газовыми продуктами, образующимися при термическом разложении импрегнаторов.

Возможно восстановление оксидов железа оксидом углерода до низших оксидов и свободного железа по реакциям

Fe304 + СО = 3FeO + С02 и FeO + СО = Fe + С02, с последующим взаимодействием железа с азотом. Одновременное присутствие в зоне контакта углеродосодержащего газа и азота, может способствовать образованию сложных карбонитридов.

Исходя из этого, на поверхности обрабатываемого металла в зоне резания вполне вероятно формирование поверхностной оксидной пленки с элементами включений, состоящих из карбидов, нитридов и карбонитридов металла. Дан-

ные соединения - более твердые и хрупкие вещества. Сочетания оксидной пленки, препятствующей адгезии абразивного зерна, и присутствие на поверхности фаз включения при стружкообразовании облегчает переход от вязкого течения металла к его хрупкому разрушению, что способствует снижению силы резания и износа абразивного инструмента.

Используя режим микродифракции, на электронном микроскопе ЭМВ-100Л проводили качественный анализ включений, присутствующих в угольных репликах. По результатам исследования при шлифовании стали 12Х18Н10Т абразивным инструментом, импрегнированным смесью АБС и ОВБН, в 25 - 35 % взятых реплик фиксировались нитридные соединения железа, остальное -оксиды. В некоторых случаях обнаружены кристаллические соединения, которые не поддались расшифровке. Такие соединения можно индентифицировать как сложные карбиды, нитриды или карбонитриды типа (Те, Сг)Ы и т.п., что согласуется с предложенной моделью контактного взаимодействия.

Для изучения топографии поверхностей использовался метод угольных реплик с оттенением. В результате проведенных расчетов установлено, что для поверхности, обработанной не пропитанным абразивным инструментом, высота неровностей составляет величину порядка 4,8-103 А, а для поверхности, обработанной импрегнированным инструментом, - 1,6-103 А. Представленные расчеты и состояние рельефа обработанной поверхности свидетельствует о меньшем адгезионном взаимодействии пары абразив - металл при шлифовании с разработанными импрегнаторами.

Методом вторично-ионной масс-спектроскопии проведены исследования поверхности образцов стали ШХ15 при «сухом» шлифовании импрегнированным (смесь АБС+ОВ8Н) и не пропитанным абразивным инструментом (рис. 3).

Полученные результаты послойного элементного анализа поверхности показывают увеличение содержание атомов азота от 3 до 20 раз в зависимости от глубины исследования и атомов углерода до 4 раз при шлифовании импрегнированным кругом (рис. 3 а,б). При этом содержание на поверхности, обработанной инструментом без пропитки, атомов кислорода до глубины исследования 0,5 мкм существенно выше. В частности, на глубине 0,25 мкм количество кислорода в 6 раз больше (рис. 3 в).

Таким образом, результаты исследований, полученные методами электронной микроскопии и вторично-ионной масс-спектроскопии, подтверждают предложенную модель химического взаимодействия компонентов термического разложения разработанных импрегнаторов с обрабатываемым металлом при шлифовании.

Лабораторные испытания эксплуатационных показателей импрегниро-ванного инструмента проведены методом плоского шлифования с охлаждением содовым раствором (0,3 % кальцинированной соды.). В ходе исследований применяли абразивный инструмент без пропитки, импрегнированный ОВвН (патент РФ №2443538), смесью АБС + ОВБН и эрукамидом.

Результаты экспериментальных исследований и последующая статистическая обработка свидетельствует о значимом снижении составляющих силы шлифования кругами с новыми импрегнаторами.

и

ё 51 -|

о и

а 34

ё и

в

о

А

V /1

[ \ л

Kd

0,25 0,5 0,75 Глубина Я, мкм

100 §75

н ЕЕ К

В

О

50 25

v V -1

IV У 2

0,25 0,5 0,75 Глубина Я, мкм

я

S

и

CJ

н

3

а н О

100 ) 75 50 25

L/1

0,25 0,5 0,75 1 Глубина Я, мкм

Рис. 3 Изменение относительной интенсивности элементов азота (а), углерода (б) и кислорода (в) по глубине образца Н после шлифования абразивным инструментом:

1-е АБС + ОВБН;

2 - без пропитки.

При шлифовании стали ШХ15 импрегнированным АИ на этапе приработки максимальное значение составляющей Ру снижается в 1,6 - 2 раза, Рг - в 1,2 - 1,45 раза по сравнению с непропитанным инструментом. На этапе стабильного шлифования Ру снижается в 1,4 - 1,6 раз, Рг- в 1,15-1,2 раза (рис. 4). При обработке импрегнированным инструментом возрастает отношение сил Р/Ру. Одной из возможных причин увеличения данного показателя является снижение работы пластического деформирования в связи с образованием на поверхности материала карбонитридных включений согласно модели химического взаимодействия продуктов разложения порофоров с обрабатываемым металлом.

Аналогичные результаты получены, при шлифовании стали 12Х18Н10Т. Этап приработки характеризуется снижением составляющей силы Ру в 1,6 - 1,7 раз, Рг - в 1,2 - 1,4 раза, вследствие чего отношение сил Р/Ру при шлифовании импрегнированным инструментом выше, чем у стандартного. На конечном этапе периода шлифования обе составляющие силы резания в зависимости от им-прегнатора снижаются в 1,2-1,4 раза.

Шероховатость обработанной поверхности при шлифовании сталей кругами с новыми импрегнаторами снижается на 15 - 30 %, коэффициент шлифования возрастает в 1,2 - 1,5 раза (табл. 1).

Проведены сравнительные испытания порофоров с одним из наиболее распространенных импрегнаторов - серой. Из новых импрегнаторов взят ADC

(патент РФ №2440886). Исследования проводили на чистовых (t =0,005 мм) и черновых (f =0,015 мм) режимах шлифования стали ШХ15.

800

250

500, 750 К, мм

1000

250 500 750 1000

тг 3

Г, мм

3400 3550 3700 3850 4000 Г,мм3

Рис. 4 Значения составляющих сил резания Pz и Ру (а, б), в том числе на этапе стабильного шлифования (в): 1 - без пропитки; 2 - OBSH; 3 - ADC + OBSH; 4 - эрукамид.

Таблица 1 - Шероховатость обработанной поверхности (Я* ДО и коэффициент

Импрегнатор 12Х18Н10Т ШХ15

Ra, мкм мкм К R*, мкм Rz, мкм К

без пропитки 3,4 ±0,3 17,7 ±0,6 2,1 2 ±0,2 11,6 ±0,4 33

Смесь 2,5 ±0,2 13,9 ±0,5 3,1 1,7 ±0,1 10,0 ±0,6 50

OBSH 2,6 ±0,2 14,1 ± 0,2 3,1 2,1 ±0,1 12,6 ±0,8 49

эрукамид 2,7 ±0,2 15,4 ±0,5 2,5 1,7 ±0,1 10,2 ± 0,4 45

Результаты исследований при черновых режимах обработке показывают значимое снижение составляющих сил резания при шлифовании импрегниро-ванным ADC инструментом: Рг - в 1,4 раза, Ру~в 1,3 раза.

Установлено, что на черновых режимах обработки коэффициент шлифования кругом с ADC по сравнению с серой увеличивался в 1,5 раза, а шероховатость поверхности снизилась в 1,4 раза (с до Да=1>4 мкм), составляющие силы шлифования в 1,3 - 1,4 раза. На чистовых режимах обработки лучшие результаты по большинству показателей получены при шлифовании кругом, пропитанным серой. Таким образом, предпочтение порофорам следует отдавать при шлифовании на черновых режимах.

Для проверки данного положения проведены лабораторные испытания в широком диапазоне режимов шлифования стали ШХ15: глубину шлифования t (подача на ход стола) изменяли в пределах 0,005 - 0,015 мм, продольную подачу Vs от 8 до 18 м/мин. Эксперименты выполнены при шлифовании обычным кругом и импрегнированным смесью порофоров ADC и OBSH методом полного факторного эксперимента. В качестве критерия отклика использовали коэффициент шлифования.

После обработки данных и проверки значимости каждого из коэффициентов полиномов получены следующие регрессионные зависимости коэффициента шлифования импрегнированным Ki и не пропитанным К2 абразивным инструментом в натуральном значении факторов:

К, = 8,9 +1,4К, +868,At- 66,8Vst; К2 = 8,8 +1,5Vs +586,At- 84,8Vst.

Погрешность регрессионной модели не превышает 11 %.

Графическая интерпретация результатов (рис. 5) показывает, что при использовании импрегни-рованного порофорами абразивного инструмента предпочтительнее работать на больших глубинах шлифования. По сравнению с обработкой не пропитанным инструментом коэффициент шлифования с увеличением t от 0,005 мм до 0,015 мм возрастает в 1,4 раза.

В пятой главе представлены результаты испытаний кругов с порофорами в производственных условиях на ОАО «Волжский подшипниковый завод» на операции чернового шлифования отверстия внутреннего кольца подшипника У-2007120А из стали ШХ15.

Обработку кольца выполняли на внутришлифовальном полуавтомате SIW5 с использованием эмульсионной СОЖ «Авазол» (ТУ 0258-001-3470584195). Типоразмер и характеристика кругов - 1 85x36x20 25AF60K-L6V.

Установлено, при шлифовании кругом, импрегнированным смесью порофоров ADC и OBSH, ресурс инструмента возрастает в 1,75 раза.

При шлифовании инструментом твердостью К вариационный размах непостоянства диаметра отверстия сокращается с 25 до 15 мкм, а конусообразно-сти - с 11 до 8 мкм. Для инструмента твердостью L вариационный размах непостоянства диаметра отверстия сокращается с 20 до 10 мкм, а конусообразности -с 13 до 8 мкм.

Каждую двадцатую заготовку контролировали на шероховатость, огранку, отклонение от прямолинейности и наличие прижогов. В результате статистической обработки результатов измерений установлено, что при шлифовании

trom

Vs, m/min

Рис. 5 Влияние Г и К. на коэффициента шлифования К: 1 - пропитанным кругом; 2 - непропитанным кругом.

импрегнированным инструментом Да, огранка и отклонение от прямолинейности снижаются соответственно на 15,22 и 30 %.

Прижоги на обработанной поверхности определяли после шлифования первых и последних колец. Установлено, что после шлифования стандартным абразивным инструментом присутствуют штриховые прижоги, количество которых по десятибалльной системе соответствует двум баллам, что допустимо по требованию технологического процесса. При обработке импрегнированным инструментом содержание штриховых прижогов определено одним баллом.

Ожидаемый годовой экономический эффект при замене потребности в абразивном инструменте на одной единице технологического оборудования составляет более 10000 рублей.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Обоснован подход к усовершенствованию абразивного инструмента, заключающийся в пропитке веществами из класса органических газообразователей (порофоры), в процессе термического разложения которых в зоне резания образуется активная газовая среда.

2. Установлено, что при соединении двух порофоров в смесь расширяется диапазон, в пределах которого происходит интенсивное газообразование. Определено, что растворители не влияют на свойства порофоров.

3. Методом газового анализа зоны резания установлено, что концентрация оксида углерода растёт с увеличением числа проходов, что свидетельствует о разложение порофоров на протяжении всего периода обработки.

4. Разработана модель химического взаимодействия газообразных продуктов разложения порофоров с обрабатываемым металлом, заключающаяся в образовании нитридов, карбидов и сложных карбонитридов металлов. Наличие указанных соединений подтверждено экспериментально методом электронной микродифракции. Косвенным подтверждением модели является установленное с помощью метода вторично-ионной масс-спектроскопии увеличение содержание атомов азота и углерода на поверхности при шлифовании импрегнированным инструментом.

5. Разработаны составы для пропитки абразивного инструмента с использованием в качестве импрегнаторов азодикарбонамида и 4,4-оксибис (бензол-сульфонилгидразид) (патенты РФ №2440886, №2443538) и методика им-прегнирования абразивного инструмента.

6. Лабораторными испытаниями установлено, что применение абразивного инструмента, пропитанного разработанными составами при шлифовании сталей ШХ15 и 12Х18Н10Т, приводит к снижению силы резания 1,2 - 1,6 раза, износа абразивного инструмента в 1,3 - 1,5 раза, шероховатости обработанной поверхности на 15 - 30 %.

7. При использовании абразивного инструмента, импрегнированного порофо-рами, предпочтительнее работать на черновых режимах шлифования.

8. В результате производственных испытаний абразивного инструмента на операции чернового шлифования колец подшипников в условиях ОАО

«Волжский подшипниковый завод» установлено, что импрегнирование смесью порофоров ADK и OBSH обеспечивает повышение ресурса абразивного инструмента в 1,75 раза, точности размеров и качеству обработанной поверхности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих публикациях: Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Митрофанов, А.П. Исследование применения импрегнаторов из класса порофоров для пропитки абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов, Г.М. Бутов // СТИН. - 2011. -№ 8. - С. 35-40.

2. Митрофанов, А.П. Новые импрегнаторы для пропитки абразивного инструмента / А.П. Митрофанов, В.А. Носенко, Г.М. Бутов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии . - 2011. - № 4/3. - С. 48-54.

3. Митрофанов, А.П. Производственные испытания импрегнированного абразивного инструмента при шлифовании колец подшипника / A.B. Морозов,

B.А. Носенко, А.П. Митрофанов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии . - 2011. - № 4/3. - С. 66-71.

4. Митрофанов, А.П. Повышение эффективности шлифования колец подшипников импрегнированием абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов, Г.М. Бутов // Изв. ВолгГТУ. Серия "Прогрессивные технологии в машиностроении". Вып. 7: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. — № 13.-С. 34-36.

Патенты на изобретения РФ и свидетельства регистрации программ ЭВМ

5. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009615803 от 16 окт. 2009 г. РФ, МПК (нет). Расчёт количества абразивных зёрен, оставивших след на шлифованной поверхности / В.А. Носенко, Д.О. Филюшкин, P.A. Белухин, А.П. Митрофанов; ВолгГТУ. - 2009.

6. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009615802 от 16 окт. 2009 г. РФ, МПК (нет). Обработка результатов тарировки и измерения сил шлифования / В.А. Носенко, М.В. Даниленко, P.A. Белухин, C.B. Носенко, А.П. Митрофанов; ВолгГТУ. - 2009.

7. Пат. 2440886 Российская федерация, МПК В 24 D 3/34/ (2006. 01). Состав для пропитки абразивного инструмента / А.П. Митрофанов, В.А. Носенко, Г.М. Бутов. - Опубл. 27.01.2012, Бюлл. № 3.

8. Пат. 2443538 Российская федерация, МПК В 24 D 3/34/ (2006. 01). Состав для пропитки абразивного инструмента / А.П. Митрофанов, В.А. Носенко, Г.М. Бутов. - Опубл. 27.02.2012, Бюлл. № 6.

Сборники трудов международных и республиканских конференций

9. Митрофанов, А.П. Акустический метод контроля твердости абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов //' Новые материалы и технологии (НМТ 2008) : матер, всерос. науч.-техн. конф., Москва 11-12 нояб. 2008 г. В 3 т. Т.2 / «МАТИ» - Рос. гос. технол. ун-т им. К.Э. Циолковского. - М., 2008. -

C. 38-39.

10. Митрофанов, А.П. Повышение эффективности применения абразивных инструментов импрегнированием / А.П. Митрофанов // Молодёжь и наука XXI века : матер. III междунар. науч.-практ. конф. (23-26 нояб. 2010 г.) / ФГОУ ВПО "Ульяновская гос. с.-х. академия" [и др.]. - Ульяновск, 2010. - T. IV. - С. 72-74.

11. Митрофанов, А.П. Исследование механизма химического взаимодействия импрегнаторов абразивного инструмента с обрабатываемыми металлами / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов, Г.М. Бутов // Машиностроение и техносфера XXI века : сб. тр. XVIII междунар. науч.-техн. конф. (г. Севастополь, 12-17 сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 2 / Донецкий нац. техн. ун-т [и др.]. - Донецк, 2011. - С. 251-255.

12. Митрофанов, А.П. Влияние импрегнирования на стойкость абразивного инструмента и качество обработанной поверхности при шлифовании колец подшипников / А.В. Морозов, А.П. Митрофанов, В.А. Носенко // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии - Технология - 2011 : сб. тр. XIV междунар. науч.-техн. конф. (г. Орел, 5-7 окт. 2011 г.). / Технологический институт им. Н.Н. Поликарпова ФГБОУ ВПО « Госуниверситет -УНПК». - Орел, 2011. - С. 40-43.

13. Митрофанов, А.П. Разработка методики и исследование распределения вершин зёрен на рабочей поверхности инструмента / В.А. Носенко, JI.K. Морозова, А.П. Митрофанов // Les problèmes contemporains de la technosphere et de la formation des cadres d'ingenieurs : recueil des exposes des participants de la V Conf. int. scient, et méthodique a Tabarka (Tunisie) du 06 au 15 octobre 2011 / UNTD (Донецкий нац. техн. ун-т) [и др.]. - Donetsk, 2011. - S. 267-269.

Статьи в зарубежной печати

14. Impregnation of Abrasive Tools with Foaming Agents / V.A. Nosenko, A.P. Mitrofanov, G.M. Butov //Russian Engineering Research. - 2011. - Vol. 31, No. 11. -C. 1160-1163.

Публикации в других изданиях

15. Митрофанов, А.П. Исследование и применение азодикарбонамида для импрегнирования абразивного инструмента / В.А Носенко, А.П. Митрофанов // Физика, химия и механика трибоситем : межвуз. сб. науч. тр. / под ред. В.Н. Латышева. - Иваново: Иван. гос. ун-т.., 2010.-Вып. 9. С. 145-150.

16. Митрофанов, А.П. Эффективность применения элементов V-VII группы таблицы Менделеева в качестве активного компонента состава для импрегнирования абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VI всерос. науч.-практ. конф., г. Камышин, 15-16 дек. 2009 г. В 6 т. Т. 3 / ГОУ ВПО ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - С. 106-108.

Подписано в печать 72.0$ .2012 г. Заказ № Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

61 12-5/3450

Министерство образования и науки РФ

Волгоградский Государственный Технический Университет

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЁМ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ВЕЩЕСТВАМИ

ИЗ КЛАССА ПОРОФОРОВ

Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

Митрофанов Артем Петрович

УДК 621.922

Научный руководитель доктор техн. наук, профессор В. А. Носенко

Волгоград - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 4

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ИМПРЕГНИРОВАНИЕМ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА................................................. 8

1.1 Абразивный инструмент как объект исследования...................... 8

1.2 Методы повышения эксплуатационных свойств абразивных инструментов......................................................................... Ю

1.3 Технология импрегнирования абразивного инструмента............... 13

1.3.1 Классификация и выбор импрегнатора.............................. 13

1.3.2 Анализ способов импрегнирования................................... 18

1.4 Физико-химические основы процесса шлифования импрегнированным абразивным инструментом.................................................... 22

1.5 Основные выводы, цель и задачи работы.................................. 29

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ................ 31

2.1 Методики проведения эксплуатационных испытаний...................31

2.2 Методика импрегнирования абразивного инструмента.................. 47

2.3 Методика проведения дериватографических исследований и газового

анализа зоны шлифования.................................................... 49

2.4 Методика исследования поверхностей шлифованных образцов

2.4.1 Методом просвечивающей электронной микроскопии............ 51

2.4.2 Динамическая вторично-ионная масс-спектрометрия............. 53

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА НОВЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ

ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА.................. 55

3.1 Исследования физико-химических превращений веществ из класса порофоров, методом дериватографии............................................. 55

3.2 Разработка составов для импрегнирования абразивного инструмента..61

3.3 Выводы.............................................................................63

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ИМПРЕГНИРОВАННЫМИ АБРАЗИВНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ................................................................... 64

4.1 Анализ газовоздушной среды зоны обработки при шлифовании импрегнированным абразивным инструментом............................64

4.2 Химическая модель взаимодействия газовых продуктов разложения предложенных импрегнаторов с обрабатываемым металлом.......... 65

4.3 Эксплуатационные испытания импрегнированного абразивного инструмента........................................................................71

4.4. Исследование влияния режимов обработки на коэффициент шлифования абразивным инструментом, импрегнированным

порофорами........................................................................

4.5 Выводы............................................................................. 85

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ ИМПРЕГНАТОРОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

УСЛОВИЯХ...............................................................................87

5.1 Производственные испытания импрегнированного абразивного

инструмента........................................................................

5.3 Выводы............................................................................ 95

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.......................... 96

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................. 98

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................112

Приложение 1. (Методика импрегнирования абразивного

инструмента)...........................................................................ИЗ

Приложение 2. (Акт производственных испытаний импрегнированного

абразивного инструмента)...........................................................117

Приложение 3. (Результаты производственных испытаний)................123

Приложение 4. (Расчет экономической эффективности).....................138

Приложение 5 . (Акт - справка)...................................................139

ВВЕДЕНИЕ

Все более широкое распространение на предприятиях машиностроительного профиля получает шлифование труднообрабатываемых и высоколегированных сталей, к качеству обработки которых предъявляются высокие требования. Эффективность шлифования и в частности качество обработанной поверхности во многом зависит от применяемого абразивного инструмента.

Одним из наиболее перспективных и доступных методов совершенствования абразивного инструмента является импрегнирование его специальными составами. Воздействуя на процесс шлифования сразу по нескольким направлениям, импрегнирование абразивного инструмента снижает силы резания и расход инструмента, повышает качество обработанной поверхности.

Вещества, осаждаемые в порах круга, находятся в основном в твердом или пастообразном состояниях. Под действием температуры шлифования некоторые из них переходят в жидкое или газообразное состояния. Эффективность воздействия импрегнатора зависит от интенсивности распада веществ на радикалы, скорости их перемещения к ювенильной поверхности металла, проникающей способности и активности взаимодействия с обрабатываемым материалом.

В этой связи представляет научную и практическую значимость использование импрегнаторов, способных выделять при температуре обработки большое количество газообразных продуктов. Тем не менее, этот вопрос при шлифовании импрегнированными абразивными инструментами исследован недостаточно и в классификации веществ, используемых для импрегнирова-ния, такая группа отсутствует. В качестве импрегнаторов, в частности, можно использовать порофоры - наиболее распространённые газообразователи.

Данная работа является итогом научных исследований, выполненных на кафедре «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» Волжского политехнического института (филиала)

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» в соответствии с бюджетной темой 13/02-Б-11 и грантом от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является повышение эффективности шлифования с использованием в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ из класса порофоров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

1. Подобрать вещества из класса порофоров для импрегнирования абразивного инструмента.

2. Исследовать физико-химические превращения порофоров в зависимости от температуры.

3. Разработать химическую модель взаимодействия газовых компонентов при термическом разложении импрегнаторов с обрабатываемым металлом.

4. Разработать составы для пропитки абразивного инструмента с использованием веществ из класса порофоров и экспериментально подтвердить их разложение в процессе шлифования.

5. Исследовать влияние импрегнирования абразивного инструмента разработанными составами на показатели процесса шлифования.

6. Провести производственные испытания импрегнированного абразивного инструмента.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Возможность применения веществ из класса порофоров для пропитки абразивного инструмента.

2. Результаты исследований физико-химических превращений порофоров и газового анализа зоны шлифования, механизм воздействия им-прегнатора на процесс шлифования.

3. Составы и методика пропитки абразивного инструмента с использованием в качестве импрегнаторов порофоров.

4. Результаты лабораторных исследований и производственных испытаний импрегнированного абразивного инструмента.

Научная новизна.

1. Доказана возможность применения в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ, принадлежащих к группе органических газо-образователей (порофоры).

2. Разработана феноменологическая модель химического взаимодействия газовых продуктов разложения предложенных импрегнаторов при их термической диссоциации с обрабатываемым металлом.

3. С использованием газового анализа доказано, что выделение газообразных продуктов разложения порофоров наблюдается на протяжении всего

периода шлифования.

4. Эффективность применения разработанных составов возрастает с

увеличением глубины шлифования.

Практическая значимость.

1. Разработаны новые составы для пропитки абразивного инструмента с использованием порофоров ADC и OBSH (патенты РФ №2440886, №2443538) и методика импрегнирования абразивного инструмента.

2. Применение абразивного инструмента на операции предварительного шлифования колец подшипников обеспечивает сокращение расхода абразивного инструмента в 1,75 раз, снижение шероховатости поверхности и непостоянства диаметра отверстия соответственно на 15 и 30 %.

3. Результаты работы используется в научно-исследовательских работах, выполняемых на базе лабораторий института, и в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались: VIII,Villi,X научно-практических конференциях ВПИ (филиале) ВолгГТУ, 2009, 2010, 2011 г.; V,VI Всероссийских конференциях «Инновационные технологии в обучении и производстве» г. Камышин Волгоградской обл.

2008, 2009 г.; III международной научно-практической конференции « Молодежь и наука XXI века» г. Ульяновск, 2010 г.; XVIII международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» г. Севастополь, Украина, 2011 г.; XIV международной научно-технической конференции «Технология - 2011» г. Орел, 2011 г.; на Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ «ЭВРИКА-2011» проходившем в г. Новочеркасске (диплом III степени).

Работа является победителем регионального конкурса молодежных инновационных научно-технических проектов по программе « У.М.Н.И.К. -2010».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе: 4 статьи в научных журналах, входящий в список изданий, рекомендуемых ВАК; получено 2 патента на изобретение РФ; 2 программы для ЭВМ, зарегистрированные в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПОВЫШЕНИЕ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ИМПРЕГНИРОВАНИЕМ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

1.1 Абразивный инструмент как объект исследования.

Одним из путей повышения эффективности производства и качества изделий является широкое применение обработки деталей абразивными инструментами. Абразивная обработка позволяет обеспечить требуемые точность и качество деталей при высокой производительности, а значит обеспечить высокую надежность и долговечность машиностроительной продукции в процессе эксплуатации, поэтому объем и роль данного вида операций в машиностроении непрерывно возрастают.

Абразивный инструмент - это режущий инструмент, предназначенный для абразивной обработки. Абразивный инструмент широко используют при обработке различных деталей машин, механизмов и приборов. Более 20 % всего парка металлорежущих станков работают с использованием абразивного инструмента. В подшипниковой, автомобильной и моторостроительной промышленности общее количество станков для абразивной обработки достигает 50 %.[1]

Абразивный инструмент состоит из зерен абразивного материала определенного размера (зернистости), скрепленных между собой связкой, и пор.

В связи с тем, что импрегнирование абразивного инструмента осуществляется по средствам заполнения пор, необходимо рассмотреть подробно один из определяющих параметров инструмента его структуру.

Структура абразивного инструмента характеризуется соотношением объемов абразивных зерен, связки и пор. Система регулирования структур основана на сохранении равенства: Г3+ К+К= 100 %, где Г3 - объем зерна, Гс - объем связки, ¥п - объем пор. Определяющим параметром структуры является Уэ. С увеличением на один номер структуры объем зерен уменьшается

на 2 %, расстояние между зернами и форма пор меняются, однако для сохранения одинаковой твердости инструмента объем связки увеличивается на 1,5 %, при этом Уи остается неизменным [2].

Абразивные инструменты одинаковой зернистости и твердости, но разных структур, различаются между собой степенью сближения абразивных зерен.

Таким образом, при импрегнировании необходимо учитывать структуру абразивного инструмента, определяющую количество импрегнатора в круге после пропитки и выбор технологии. Установлено [3], что при увеличении пористости абразивного инструмента с 36 до 42 %, содержание импрегнатора в круге повышается с 13 до 17 %.

Таким параметрам абразивного инструмента как связка и твердость так же надо уделять внимание при импрегнировании.

Связка это материал или совокупность материалов, применяемых для закрепления абразивных зерен в абразивном инструменте. Связки делят на органические: вулканитовая, бакелитовая, глифталиевая и неорганические: керамическая, магнезиальная, силикатная. Наиболее подходящими связками для импрегнирования являются неоганические, т.к. обладают химической инертностью при любой температуре шлифования.

Твердость абразивного инструмента определяется свойством связки оказывать сопротивление проникновению в абразивный инструмент другого тела. Твердость кругов, измеренная стандартным пескоструйным методом, повышается после импрегнирования в среднем на одну - три степени. Это увеличение твердости выше для более мягких и более мелкозернистых кругов [4,5].

Остальные характеристики абразивного инструмента не оказывают существенного влияния на технологию пропитки и свойства импрегнированно-го круга.

1.2. Методы повышения эксплуатационных свойств абразивных

инструментов

Одним из самых важных параметров, характеризующих эксплуатационные свойства круга, является его износ. Анализ процессов, протекающих во время шлифования [6 - 15] показывает, что износ абразивного инструмента вызывает: изменение силы резания, повышение температуры в зоне контакта инструмента и заготовки, вибрации в технологической системе и т.д. Это обуславливает режим работы при шлифовании, а также влияет на все выходные параметры процесса: съем металла, отклонения формы, шероховатость поверхности и себестоимость операции. Выход за допустимые пределы отклонений формы и расположения, а также увеличение высоты неровностей обработанной поверхности в связи с износом подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями [12].

Неравномерность профиля изношенного абразивного инструмента вызывает отклонения формы и влияет на высоту неровностей обработанной поверхности [16-18].

Следовательно, необходимо искать методы борьбы с данным явлением, которые должны быть заложены в мероприятия по повышению эксплуатационных свойств абразивного инструмента.

Возможна реализация двух групп методов повышения эксплуатационных свойств АИ. Это, во-первых, группа методов улучшения свойств абразивного инструмента, которая реализуется в процессе его изготовления на определенной стадии технологического процесса в условиях абразивных заводов (легирование самих абразивных материалов различными элементами типа хрома, титана; замена традиционных абразивов сверхтвердыми; обжиг зерен; введение различных наполнителей в связуюшее и др.) [19-21].

Во-вторых, возможна реализация методов повышения эксплуатационных свойств абразивного инструмента на машиностроительных заводах. В состав второй группы методов входят следующие: заполнение пор абразив-

ных инструментов специальными составами - импрегнаторами; создание прерывистой рабочей поверхности АИ; специальная термообработка АИ, в том числе в криогенных средах; применение специальных смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ); наложение колебаний; применение твердых смазок и др. [1, 22 - 30].

Смазывающе-охлаждаюгцие жидкости существенно влияют на износ и стойкость шлифовального круга. Анализ исследований [31,32] показал, что в зависимости от условий применения и химического состава, СОЖ могут снижать износ круга от 20 % до несколько десятков раз. Эффективность применения СОЖ резко возрастает, когда они уменьшают адгезионные и диффузионные виды износа, налипание стружки, прижоги [33].

Однако существуют недостатки или ограничения применения СОЖ: не всегда предусматривается технологией шлифования; многие СОЖ (например, полимерсодержащие) - дороги; существуют проблемы при утилизации; могут быть экологически вредными; пожароопасными, например, масляные.

Инструмент с полимерными и другими вставками (АИ с прерывистой поверхностью) имеет существенный недостаток - более высокую трудоемкость изготовления, чем сплошные абразивные круги. Специальная термообработка в криогенных средах, наложение колебаний также значительно удорожают процесс шлифования.

Таким образом, одним из наиболее доступных и результативных средств повышения эффективности шлифования различных материалов является импрегнирование его специальными составами. [1,34].

Существует синтез методов повышения эксплуатац�