Процесс приспосабливаемости и управление рельефом кругов при алмазно-абразивной обработке

Разработка Б. И. Костецким [89] теории поверхностной прочности и разрушения тесно связана с развитием представлений об универсальном яв­лении структурной приспосабливаемости материалов при контактном на­гружены и ее инверсии, открытого в результате большого комплекса иссле­

дований и обобщения опыта промышленности. Это фундаментальное явле­ние обусловлено энергетической целесообразностью перестройки исходной структуры поверхностных слоев материалов в устойчивую форму, энергети­чески наиболее выгодную для данных условий нагружения [95].

При этом наступает динамическое равновесие и саморегулирование всей термодинамической системы: происходит стабилизация всех явлений контактных взаимодействий. Приспосабливаемость реализуется для всех ма­териалов и условий среды в определенных диапазонах параметров нагруже­ния (давления и скорости относительного перемещения). Изложенные пред­ставления являются фундаментальной основой для построения физической теории поверхностной прочности и разрушения. В области технических приложений эти представления позволяют решать две группы задач: обеспе­чение надежности и долговечности узлов трения при эксплуатации машин; разработка эффективных технологических процессов финишной обработки деталей машин.

Вторая возможность связана с инверсией структурной приспосабли — ваемости — использованием этого явления в направлении интенсификации поверхностного разрушения.

Главным условием оптимального использования любого инструмен­тального материала является такое состояние системы «инструмент — обрабатываемый материал», при котором рабочие поверхности инструмен­тов будут находиться в условиях структурной приспосабливаемости, а по­верхности обрабатываемого материала в условиях ее нагружения и ослабле­ния защитных функций вторичных структур.

Зная основные внутренние механизмы структурной приспосабливае — мости — активацию и пассивирование — и влияние на эти механизмы сред и условий нагружения, можно вызывать нарушение динамического равновесия процессов образования и разрушения защитных пленок при операциях фи­нишной технологической обработки материалов и обеспечивать этим опти­мальное диспергирование поверхностных объемов. Это достигается стиму­лированием процессов активации и подавлением процессов пассивирования.

Вторым примером использования инверсии структурной приспосабли — ваемости при финишных операциях путем изменения состава среды является резкое увеличение производительности при доводке. При отсутствии воз­можности восстановления на обрабатываемой поверхности в процессе до­водки защитных вторичных структур, экранирующих действие ПАВ, съем металла с обрабатываемой поверхности увеличивается в 1.5—2.0 раза.

Большие перспективы управления механизмом активации, пластиче­ской деформации и диспергирования открываются при использовании воз­можностей динамического воздействия на поверхностные слои обрабаты­ваемых материалов. Характер приложения нагрузки существенно влияет на протекание структурной приспосабливаемости, смещая кинетические пара­метры динамического равновесия и саморегулирование всех процессов, обу­словливающих поверхностную прочность. По мнению Б. И. Костецкого [74] быстропротекающие колебательные процессы в звуковом и ультразвуковом диапазонах приводят к резкому повышению уровня активации и нарушения физико-химического экранирования поверхностей обрабатываемого мате­риала. При этом изменяются параметры эпюры напряжений, как следствие этого — механизмы разрушения, резко усиливается диспергирующее дейст­вие поверхностно-активных веществ, увеличиваются скорости химических реакций.

Увеличение уровня активации в связи с динамикой нагружения может быть достигнуто разными путями. Это положение доказано и использовано нами в управляемых процессах ультразвукового алмазного шлифования СТМ.

Проведенные исследования особенностей динамики рабочих процес­сов при алмазно-электролитическом шлифовании показали, что изменение спектра вибраций можно достигнуть применением разных схем шлифования (упругая, жесткая), наличием осцилляций, варьированием мощности. Карти­на напряженно-деформированного состояния обрабатываемой поверхности и химическая активация поверхностных слоев существенно зависят от харак­теристик динамического качества станка (жесткость, виброустойчивость), точности установки круга.

Разработанная авторами с сотрудниками методология управления про­цессом шлифования и способы ее реализации позволили существенно рас­ширить технологические возможности процесса алмазно-абразивной обра­ботки [35]. Однако остались не до конца решенными проблемы невысокой производительности обработки, низкого коэффициента использования доро­гостоящих алмазных зерен и, как следствие, высокой себестоимости, напри­мер, заточки лезвийного инструмента из СТМ. Требует решения проблема невысокой надежности такого инструмента, что сдерживает его применение в автоматизированном производстве. Недостаточное качество режущих эле­ментов сверхтвердого лезвийного инструмента не позволяет полностью за­менить применение природного алмаза.