Теоретическое и экспериментальное определение динамической прочности алмазных зерен в круге

Статическая и динамическая прочность алмазных зерен наряду с твер­достью является одним из важнейших их физико-механических свойств [101].

Классическим методом определения статической прочности является разрушение единичных зерен при одноосном сжатии между двумя корундо­выми пластинами плавно возрастающей нагрузкой [17]. Возможно также «раздавливание» единичного зерна между корундовой пластиной и пластин­кой из материала связки круга [28]. Недостатком данного метода является статический характер разрушения, что не соответствует характеру нагруже­ния алмазных зерен в реальном процессе шлифования. Кроме этого в про­цессе испытания происходит объемное макроразрушение зерен, а в процессе шлифования преимущественно выкрашиваются режущие кромки алмазных зерен.

К динамическим методам определения прочности алмазных зерен от­носится так называемый вибрационный метод, используемый для испытания фирмой «Де-Бирс», заключающийся в приложении к определенной массе зе­рен вибрационной нагрузки, а также испытание единичных зерен при задан­ной ударной нагрузке, применяемое фирмой «Комацу» [17].

Следует подчеркнуть существенное несоответствие результатов испы­таний по этим двум методам. Так, статистическая прочность алмазных зерен с ростом их зернистости растет, а динамическая — падает (рис. 2.10 а).

К тому же, описанные выше динамические методы далеки от реальных условий шлифования. Нами предложен способ определения динамической прочности алмазных зерен непосредственно в шлифовальном круге. Прин­ципиальная схема реализации предложенного способа представлена на рис. 2.10 б. Способ основан на ультразвуковом воздействии инструментом — ударником (рис. 2.10 в) на рабочую поверхность алмазного круга. В качестве критерия динамической прочности алмазных зерен принимается число цик­лов воздействия на них до разрушения (см. рис. 2.10 а).

В качестве рабочего инструмента-ударника используется прямоуголь­ная пластина с закрепленными в ней вставками с алмазосодержащим слоем на прочных металлических связках с прочными (АС160Т) и мелкими алмаз­ными зернами (см. рис. 2.10 в).

Частота колебаний f согласованная со скоростью вращения круга ¥кр, и амплитуда колебаний а могут быть определены теоретически (см. гл. 8) или подбираются экспериментально. Использование образцов с различными марками алмазных зерен, а также проведение испытаний на кругах с различ­ными металлическими связками максимально приближают предложенный метод определения динамической прочности алмазных зерен к реальному процессу шлифования различных СТМ.

Процесс микроразрушения вершин зерен (в зоне контакта) изучали и на единичном алмазном зерне, вмонтированном в рабочую поверхность кру­га (рис. 2.10 г). Проводить испытания алмазных зерен на динамическую прочность целесообразно после образования на них площадок износа, на­пример, после 20-30 сек шлифования СТМ на основе алмаза. Процесс изу­чения может осуществляться как при вращающемся круге, так и на непод­вижном. Наблюдение за процессом разрушения зерен осуществляется в мик­роскопическую трубку Мир-2 или по методике оценки уровня приспосабли — ваемости, изложенной в п. 2.8.

а

■ — ISIXI

Данные Протокол

б

Результаты исследования по определению динамической прочности различных марок алмазных зерен и зернистостей приведены на рис. 2.10 а. Установлено, что динамическая прочность алмазных зерен возрастает при уменьшении зернистости и повышении их качества.

Принципиальной особенностью предложенного метода является то, что определяется не динамическая прочность в макрообъеме (т. е. всего зер­на), как это делается в ранее известных способах «раздавливания» зерен или разрушения их в центрифугах. В нашем случае определяется динамическая прочность алмазных зерен (или обрабатываемого СТМ) только в приповерх­ностном слое, глубиной не более длины критической трещины разрушения

(/кр). Такой подход полностью соответствует характеру взаимного разруше­ния алмазных зерен и обрабатываемого СТМ при шлифовании.

При определении динамической прочности алмазных зерен в круге важную роль играет модуль упругости металлической связки. Для каждой конкретной связки этот параметр будет различен. В этом случае жесткость связки будет входить в комплексный показатель динамической прочности зерен, что выгодно отличает предложенный способ от известных. Опреде­ленная таким образом динамическая прочность алмазных зерен является комплексным показателем качества алмазных кругов на металлических связ­ках с учетом свойств последних.

Динамическая прочность алмазных зерен марки АС6 в кругах на раз­личных металлических связках представлена в табл. 2.1.

Таблица 2.1 — Влияние модуля упругости связки на динамическую прочность зерен Марка металлической связки М1-05 М1-01 М2-01 М6-14 М6-16 Динамическая прочность (МО13) (МВ1) (М1) (МЖ) (М-13) Модуль упругости связки, ГПа 69.4 93 105 162 193.7 -Уцикл 7500 6300 5500 3800 3100 7800 6700 6000 4100 3800 Примечание. В числителе — экспериментальные результаты, в знамена­теле — результаты расчета по гл. 5.

Предложенная методика определения динамической прочности алмаз­ных зерен позволила эффективно использовать результаты ее применения в разработанных нами способах шлифования различных СТМ с комбиниро­ванным управлением процессом приспосабливаемости [196].

С использованием теории механики контактного разрушения разрабо­тана теоретическая модель определения динамической прочности алмазных зерен (см. гл. 8). Окно программы расчета динамической прочности алмаз­ных зерен представлено на рис. 2.10 д, а результаты расчета на рис. 2.10 а.

Расчетный модуль экспертной системы (см. гл. 7) позволяет опреде­лить динамическую прочность алмазных зерен различных марок, количест­венно оцениваемую числом циклов нагружения до их разрушения в зависи­мости от параметров ультразвукового воздействия f и a, состояния поверх­ности алмазных зерен /0, их геометрии и других параметров.

Теоретические расчеты по данной модели довольно хорошо сходятся с экспериментальными результатами определения динамической прочности различных марок алмазных зерен (см. рис. 2.10 а).

Полученные экспериментально или рассчитанные по экспертной сис­теме значения динамической прочности алмазных зерен различных марок использованы при определении оптимальных условий шлифования различ­ных СТМ, а также при назначении режимов управления режущим рельефом кругов (см. гл. 7). Динамическая прочность алмазных зерен является основ­ным показателем при разделении процесса шлифования СТМ на производи­тельный и прецизионный. Если нагрузка на зерно в процессе шлифования больше его динамической прочности — процесс производительный, если меньше — прецизионный (доводочный).

Безусловно, предложенная методика не определяет динамическую прочность алмазных зерен в «чистом» виде, а исследуется комплекс (компо­зиция) «зерно-связка», но в реальном процессе «работает» именно такая ди­намическая прочность и поэтому именно она представляет практический ин­терес. Предложенная методика определения динамической прочности ал­мазных зерен рекомендована для аттестации алмазных кругов.