Топографическая приспосабливаемость в процессе алмазного шлифования

Ранее установлено, что аномально высокая интенсивность потери ре­жущих свойств алмазными кругами на металлических связках зависит от резкого уменьшения высоты выступания алмазных зерен [34, 35, 173]. Наши исследования показали, что определяющим параметром топографической приспосабливаемости системы РПК-СТМ является не высота зерен, а отно­сительная величина фактической площади контакта ее элементов.

В основе топографической приспосабливаемости лежит интенсивный износ алмазных кругов и уменьшение развитости субмикрорельефа обраба­тываемой поверхности СТМ. Исходная (после вскрытия) поверхность шли­фовального алмазного круга обладает комплексом физико-механических, геометрических, микро — и субмикрогеометрических свойств, которые опре­деляют его потенциальную работоспособность, экономичность и качество обработки. В процессе шлифования взаимодействующие поверхности РПК и СТМ подвергаются воздействию значительных сил, высокой температуры, интенсивного трения и физико-химических явлений. Происходит изменение рельефа режущей поверхности круга и СТМ, изменение их свойств. Таким образом, макро и микропрофиль круга и СТМ, субмикрорельеф режущих зе­рен и геометрические параметры их вершин, физико-механические свойства абразивного материала являются функцией условий и продолжительности шлифования.

Проведенные ранее исследования [38, 173], показали, что на первом этапе шлифования (вновь вскрытым кругом) преимущественную роль играет топографическая приспосабливаемость, особенно рабочей поверхности ал­мазных зерен (микротопография) и режущего рельефа круга (макрогеомет­рия). В этот период топография дискретной алмазной рабочей поверхности круга в процессе высокоскоростного контактного взаимодействия с поверх­ностью обрабатываемого СТМ стремится перестроиться в поверхность, по­зволяющую уменьшить энергонапряженность процесса. При этом происхо­дит интенсивная трансформация топографических показателей, как поверх­ности отдельных алмазных зерен, так и всех основных 3D параметров рабо­чей поверхности круга.

На этом этапе субмикрокромки алмазных зерен трансформируются в площадки износа и существенно изменяется характер зависимости величины

относительной опорной площади топографии рабочей поверхности круга tps (рис. 4.8). Анализ показывает, что главной причиной аномально быстрой по­тери режущих свойств алмазных кругов при обработке СТМ является интен­сивное изменение субмикрорельефа алмазных зерен. Динамика изменения величин пятен контакта в системе «зерно-СТМ» такова, что за 1-2 минуты шлифования величина площади фактического контакта зерна с СТМ возрас­тает (при неизменных условиях шлифования) с 0.000837 до 15 мкм [26, 35, 44], т. е. более чем в 15 тысяч раз. Такое интенсивное изменение микротопо­графии алмазных зерен приводит к резкому уменьшению сосредоточенности прилагаемых нагрузок, снижению напряженного состояния в локальных объемах кристаллитов СТМ, прилегающих к пятну контакта и, как следст­вие, прекращению механического микроразрушения припуска. Даже незна­чительное число площадок износа на алмазных зернах существенно умень­шает величину напряжений в контакте «РПК-СТМ» (см. рис. 4.6).

а

В этот период процесс алмазного шлифования трансформируется в процесс трения двух равнотвердых алмазных структур. Топографическая приспосабливаемость практически закончена, энергетические затраты на процесс шлифования сводятся к минимуму, однако удельная энергоемкость процесса съема возрастает (см. рис. 4.7). Наличие незначительного съема объясняется ролью термоактивируемых процессов — окисления, графитиза — ции и диффузии.

Установлено, что исследуемые нами параметры макротопографии кру­га в первые минуты шлифования претерпевают существенные изменения (см. табл. 4.5). Так, за две минуты шлифования количество зерен с развитой микротопографией уменьшается с 96 % до 12 %, число зерен с площадками износа увеличивается от 4 % до 69 %, 19 % зерен выпали из связки. Относи­тельная опорная площадь топографии РПК на уровне Р = 5 мкм достигает через 2 минуты шлифования 18 % (см. рис. 4.8). Из приведенного анализа можно сделать вывод, что для высокопроизводительных процессов алмазно­го шлифования следует главное внимание уделить управлению микро — и макротопографической приспосабливаемостью рабочей поверхности круга.

Можно предположить (доказано в гл. 7), что на различных этапах шлифования приспосабливаемость может играть различную роль. Управляя степенью интенсивности приспосабливаемости можно один и тот же процесс алмазного шлифования трансформировать из высокопроизводительного в прецизионный и наоборот.

Интенсивное изменение всех выходных показателей связано, прежде всего, с увеличением фактической площади контакта РПК-СТМ не только за счет износа зерен и образования на них площадок износа, но и за счет сгла­живания шероховатости обработанной поверхности. Важнейшим показате­лем при этом является относительная опорная площадь топографии РПК

tpsPnK и обрабатываемого СТМ tpsCTM. Увеличение tpsPnK и tpsCTM приводит к росту фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ» и, как следст­вие, уменьшению величины давлений в контакте.

Таким образом, топографическая приспосабливаемость в системе РПК-СТМ содержит существенные резервы повышения эффективности ал­мазного шлифования СТМ. Она в большой степени определяет и структур­но-фазовые аспекты приспосабливаемости.