Ранее установлено, что максимальная производительность процесса достигается при максимальной высоте выступания зерен над связкой hp, т. е. вскрытым кругом [39, 173]. Однако анализ показал, что при шлифовании СТМ высокая развитость РПК не требуется, т. к. она не определяет производительность за счет глубины внедрения зерен в ОМ, а объем размещения
продуктов шлифования ничтожно мал. В связи с этим высота зерен hp должна выбираться из условий контактирования или неконтактирования металлической связки с обрабатываемым материалом. Увеличение рабочей высоты зерен неизбежно приводит к уменьшению величины их заделки в связке и, как следствие, повышенному расходу алмазных зерен. При более глубоком изучении влияния высоты зерен на выходные показатели процесса шлифования установлено, что увеличение hp влияет на производительность обработки не за счет глубины внедрения зерен в ОМ и увеличения параметров среза или более благоприятного размещения продуктов шлифования, как это имеет место при обработке других групп материалов, а за счет существенного повышения давления в пятнах контакта «СТМ-зерно» и, как следствие, уменьшения числа циклов до разрушения [73].
Установлено, что высота выступания зерен влияет на интенсивность разрушения (съема) припуска через изменяющиеся числа работающих зерен и фактической площади контакта «СТМ-РПК».
Число работающих зерен определяется их концентрацией в круге К и
рабочей высотой зерен hp, т. е. степенью их выступания над уровнем связки:
N = f (hp; K). (6.23)
Фактическая площадь контакта кроме этого зависит также от степени износа зерен Ah, т. е. от массовости образования на зернах площадок износа. При управлении РПК имеется возможность стабилизировать рабочую высоту зерен в любом из 3-х этапов интенсивностей их износа Уизн, приравняв
эту интенсивность с интенсивностью удаления связки (Усв = Уизн) [6, 62, 173]. Чем меньше рабочая высота зерен, тем больше число их в контакте, и тем больше степень износа (площадок износа) большинства работающих зерен. Удельные нагрузки на единичное зерно снижаются, уменьшается критическая величина их заделки в связке и, как следствие, существенно повышается коэффициент использования алмазных зерен.
Из рис. 6.6 д видно, что одна и та же величина опорной площади РПК
tps, может быть обеспечена при существенно различных значениях hp, т. е.
управляя рабочей высотой алмазных зерен, можно управлять величиной tps, а, следовательно, и интенсивностью и характером разрушения зерен и СТМ.
Однако, уменьшение рабочей высоты зерен, как отмечено выше, приводит к уменьшению нагрузки на единичное зерно, а, следовательно, снижаются и контактные давления в системе «СТМ-зерно», что, естественно приводит к трансформации характера хрупкого самозатачивания алмазных зерен в процесс их истирания и резкому снижению интенсивности съема припуска. Попытка увеличивать давление в контакте системы «СТМ-зерно» за счет увеличения общей нагрузки в системе «СТМ-РПК» путем увеличения ^поп или Рн может приводить к образованию дефектов на обработанной поверхности СТМ в виде сетки микротрещин.
Из всех факторов, определяющих величину фактической площади контакта, наиболее управляемым остается концентрация алмазов в круге. Уменьшая концентрацию, можно уменьшать число зерен в контакте, повышать контактные давления в системе «СТМ-зерно» (не изменяя общей нагрузки на обрабатываемый СТМ), возобновить процесс хрупкого самозатачивания (микроразрушения) алмазных зерен и, как следствие, интенсифицировать съем припуска.
Если проанализировать полученные зависимости влияния рабочей высоты зерен и концентрации алмазов в круге (см. рис. 6.6 г), то можно констатировать, что концентрация алмазов в круге является наиболее влиятельным фактором интенсификации съема припуска. Это убедительно доказывается (см. рис. 6.6 г) возможностью обеспечения одинаковой производительности (Q = 8 мм/мин) кругом 50 % концентрации и рабочей высотой зерен
hp = 65 мкм, или кругом с 20 % концентрацией и рабочей высотой зерен
hp = 30 мкм.
Видно, что если уменьшить рабочую высоту зерен hр в два раза, это равносильно (для величины tps) увеличению концентрации зерен тоже в 2 раза. Таким образом, если по зависимости Q = f ^р) определим, что максимальная производительность для круга 200/160 будет при hр = 140 мкм, то
для сохранения того же tps при hр = 20 мкм надо высоту hр уменьшить в 7 раз или концентрация круга должна быть не более К = 14.2 %. При одних и тех же условиях удельный расход алмазов сокращается в три раза. Схематическая иллюстрация проведенного анализа влияния рабочей высоты зерен на изменение соотношения изношенной части зерен и выпавших из связки представлена на рис. 6.6 а, б, в.
Сделаем допущение, что увеличение концентрации алмазов в круге соответствует пропорциональному увеличению числа циклов нагружения в контакте «СТМ-зерно» и аналогичному уменьшению давления в контакте. Расчеты показали, что при увеличении нагрузки в контакте в два раза, что соответствует уменьшению концентрации алмазов в круге в два раза, число циклов, необходимое для разрушения припуска СТМ уменьшается, в 10 раз, а число циклов, вызванное уменьшением концентрации, уменьшится только в два раза.
Уменьшение концентрации алмазов в круге, даже с учетом уменьшения числа циклов нагружения в контакте «СТМ-зерно», может повысить интенсивность съема припуска в 2-3 раза только за счет увеличения давления в контакте.
Таким образом, теоретически обосновано и экспериментально доказано положение о том, что концентрация алмазов в круге, рабочая высота зерен и критическая глубина их заделки в связке являются взаимосвязанными
важнейшими факторами процесса алмазного шлифования СТМ. Уменьшение концентрации алмазов в круге до уровня 5-20 % с соответствующим уменьшением рабочей высоты зерен до уровня микронеровностей связки и увеличение модуля ее упругости не приводит к ухудшению выходных показателей алмазного шлифования СТМ, т. к. величина фактической площади контакта РПК с СТМ остается неизменной, но существенно снижает удельный расход и себестоимость обработки, повышает степень использования алмазных зерен.
При шлифовании СТМ понятие крупнозернистый и мелкозернистый круг приобретает новое особое понимание, поскольку в процессе микроразрушения припуска СТМ принимает участие не все зерно, а только его субмикрорельеф, т. к. внедрение зерна в ОМ отсутствует. Крупнозернистое зерно с развитым субмикрорельефом может оказаться более эффективным с точки зрения съема припуска, чем мелкое, но с гладкой площадкой, или ова — лизированное. Поэтому даже крупнозернистым кругом можно осуществлять прецизионную доводочную операцию обработки СТМ. Такой процесс может иметь место при массовом образовании на крупных зернах площадок износа с очень мелким субмикрорельефом. Такие субмикрокромки выполняют роль доводочной алмазной пасты с микрокромками, жестко закрепленными в алмазном зерне.
50‘
40 30
х
о
cd
Он
20 f
о
X
о
10
£
0
г
Рис. 6.6. К анализу управляемого процесса шлифования (продолжение):
в — модель износа алмазного зерна;
г — влияние рабочей высоты зерен и их концентрации на выходные показатели
процесса шлифования.
Г//I изношенная часть зерна; L N выпавшая часть зерна.
1 — 2 = f (K); 2 — q = fKhp); 3 — q = fi(K)
Рабочая высота выступания зерен hp
д
|
7 8 9 Концентрация К, % |
е
Рис. 6.6. К анализу управляемого процесса шлифования (окончание):
д — влияние рабочей высоты зерен на относительную опорную площадь РПК;
е — влияние концентрации зерен на относительную опорную площадь РПК.
4 — 100/80 (50 %); 5 — 200/160 %; 6 — 180/100 (100 %);
7 — а = 0.3; 8 — а= 0.5; 9 — а= 0.7 (нет ссылки на рис. 6.6 е)
3D процессы алмазно-абразивной обработки