В предложенном процессе шлифования синхронно реализуются такие управляющие воздействия на поверхности круга и СТМ: 1) принудительное удаление связки с поверхности круга для обеспечения введения в работу новых зерен взамен износившихся и обеспечения требуемой величины фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ» на макроуровне; 2) принудительное формирование субмикрорельефа алмазных зерен за счет введения энергии ультразвуковых колебаний в зону шлифования и/или в зону управления. На модели рабочей поверхности круга первое соответствует перемещению вниз плоскости II—II, а второе — плоскости I-I (рис. 7.6). Схема оптимизации управляемого процесса шлифования приведена на рис. 7.7.
В гл. гл. 5, 6 показано, что для того, чтобы при нормальном давлении
Рн = 2 МПа контактные напряжения достигли предела прочности СТМ, величина фактической площади контакта должна составлять не более 5.3 % от площади обработки и, следовательно, рабочая высота зерен при этом должна
составлять 4/5 части от hмax (при h^ = 0.5Яз), т. е. работать производительно при 100 % концентрации зерен в круге с рабочей высотой зерен hp не менее чем 4/5 части от h^^ Например, при 100 % концентрации круга зернистостью 100/80, hp должно быть не менее 40 мкм. Однако, при такой рабочей высоте зерен часть из них будет выпадать из связки, даже не коснувшись обрабатываемого материала.
Экономически целесообразно осуществлять процесс шлифования только с рабочей высотой зерен, исключающей выпадение их из связки, не совершив полезной работы по диспергированию СТМ. Коэффициент участия зерен в работе Ку при этом должен быть больше 1.
Для исключения контакта связки с обрабатываемым СТМ рабочая высота зерен для производительного процесса шлифования должна быть не меньше, чем 2a — h^, и нагрузка на единичное зерно должна быть при этом достаточной для обеспечения его хрупкого самозатачивания. Эти условия могут быть обеспечены соответствующим выбором марки алмазных зерен, концентрации и зернистости их в круге, а также частотой ультразвуковых колебаний в зоне шлифования и/или управления. Для процесса прецизионной обработки СТМ рабочая высота зерен hр должна быть меньше, чем
2a — h^, но нагрузка на единичное зерно должна быть меньше его хрупкого самозатачивания (условие образования на зернах площадок износа), однако суммарная нагрузка в зоне контакта СТМ с кругом должна исключать процесс растрескивания поверхности СТМ. При большом числе зерен, находящихся в контакте, и наличии на них площадок износа увеличение нормальной нагрузки (поперечной подачи Рпоп) может привести к макроразрушению (растрескиванию) шлифуемого СТМ. Кроме этого за счет уменьшения числа зерен в контакте, т. е. снижения концентрации можно также уменьшить температуру шлифования [140].
Таким образом, при шлифовании по жесткой схеме или при больших нормальных давлениях по упругой схеме может происходить разрушение (растрескивание) поликристалла из-за его чрезмерного нагружения. Алмазные зерна с площадками износа при этом не разрушаются. Следовательно, при 100 % концентрации не представляется возможным устранение образовавшейся пары трения алмаза по алмазу путем увеличения нагрузки для разрушения зерен без объемного разрушения поликристалла. Реальным представляется путь уменьшения числа зерен в контакте, т. е. концентрации алмазов в круге. Например, уменьшение концентрации до 25 % уменьшает максимальное число зерен в контакте в 4 раза и тем самым исключает возможность макроразрушения (растрескивания) поликристалла, т. е. устраняет брак при обработке, вызванный чрезмерным нагружением СТМ.
Кроме того, уменьшая одновременно с концентрацией алмазов в круге рабочую высоту зерен, можно сохранить оптимальное число зерен в контакте, что обеспечивает на них нагрузку, достаточную для их самозатачивания микроразрушением, и тем самым повысить коэффициент использования алмазных зерен в круге.
Следовательно, учитывая необходимость обеспечения оптимальной для процесса самозатачивания нагрузки на алмазное зерно Ропт, можно оп-
ределить максимально допустимое число зерен в контакте исходя из того, что общая нагрузка на поликристалл, задаваемая режимами Рн, ^поп, ¥кр, z, марка зерна, f и а, не должна превышать величины Рпред, достаточной для его макроразрушения:
Р
N <-пред. (7.1)
Ропт
Теоретический расчет оптимальной зоны, в которой исключается объемное разрушение (растрескивание) СТМ, проведен в 5.3.
К > К
p1 p2
: , Vi — изношенная часть зерна; , ( V2 + V3) — выпавшая часть зерна;
ІНШІ — увеличение 7ГИ за счет уменьшения /?р
|
Рис. 7.7. Схема оптимального управления процессом приспосабливаемости при алмазном шлифовании СТМ: Спор — пороговая температура; Р3 — нагрузка на единичное зерно, Н; Рсз — нагрузка на зерно для самозатачивания; Рттп — предельно допустимая нагрузка на СТМ |
|
Глава 7. Разработка методологии управления процессом 285 приспосабливаемости и способов ее реализации |
Согласно схеме расчета оптимальных условий шлифования СТМ (см. рис. 7.7), для производительного шлифования нагрузка на единичное зерно
Рз должна быть достаточной для его самозатачивания у вершины (в зоне контакта). Для прецизионного шлифования нагрузка на зерно должна быть меньше величины его самозатачивания, т. е. должен реализовываться процесс истирания зерна и СТМ (пара трения «алмаз-алмаз»). При этом величина нагрузки на единичное зерно ограничивается предельно допустимой нагрузкой на СТМ, исключающей его растрескивание. Рабочая высота зерен hр должна обеспечивать участие в работе всех зерен, т. е. коэффициент участия должен быть: Ку >1. Эта высота обеспечивается соответствующей интенсивностью дозируемого удаления связки. По рассчитанным значениям hр и N можем определить концентрацию алмазов в круге. Этот алгоритм позволяет вести расчеты в широком диапазоне. Например, если концентрация уже известна, то по этой схеме можно определять (для заданной производительности) скорость круга ¥кр, зернистость, оптимальную марку зерна и т. д.
Такой алгоритм определения оптимальных условий производительного и прецизионного процесса шлифования реализован на ПЭВМ и вошел составной частью в теоретический модуль экспертной системы процесса шлифования СТМ (см. гл. 8).