Подсистема определения условий бездефектного алмазного шлифования СТМ . 3D ПРОЦЕССЫ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Под бездефектностью обработки будем понимать отсутствия брака.

Подсистема «Termo», входящей в состав общей экспертной системы процесса алмазного шлифования СТМ, построена по следующему алгорит­му:

• определение параметров 3D топографии обрабатываемой поверхно­сти СТМ;

• определение параметров 3D топографии рабочей поверхности круга;

• определение фактической площади контакта в системе «РПК — СТМ»;

• 3D моделирование термо-силового напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «СТМ-зерно-связка» (определение условий, ис­ключающих брак из-за растрескивания СТМ);

• расчет интенсивности процесса термоактивируемой доводки обраба­тываемой поверхности СТМ.

Параметры 3D топографии РПК и СТМ определяются путем лазерного сканирования или теоретически.

При экспериментальном определении фактической площади контакта в системе «СТМ-РПК» использованы результаты изучения параметра отно­сительной опорной площади поверхностей РПК и СТМ tps (см. п. 2.3) По­скольку при алмазном шлифовании СТМ твердость обрабатываемого мате­риала практически равна (без учета анизотропии свойств кристаллитов алма­за) твердости алмазных зерен и их внедрение в обрабатываемый материал

бесконечно мало, измерение параметра tps осуществляли только на уровне 0.1-1 мкм от линии выступов.

В качестве фактической площади контакта Ar принимали среднее зна­чение параметров tps для РПК и СТМ:

tРПК, tстм

Ar = ps ps. (8.1)

Теоретические расчеты фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ» производились нами с использованием зависимостей Н. Б. Демкина и И. В. Крагельского [93]. Определив фактическую площадь контакта, переходим к моделированию напряженно-деформированного со­стояния в системе «СТМ-зерно-связка». Поскольку существует мнение [127], что причиной разрушения СТМ может быть существенное различие в коэффициентах термического расширения алмаза и металлофазы, исследо­вали НДС изучаемой системы. Теоретический анализ термосилового НДС системы «кристаллиты-металлофаза-зерно-связка» осуществляется мето­дом конечных элементов по методике, изложенной в п. 2.3. Задача решается в трехмерном измерении, что выгодно отличает данную методику от приме­нявшихся ранее другими авторами [101, 115]. Расчетная схема взаимодейст­вия элементов системы моделирует наиболее неблагоприятный вариант шлифования при массовом образовании площадок износа на алмазных зер­нах. Расчетная схема модели и 3D напряжения в системе «СТМ-зерно» представлены на рис. 8.5 а.

Достоинством данной методики является возможность в объемном ва­рианте оценить отдельно влияние поперечной подачи £поп, величины нор­мального давления в контакте «РПК-СТМ» Рн, физико-механи-ческих свойств СТМ, алмазных зерен и связки, температуры в зоне шлифования, температуры СОЖ (или ее отсутствие) на температурные поля, величину главных и приведенных напряжений, вызванных как отдельно силовыми и температурными факторами, так и их суммарным воздействием (термосило­вые напряжения).

Пакет программ позволяет также оценивать энергию деформации, по которой легко можно, пользуясь теорией Гриффитса [225] определять воз­можность образования и развития микротрещин как на поверхности СТМ и алмазных зерен, так и внутри составляющих.

Пример результатов моделирования НДС в системе «кристаллиты СТМ-металлофаза-зерно-связка» приведен на рис. 8.5 б, в, г.

В базовом варианте расчета физико-механические свойства элементов системы «кристаллиты СТМ-металлофаза-зерно-связка» были такими.

• Для алмазного зерна и алмазного кристаллита СТМ: модуль упруго­сти Е = 10000 МПа; коэффициент Пуассона ^ = 0.1; коэффициент теплопро­водности при температуре 300 К° а = 0.002 Вт/мм-К°; коэффициент темпера­турного расширения алмаза в диапазоне до 750 К° а = 3.7-10 6-1/К°.

• Для металлофазы: G = 38500; Е = 10000 МПа; а = 0.1 Вт/мм-К°; ai = 14.1-10 6-1/К°. Для металлической связки (М1-01): Е = 72000 МПа; G = 28000; ^ = 0.3; a1 = 24-10 6-1/К°; а = 0.21 Вт/мм-К°. Температура в зоне контакта «зерно-СТМ» принята равной Т = 700 С°, температура СОТС Т = 20 С°, поперечная подача (силовое воздействие) ^поп = 5 мкм/дв. ход.

Достоинством данной методики расчета является трехмерное решение задачи, получение трехмерных температурных полей, трехмерных полей энергий и плотности энергий деформации (см. рис. 8.5 б, в, г). Возможно оп­ределение приведенных и главных температурных и термосиловых напря­жений в зерне, связке, металлофазе и кристаллите.

Возможность определения главных и приведенных термосиловых на­пряжений, а также энергии деформирования в любой точке системы «кри­сталлиты СТМ-металлофаза-зерно-связка» позволяет использовать как энергетический, так и силовой критерии хрупкого разрушения материалов.

Используя, например, методику компьютерного метода конечных эле­ментов для прогнозирования развития дефектного слоя при моделировании НДС обрабатываемой поверхности и учитывая при этом еще силовой и тем­пературный факторы, можно анализировать влияние физико-механических свойств элементов системы, режимов шлифования и характеристик кругов на вероятность бездефектной обработки различных марок СТМ, в том числе и вновь создаваемых.

Из проведенных расчетов определяем условия шлифования (^поп, Рн, число зерен в контакте, характеристики круга, наличие СОТС), при которых исключается вероятность образования дефектного слоя, т. е. брака при за­точке инструмента из СТМ.

Разработанная подсистема «Termo» позволяет анализировать не только условия бездефектной обработки СТМ, но и как подсистема общей теорети­ческой экспертной системы позволяет оптимизировать процесс съема при­пуска с учетом температурного фактора, как это сделано, например, в работе [21] применительно к шлифованию ситаллов.

На следующем этапе разработки подсистемы «Termo» оцениваем воз­можность осуществления термоактивируемой доводки обрабатываемой по­верхности СТМ.

Разработанная подсистема теоретической экспертной системы алмаз­ного шлифования СТМ позволяет определять условия бездефектной обра­ботки СТМ и условия термоактивируемой доводки лезвийных инструментов из сверхтвердых материалов на основе алмаза.

Подсистема определения условий бездефектного алмазного шлифования СТМ
0 votes, 0.00 avg. rating (0% score)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *