Условия и способы повышения качества поверхности и надежности лезвийного инструмента из СТМ . 3D ПРОЦЕССЫ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Поскольку в настоящее время основным видом изделий из сверхтвер­дых материалов все еще является лезвийный инструмент, качество обработ­ки рассмотрим на примере его заточки.

Эффективность и надежность работы лезвийного инструмента из СТМ определяется шероховатостью его граней и режущих кромок, радиусом их округления, отсутствием эффектного поверхностного слоя, а также наличи­ем сетки микротрещин на рабочих поверхностях.

Качество обработанного поверхностного слоя сверхтвердых материа­лов непосредственно зависит от того, какие механизмы разрушения припус­ка реализуются в тех или иных условиях шлифования. Следовательно, со­стояние рабочей поверхности круга является определяющим для качества обработанной поверхности СТМ [173].

Управляя параметрами рабочей поверхности круга с различной интен­сивностью [196], можно влиять на качество поверхности всех обрабатывае­мых СТМ в пределах, определяемых структурой и свойствами поликристал­лов. Снижению шероховатости способствует увеличение зернистости, ско­рости круга и наличие контакта связки с обрабатываемой поверхностью. Рост нормального давления, тока цепи управления и интенсивности ультра­звуковой правки круга ухудшают шероховатость. Эти тенденции справедли­вы для всех марок обрабатываемых материалов, однако абсолютные значе­ния шероховатости, безусловно, связаны со структурой СТМ — для однород­ных мелкозернистых они ниже. Сверхтвердые материалы на основе нитрида бора характеризуются меньшей шероховатостью по сравнению с алмазами.

Количественная оценка параметров субмикрорельефа и шероховатос­ти обработанной поверхности подтверждает связь интенсификации шлифо­вания с реализацией механизмов хрупкого разрушения СТМ под влиянием режущих зерен алмазного круга. Эта закономерность проявляет себя неиз­менно при варьировании такими условиями обработки, как нормальное дав­ление, скорость круга, зернистость и т. д. Анализ динамики изменения пара-

метров РПК позволяет сделать вывод о практически полном соответствии характера разрушения алмазных зерен и обрабатываемой поверхности СТМ.

Управление процессом приспосабливаемости должно осуществляться как за счет режимов шлифования и характеристик кругов, так и за счет дози­руемого удаления связки и ультразвукового формирования субмикрорельефа алмазных зерен в зоне шлифования и/или в автономной зоне управления.

Для реализации процесса управления уровнем приспосабливаемости в системе «круг-деталь» и осуществления возможности производительной и прецизионной обработки одним и тем же кругом разработаны способы ульт­развукового шлифования с комбинированным адаптивным управлением ре­жущим рельефом круга [196]. Разработанные способы позволяют изготавли­вать прецизионный инструмент из СТМ с шероховатостью обработанной поверхности Ra < 0.15 мкм и относительной опорной площадью обработан­ной поверхности СТМ (tps при Р = 10 %) более 60 %. Стойкостные испыта­ния лезвийного инструмента из различных марок СТМ, заточенных и дове­денных предложенными способами, показали их высокую эффективность и надежность. При этом установлено, что определяющим параметром оценки качества обработанной поверхности являются не традиционно применяемые параметры шероховатости Rа и Rz, а относительная опорная площадь обра­ботанной поверхности tps, измеряемая методом лазерного сканирования.

Оптимизация процесса шлифования по одному из параметров — шероховатости обработанной поверхности, шероховатости и радиуса округ­ления режущей кромки инструментов из СТМ достигается в предложенном способе термоактивируемой доводки.

Высокие температуры в зоне шлифования способствуют интенсифика­ции процесса термоактивируемой доводки и создают в зоне шлифования термосиловые напряжения, соответствующие экстремальным условиям экс­плуатации лезвийного инструмента из СТМ.

Разработанная экспериментальная экспертная система позволяет оп­тимизировать процесс алмазного шлифования различных СТМ (АСПК, ДАП, СВС, К10Д) по производительности, шероховатости граней и режущей кромки, радиусу ее округления у затачиваемых прецизионных лезвийных инструментов (см. рис. 8.8).

Кромка влияет как на срок службы инструмента, так и на качество об­работанной поверхности и точность размеров деталей, обрабатываемых ими. Интенсивность износа инструмента из СТМ во многом определяется нали­чием концентраторов напряжений на рабочих элементах и температурой в зоне резания, что, в свою очередь, зависит от шероховатости рабочих по­верхностей инструмента. Было изучено влияние режимов обработки, харак­теристики кругов, вида обрабатываемого поликристалла на микрогеометрию режущей кромки затачиваемого инструмента. Исследование микрогеомет­рии элементов режущей кромки инструмента осуществлялось методом ла­зерного сканирования.

Было установлено, что при алмазной обработке режущей части инст­рументов из СТМ шероховатость кромки и ее образующих поверхностей может различаться в 50-70 раз и улучшение микрогеометрии режущей кромки не может быть достигнуто только за счет уменьшения шероховато­стей передней и задней поверхностей инструмента. Учитывая, что при шли­фовании разрушение синтетического сверхтвердого поликристалла по срав­нению с твердым сплавом и минераллокерамикой носит более хрупкий ха­рактер (доля пластического деформирования очень мала), можно предполо­жить, что формирование режущей кромки в исследуемом случае происходит за счет сколов. Кроме того, на формирование кромки накладывает свой от­печаток хрупкий характер разрушения поликристалла при скольжении по его поверхности алмазных зерен круга, а также разрушение отрывом в ре­зультате волновых процессов.

Существенное влияние на размер сколов оказывает теплонапряжен­ность в зоне резания и связанные с ней фазовые превращения в прикромоч — ных участках. Немаловажную роль в образовании сколов режущей кромки может играть наличие пор и трещин в поликристаллах, особенно в поликри­сталлах синтетического балласа. Это ослабляет прочность режущей кромки инструмента.

Острота кромки при этом зависит в основном от абсолютной величины скола, а шероховатость от взаимного наложения отдельных микросколов, образованных каждым алмазным зерном, находящимся в контакте с кром­кой. Поэтому изменение одного и того же параметра процесса обработки может по-разному влиять на закономерность изменения шероховатости и радиуса округления режущей кромки.

Важную роль здесь могут играть размеры кристаллитов СТМ, а также степень их взаимного прорастания. Очевидно, что чем выше степень взаим­ного прорастания кристаллитов, возникающая в процессе синтеза, тем меньше вероятность вырывания отдельных целых кристаллитов из основно­го объема поликристаллов, т. е. возможности для проявления интеркристал­литного разрушения меньше. Видимо, основным будет механизм транскри­сталлитного разрушения, следствием чего режущая кромка может быть бо­лее острой и менее шероховатой.

Наименьшей шероховатостью кромки обладают резцы, заточенные кругами на связке М6-14 (МЖ). Это объясняется высоким содержанием в ней железа и интенсификацией диффузионных и окислительных процессов в зоне шлифования, способствующих термоактивируемой доводке. В иссле­дуемом диапазоне параметров обработки шероховатость кромки изменяется в пределах 10 … 15 мкм.

Увеличение скорости круга уменьшает силу резания как суммарную, так и приходящуюся на отдельное зерно. В результате этого уменьшаются сколы режущей кромки.

Таким образом, особенностью формирования микрогеометрии режу­щей кромки лезвийного инструмента из СТМ при обработке предложенными способами является стабильно высокая режущая способность алмазного кру­га, а также электро-физико-химические процессы, протекающие в зоне управления. Процесс заточки лезвийного инструмента из СТМ следует осу­ществлять в два этапа, но одним и тем же алмазным кругом. На первом этапе осуществляем предварительную (производительную) обработку с включен­ной системой управления процессом приспосабливаемости, а затем, выклю­чив систему управления, производим процесс термоактивируемой доводки, обеспечивающий требуемое качество граней и режущей кромки инструмента и его надежность в процессе эксплуатации даже в экстремальных условиях. Такой подход расширяет возможности использования лезвийного инстру­мента их СТМ, в том числе и в автоматизированном производстве.

Условия и способы повышения качества поверхности и надежности лезвийного инструмента из СТМ
0 votes, 0.00 avg. rating (0% score)

Добавить комментарий

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