1.1. Реботоспособность и особенности износа рєжуших элементов рабочей поверхности круга
Повышение производительности процессов обработки, качества и точности обрабатываемых поверхностей достигается в результате комплексного применения технологических мероприятий: скоростного и силового, профильного и совмещенного шлифования нескольких поверхностей, введения дополнительной анергии в вону резания, использования рационального состава СОК. Важная роль в этой системе мероприятий принадлежит совершенствованию инструмента, получению и поддержанию устойчивого качества режущих кромок и требуемой геометрической формы профиля. Точность формы абраэяввых кругов поддерживается периодической, а в ряде случаев и непрерывной правкой алмазными правящими карандашами и роликами. При этом происходит восстановление режущей способности круга. Особенности алмазных кругов не позволяют механически перенести этот г. рием ьа процессы алмазного шлифования.
Практический опыт и результаты исследований [<И, 35, 36, 6Ї, 94, ПО, 112, 117 ] дают основание утверждать, что алмаз как абразивный материал наиболее полно отвечает условиям эффективного резания при шлифовании. Сочетание непревзойденной твердости и высокого модуля упругости позволяет алмазгому зерну сохранить присущую ему остроту режущих кромок и эффективно внедряться в твердые обрабатываемые материалы. При равной твердости с обрабатываемым сверхтвердым материалом /СТЦ/ алмаз — единственный абразив — пый латериал, способный эффективно осуществлять съем припуска со шлифуемого образца. Однако профилирование и правка алмазных кругов весьма сложны и трудоемки.
Высокие технико-экономические показатели алмазного шлифования достигнуты при доводке и заточке режущего инструмента. Применение алмазного инструмента на финишных операциях доводки, суперфиниширования, хонингования, шлифования деталей машин способствует существенному повышению качества поверхности.’Однако полная замена абразивной обработки конструкционных материалов высокопроизводительным алмазным шлифованием сдерживается из-за недостаточной экономичности процесса, обусловленной в гхныпянстае случаев повышенным износом алмазных кругов [74, 117] . Процесс характеризуется низкой эффективностью использования потенциально высоких режущих свойств алмаза. Б ряде случаев реализуется не более десятой доли режущей способности алмазных зерен, выявленной в опытах по мигсро- резакию. Повышение уровня и стабильности режущей способности алмазных кругов — важнейшая предпосылка эффективности технологического процесса в целом.
Высокое качество обработанной поверхности служит отличительным технологическим признаком алмазного шлифования, поэтому анализ факторов, ограничивающих его технологические возможности, может быть сведен к рассмотрению причин, порождающих нестабильность во времени режущих свойств кругов, интенсифицирующих износ алмазных зерен и снижающих производительность съема обрабатываемого материала, При этом в качестве основного объекта рассмотрения целесообразно выбрать непосредственно режущую поверхность круга, от структуры и состояния которой в значительной степени зависят физические характеристики и выгодные показатели шлифования [11, 94, 107, 112, 131, 139] .
Принципиальная особенность структуры рабочего слоя алмазных кругов состоит в малом объемном содержании шлифовальных зерен и большом количестве связующего при практическом отсутствии пор.
Вследствие отого алмазные зерна располагаются на значительных рао-
6
стояния! друг от Другэ. Большую часть поверхности занимает связка круга. Установлено [ III] существенное влияние взаимодействия связки о обрабатываемым материалом но контактные процессы, силовую и гемовую напряженность шлифования, формирование поверхности и приповерхностного слоя обрабатываемых изделий.
В процессе шлифования происходит износ режущей части алмазных зерен, поверхностные слои связки также изнашиваются и удаляются с рабочей поверхности круга. Абсолютное значение интенсивности износа зерен и свяэки, их соотношение обусловливают эффективность использования потенциальных режущих свойств алмазов.
Износ зерен определяется физико-механическими свойствами, химическим составом обрабатываемого материала, условиями резания, свойствами самого алмаза и его способностью удержания в связке. Наиболее важные сведения об особенностях износа алмазов при микрорезании различных материалов приведены в табл. 1.1.
В контакте с обрабатываемыми материалами выявлен адгезионный, адгезионно-усталостный, диффузионный и абразивный виды износа алмазов [-И, 49, 61, 108] . Вы секта темпе — характеризуется адгезионный вид износа, который наблюдается при контактировании алмаза с пластичными материалами, содержащими в своем составе никель, титан, молибден, железо и другие, прежде вс^го адгезионно-активные материалы. Важная роль в этом случае может принадлежать усталостным явлениям. Несколько ниже интенсивность адгезионного износа алмвза при шлифовании хрупких материалов, таких, как твердые сплавы, минералокерамяха, полупроводники, ферриты.
Эти и другие материалы, вступающие в слабое адгезионное взаимодействие с алмазом /твердые сплавы, керамика/, изнашивают зерна путем микровыкраиявания в результате адгезионно-усталостных явлений
Адгезионному износу противостоит алмаз при микрорезании мно-
гкх цветных металлов в сплавов — меди, латуни, бронзы, алюминия, а также горных пород — мраморе, кварца, гранита.
Непревзойденная мякротвердоеть алмаза обусловливает низкую интенсивность его абразивного изнашивания. Однако в таких условиях резания, когда сильно разогретое алмазное зерно имеет пониженную твердость, его поверхность могут царапать находящиеся в холодном состоянии высокотвердые включения, например карбиды обрабатываемого материала иди же внедрившиеся в обрабатываемую поверхность осколки разрушившееся алмазных зерен. Абразивное изнашивание алмазного зерна воэмияо в процессе обработки синтетических сверхтвердых поликристаллов, например АСБ и ЛСПК, состоящих из множества мелких кристаллитов, по твердости не уступающих алмазному зерну [61, <112, ЇЇ7 ] .
При высоких температурах, близких к температуре плавления металла, в зоне контакта алмазного зерна с обрабатываемым материалом возможно протекание диффузионных процессов. Необходимое условие диффузии атомов углерода алмаза — их химическое сродство с обрабатываемым материалом. Внешне диффузионный износ проявляется в виде гладких отполированных площадок на алмазе при шлифовании армко-железа, железоуглеродистых сплавов и др. [бі] .
При высоких температурах наряду с диффузией протекает графитиза — дая алмаза, возможно образование карбидов обрабатываемых металлов на поверхности зерна, а также эвтектическое плавление.
Износ в виде механического разрушения наблюдается при взаимодействии с материалами, не вступающими с алмазами в физико-химическое взаимодействие, например сверхтвердыми материалами и минералами, цветными металлами* Интенсивность износа связана с уровнем нагрузки, необходимой для внедрения зерна в обрабатываемый материал, — максимальным для СТМ и незначительным для цветных металлов. В начальной фазе износ алмазных зерен происходит в виде
9
сколов острых вершин с последующ™ образованием площадок [212,
229] ♦
Применением смазывающе-охлаждащих технологических сред /СОТО/ и введением наполнителей в виде порошков титана, меди удается изменять характер взаимодействия алмазных зерен круга с отдельными железоуглеродистыми и жаропрочными сплавами и снижать отрицательное действие температурного фактора на износ алмазов [108, 235] .