Рельеф рабочей поверхности и режущие свойства алмазных кругов

Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств алмазных кругов в конкретных условиях их использования необходимо оцени­вать состояние режущей поверхности не только качественно по кос­венным параметрам /производительность, качество обрабатываемой поверхности, сила резания и т. д./, но и количественно, непосред­ственным измерением параметров режущего рельефа. Для этого обыч­но используют углы при зрршинз зерен и радиусы их округления, вы­соту выступания зерен над уровнем связки или глубину их залегания от номинальной геометрической поверхности наиболее выступающих зерен, число зерен на единице поверхности или длины и расстояние между ними, коэффициент длины контактной линии профиля, количест­во "острых" зерен, зерен с площадками износа, выпавших из связки [16,17, 94, 95, 104, 112, 134, 143 ] .

Параметры, характеризующие состояние режущего рельефа, можно разделить на две группы: рельеф и субмикрсрельеф алмазных зерен /микрорельеф/ и рельеф рабочей поверхности круга /макрорельеф/.

Форма, размер и геометрия абразивны? зерен /микрорельеф/ опре­деляют пространственное расположение их по от..ошению к повеьх — нскч? обрабатываемого материала, режущий угол и форму рабочей час;?/: вершины зерно, находящейся в контакте с обрабатываемым

материалом.

Изучение формы естественных и синтетических абразивных материа­лов показало [146] , что кристаллы, выращенные в природных усло­виях, имеют геометрически неправильную форму; особенно это прояв­ляется при дроблении материалов на зерна необходимых размеров. Экспериментально установлены зависимости между формой зерен, одно­родностью их размеров а удельным расходом абразива, энергоемкость/ процесса, силами и температурой шлифования.

Работоспособность абразивных инструментов многие исследователи ставят в зависимость от углов заострения и радиусов округления режущих іфомок зерен различных абразивных материалов. Так, более высокие режущие свойства сверхтвердых материалов /алмазы и кубичео — кий нитрид бора/ объясняются большим процентом острых выступов /кромки с углами заострения менее 90°/ и меньшими радиусами их округления [‘ИЗ, і39 ] . Изучению линейно-геометрических парамет­ров зерен различных абразивных материалов посвящено много работ, однако авторы, как правило, рассматривают эти параметры а стати­ке, т. е. без учета тех существенных изменений s форме, размерах и геометрии абразивных зерен, которые имеют место в реальных про­цессах шлифования, особенно труднообрабатываемых материалов. Тре­бует более глубокого изучения влияние каждого из исследуемых па­раметров субмикрорельефа рабочей поверхности круга на выходные показателя процесса шлифования.

Макрорельеф рабочей поверхности круга и его стабильность опре­деляются размерами зерен и их концентрацией в алмазоносном слое, прочностью абразивных зерен, режимами шлифования, способностью связки удерживать зерна и физико-механическими свойствами обра­батываемого материал^. При обработке различных материалов роль отдельных параметров режущего рельефа неодинакова. Так, при об-

работке твердых и хрупких материалов /керамика, ситадлы, сус микрорельеф алмавных верен окаэывеет определяетее влияние на уро. вень локальных давлений и эффективных напряжений, вызывающих раз. рушение поверхностного слоя-припуска. На процесс шлифования плао. тичяых материалов /сталь, медь л т. д./ значительно влияет макро — рельеф рабочей поверхности, так как в этом случае интенсивность съема определяется в основном глубиной внедрения зерен в обраба­тываемый материал. Do мнение некоторых авторов [ 94 ], производи­тельность алмазно-абразивного инструмента определяется высотой сглаживания профиля, представляющей собой расстояние между линией выступов и эквидистантной линией, на уровне которой относительна;, опорная длина профиля tp = 50 Чеповецквй И. Х. [143] уста­новил, что при хонинговании наиболее сильная корреляционная связь наблюдается между углом атаки профиля /тангенс которого — первая производная степенной зависимости, зпроксимирующей опорную кри­вую/ и производительностью: чем меньше угол атаки, тем больше раэвита режущая поверхность и выше производительность,

В работе [Ї5] в качестве основного параметра режущего рельефе круга принят оператор преобразования спектра, отражающий динамик] затупления круга». Оператор преобразования спектра представляет собой отношение спектральной плотности профиля до обработки и по: ле нее. Установлена существенная зависимость производительности алмазного электрохимического шлифования от оператора преобразо­вания спектра.

В других исследованиях в качестве основного параметра режу­щего рельефа, определяющего интенсивность процесса шлифования, рассматривались разновысотность зерен, наибольшая модальная вы­сота выступания алмазных зерен над уровнем связки. Следовательно, для конкретных условий шлифования существует параметр или группа параметров режущего рельефа, которые оказывают определяющее влия-

20

нее на выходные показатели обработки.

Поскольку практически все параметры режущего рельефа носят случайный характер, необходимо знать законы их распределения. Однако сведения в литературе о распределении зерен в объеме рабо­чего слоя круга весьма противоречивы. Так, существует ряд мнений, согласно которым распределение подчиняется равномерному, парабо­лическому или нормальному закону, степенной функции, бетараспре — делению, логарифмически нормальному распределению, АФ. При притир­ке для описания связи между глубиной резания и радиусом закругле­ния режущей кромки использован закон модуля разности. Очевидно, ото несовпадение объясняется тем, что число зерен в слое и форма вершин зерен задаются случайно при эксплуатации и правке, законо­мерность распределения зерен в слое работающего инструмента зави­сит от многих случайных причин, а методика я способы их определе­ния также вносят искажения, йяесте с тем режущий рельеф как фи­зический объект и один из важнейших элементов, определяющих ха­рактер протекания процесса шлифования, подвержен непрерывному из­менению. Поэтому законы распределения значений параметров режу­щего рельефа, в том числе и зерен по высоте рабочего слоя круга, могут изменяться. Например, при электроалмазном шлифовании быстро­режущей стали Р6М5 кругом на металлической связке равномерный за­кон распределения высоты зерен над уровнем связки трансформирует­ся в нормальный [И2] . Следовательно, устойчивым режущий рельеф можно считать лишь тогда, когда его статистические характеристики отдельных параметров не изменяются.

Сложность явлений при шлифовании порождает многообразие точек зрения на описание формы, размеров и геометрии абразивных зерен /микрорельефа режущей поверхности/, строение поверхности рабоче­го слоя /макрорельефа/ шлифовальных инструментов и математичео — кую интерпретацию полученных экспериментальных данных. Поэтому

следует согласиться с автором работы [94 ] в том, что для переходе к нормированию и контролю основных характеристик рельефа режущей поверхности необходимо изучение основных закономерностей, связы­вающих геометрические и физические параметры режущей поверхности с выходными показателями алмазного шлифования.

Получены удовлетворительные результаты при установлении взаимо­связи экспериментально определяемых характеристик режущего рель­ефа и шероховатости обработанной поверхности с помощью аппарата корреляционных функций [52, S4} . Анализ изменений геометрии ре­жущего рельефа и выходных показателей шлифования, впервые выпол­ненных в МВТУ им. Баумана [S3, 94] , позволил выявить определенную взаимосвязь между характеристиками опорной поверхности инструмен­та и интенсивностью шлифования. Для различных обрабатываемых ма­териалов, например твердых сплавов, минералокерамики, титановых и железоуглеродистых сплавов, установлена следующая закономер­ность: процесс затупления кругов характеризуется увеличением от­носительной опорной длины профиля tp и снижением произво­дительности обработки. Аналогичная взаимосвязь наблюдается между высотным параметром рельефа — высотой сглаживания профиля и произ­водительностью шлифования, т. е. снижению высоты сглаживания про­филя соответствует снижение режущей способности круга. В ряде исследований параметр рельефа tP заменялся параметром, пред­ставляющим собой среднюю длину площадки на зерне на определенном уровне |’ 94, 131 ] .

Таким образом, возникает необходимость в установлении парамет­ров рельефа круга, наиболее ответственных за эффективность шли­фования, к отыскания путей управления ими в процессе обработки.