Характер и интенсивность изменения режущего рельефа яруга ігри шлифовании

Изнашивание круга и изменение параметров его режущего релье­фа зависят от продолжительности и условий алмазного шлифования различных материалов. Наложение. двух последовательно снятых

профалограмм рабочей поверхности круга с учетом линейного износа ;jto показателям индикатора 3 /см. рис. 2.7/ позволяет более, строго определить его объемный износ, измерив площадь поперечного СЄЧ&- ия изношенной части.

Различие кругов по характеристикам режущего слоя, представ­ляющего собой систему ия зерен СТМ, связка а наполнителя, опре­деляет особенности износа этой системы, которые проявляются в фор­мообразовании режущей поверхности при шлифовании.

По данным работ £бЗ, 99, 14б} , вследствие случайного распо­ложения в резании участвует не более 15 % зерен, выступающих над овязкой круга. Остальные либо проходят по уже прорезанным канав­кам, либо не касаются частично обработанной поверхности из-за малого выступания над связкой, либо упрутоплвстячески деформируют обрабатываемый материал без снятия стружки.

Таким образом, чтобы поднять производительность шлифования без превышения уровня экономически допустимого удельного расхода СІМ при прочих равных условиях, необходимо увеличить количество режущих зерен.

Для линейного износа алмазных кругов на’ металлических связках в различных условиях шлифования СТМ характерна аномально высокая интенсивность в первые минуты шлифования /табл, 2.9/. Затем износ уменьшается и через 60…150 с практически прекращается. Износ при атом не превышает максимальной высоты выступания алмазных зерен над уровнем связки, т. е. происходит только за счет высту­пающих из связки зерен.

Характеристика кругов и режимы шлифования существенно влияют на интенсивность линейного износа круга только в начальный момент. Увеличение скорости круга интенсифицирует его износ, что обуслов­лено повышением динамической нагрузки на зерна и учащением их встреч с обрабатываемым поликристаллом. Исходный профиль крупно­зернистых кругов более развит, однако в силу уменьшения коли­чества зерен, находящихся одновременно в контакте с поликристал­лом, нагрузка на зерно возрастает. Поэтому интенсивность линей­ного износа для крупнозернистых кругов возрастает, несмотря на повышение прочности зерна [4] ,

Алмазные круги повышенной концентрации имеют на режущей по­верхности больше зерен, поэтому нагрузка на них и интенсивность износа слабее. Влияние связки наблюдается только в первые секун­ды шлифования, когда происходит выпадение зерен. Более прочно

Условия! шлифования!- т		Врека шлифования	Г	с
30	! 60	! 90 !	120	! 15п
і I		Линейный износ аН	> мкм
					‘ —
Скорость круга V ко, ц/с:
20	45	65	75	80	85
30	50	75	90	100	105
40	60	80	105	115	120
Зернистость 2 , мкм;
50/40	25	35.	45	50	50
125/100	55	75	90	100	100
200/160	120	160	175	190	195
Концентрация, % :
150	40	60	75	78	80
100	35	75	90	100	102
50	65	90	105	110	112
Связки:
МВТ	35	60	75	90	100
ЛВИ	50	75	90	100	102
UMI2	70	85	100	102	105
Нормальное давление Рн, Ша:
0,5	15	25	40	45	50
1.0	17	35	50	55	60
1,5	25	50	65	75	78
2,0	35	55	75	80	90
2,5	50	75	95	100	102
Обрабатываемый материал:
Гексанит-Р	25	45	53	65	70
ДПНБ	35	53	65	75	78
ДАЛ	50	75	95	100	105
АСБ	60	80	105	110	112
АСПК	75	100	115	120	122

удерадвает зерна связка МВТ.

Повышение нормального давления от 1 до 2 МПа в два раза У8’’’ личивает нагрузку на единичные зерна круга и, следовательно»

обусловливает рост интенсивности его линейного износа.

Физико-механические свойства обрабатываемых материалов, осо­бенно микротвердость, в большой степени определяют интенсивность линейного износа. Так, при обработке СТМ на осноеє алмаза интен­сивность линейного износа в три — десять раз выше, чем для СШ на основе нитрида бора.

Скорость линейного износа режущих зерен в зависимости от про­должительности шлифования изменяется по экспоненциальному закону при различных сочетаниях зернистости и концентрации алмазов, скорости круга и нормального давления, марки алмазного зерна и обрабатываемого материала, т. е. ни режимы шлифования, ни харак­теристики кругов не изменяют характер износа /табл. 2.9/. В из­менении интенсивности износа можно выделить три периода:- наиболь­шее изменение скорости износа, переходный и. период устойчивого незначительного износа круга. В первом периоде абсолютное зна­чение износа на порядок выше, чем в третьем. Первые два периода очень непродолжительны, третий может ДЛИТЬСЯ столько же, сколько при работе алмазных пар трения /табл, 2 ДО/. Продолжительность каждого периода в зависимости от марки СТМ различна я определяет^ ся микротвердостыо обрабатываемого материала. Так, для поликри­сталлов алмаза первый период в пять-шесть раз короче, чем для СТМ на основе нитрида бора. Изучение режущей поверхности алмазных

Таблица 2.10

Обрабатываемый! Продолжительность периодов износа, с материал Т………… j первого ! второго ! третьего АСПК до 30 30 — 60 свыше 60 ДСБ 45 45 — 90 90 ДАП 60 60 — 90 90 Диэмет 50 50 — 100 Ї00 Зльбор-Р 180 180 — 240 240 Гексанит-Р 210 210 — 270 270 ДПНБ 250 250 — 300 300 Композит-05 300 3U0 — 500 500

кругов на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 и на метал­лографическом микроскопе ЫИМ-8 дало возможность выделить различ­ные виды износа, соответствующие указанным периодам интенсивности. В начале первого периода износ алмазных зерен происходит в ре-

^ ! ! 0 130 ! 60 ! 90 ! 220 СП о ! 180 АСБ Острые С площадками 94 68 43 32 26 29 22 износа 6 20 44 55 62 68 75 Выпавшие — 22 23 ІЗ ІЗ ІЗ 23 ДАЛ /обработка Острые 96 78 74 58 38 22 ІС только ал- С площадками маэного износа 4 4 7 28 43 69 71 слоя/ Выпавшие — 28 І9 29 29 29 29 ДАЛ Острые С площадками 93 62 42 26 22 27 8 износа 7 26 45 60 64 69 78 Выпавшие — 12 23 14 24 24 24

зультате, хрупкого микрораэрушения и они имеют развитый тонкий рельеф* В переходный гериод износа из-за уменьшения высоты высту­пания зерна над связкой возможности проявления хрупкого микро­разрушения исчерпываются* В период наименьшего, медленно убываю­щего износа на поверхности зерен видны гладкие площадки, возни­кающие в результате термоактивируемых видов износа* В переходный период наблюдались зерна с совокупностью отмеченных характерно™: поверхностис

Количественным подтверждением изменяющегося характера износе служит изменение соотношения количества зерен с развитым релье­фом, с площадками износа и выпавших из связки /табл. 2.її/.

Уже после 1,5 мин шлифования АСБ 55 % зерен на рабочей по­верхности круга имеют площадки износа* Вырывание зерен из связки наблюдается практически только в первые минуты шлифования. Ко­личество зерен, выпавших из связки, не превышает Ї5…20 %т Обра­ботка алмазного слоя ДАЛ совместно с металлической подложкой характеризуется интенсивным сглаживанием рельефа круга вследстзи; усиления термоактивируемых видов износа при контакте алмазных зерен со сталью [61 ] . Поскольку в данном случае износ круга їттюи сходит в пределах одного рабочего слоя алмазных зерен,

ш

ж І

І

Рис. 2.11. Влияние продолжительности шлифования ‘Ґ на параметры режущего рельефа круга: 1 — количест­во зерен с развитым субмикрорельефом; 2 — высота зерен над уровнем связки; 3 — количество зерен с площадками износа

представилось целесообразным изучить изменение параметров, ха­рактеризующих состояние отого слоя.

При обработке СТМ исследуемые нами параметры режущего релье­фе круга 12А2І50 х 10 X З X 32 АС6 50/40 МВІ4 /при VKp — 30ц/с, Snp = I fJt/тн, Рн * 2 МПа/ уже в первые минуты шлифования ДАЛ претерпевали существенные изменения /рис. 2.11/. Начальный момент характеризуется развитым рельефом и интенсивным его сгла­живанием. Так, за 150 с обработки количество алмазных зерен с развитым тонким рельефом уменьшилось с 96 до 12 количество зерен с площадками износа увеличивалось от 4 до 60 %t 19 ^ зерен выпали из связки. Относительная опорная длина профиля на уровне 5 мкм достигала через 2 мин шлифования 60 1,

Существенно изменяется и высота выступания зерен над уровнем связки. Если после вскрытия для круга зернистостью 50/40 рабочая высота зерен И, = 30…35 мкм, то уже после 2…3 мин шли­фования в зависимости от нормального давления уменьшается до

5.. .10 мкм. Для больших давлений интенсивность изменения п. выше. Увеличение скорости круга повышает интенсивность измене­ния исходного профиля до значения h. , что обусловлено ростом динамической нагрузки зерен и частотой встреч с поликристаллом. Повышение концентрации зерен снижает интенсивность изменения их

модальной высоты, поскольку яри постоянном нормальном давлении вследствие большего количества зерен, находящихся в контакте с поликристаллом, удельная нагрузка на них уменьшается* Связка МВї наиболее прочно удерживает алмазные зерна, в силу чего интенсив­ность изменения их модальной высоты наименьшая* Крупные зерна яанапшваются более интенсивно, однако площадки износа на них об­разуются на большей высоте, чем при шлифовании мелкозернистыми кругами*’

В зависимости от обрабатываемого материала изменяются характер и интенсивность разрушения алмазных зерен и, следовательно, ин­тенсивность изменения режущего рельефа круга*

Полученные сведения об изменении параметров режущего рельефа круга позволяют утверждать, что и высота выступания алмазных зерен над уровнем связки изменяется по экспоненциальному закону* Иссле­дование рабочей высоты эзрен k по методике ускоренного ведытаввя при обработке различных сверхтвердых материалов подтверждает тот факт, что это изменение достаточно хорошо описывается зависимостью

А * /г исх Є * , /2*4у

где h исх — высота зерен после вскрытия круга; коэф­

фициент интенсивности изменения рабочей высоты зерен; Г*- про­должительность шлифования; € — основание натурального лога­рифма*

В табл. 2.Ї2 приведены коэффициенты интенсивности изменения рабочей высоты зерен в зависимости от продолжительности обработки,

Снижение интенсивности износа зерен можно объяснить измене­нием количества контактирующих зерен /табл. 2*13/* За 2 мин шли — фозанян оно возрастает в пять — десять раз, что значительно сни­жает интенсивность воздействия единичного алмазного зерна на СТ26, в также способность зерна к хрупкому мвкроразрушению /самозатачи­вание/* Обрабатываемый поликристалл опирается на площадки износа алмазных зерен, происходит взаимное истирание алмазных поверх­ностей, наблюдается резкое падение интенсивности изменения всех параметров режущего рельефа.

Для каждой зернистости установлены пределы изменения высоты зерен над связкой, соответствующие указанным периодам износа.

Тем самым выявлена связь между высотой выступания зерен и іфеоб — лэдавдим видом износа. В табл. 2*14 эти данные приведены примени-

Нормальное давление. МДа

_3_________ ! ‘ 2 !________ 1

Количество зерен в контакте ггі, шт.

20	20	20
80	65	50
125	100	65
150	125	80
180	155	105
200	165	ГІ5
210	168	118
215	168	118

Таблица 2.14

Преобладающий вид износа ‘Высота виступання алмазных зерен

!над уровнем связки / h. ,шм/

	! 200/ШЗ	! ггъ/іии	! 5U/4U
Хрупкое мякроразрушение Хрупкое микроразрушение в сочетании с физико-химичео-	170 — 120	110 — 90	45-30
кими процессами Истирание и гермоактивируемые	120 — 100	90 — 60	30 — 15
„іВЛЄНКЯ	100	60	15

тельно к обработке ДАП.

Таким образом, при алмазном шлифовании СТМ происходит чрез­мерно быстрая потеря режущих свойств кругов, обусловленная интен­сивным сглаживанием его режущего рельефа и образованием на зернах площадок износа. Количественное изменение параметров режущего рельефа круга связано с видом износа его рабочей поверхности. Износ алмазных зерен круга неодинаков по интенсивности и природ-; в разные периоды шлифования, различно и состояние их микрорельефа, а значит, неодинаков и характер воздействия на обрабатывавши поликристалл [99 ] . Поскольку потеря режущих свойств кругов обус­ловлена изменением всех исследуемых параметров рабочего рельефе, целесообразно провести анализ роли каждого из них в целях управ­ления этими параметрами для повышения эффективности алмазного шлифования.

Процесс изнашивания кругов различными обрабатываемыми мате­риалами, как и при шлифовании СТМ, может быть разделен на харак­терные периоды, соответствующие переходному и установившемуся состояниям рельефа рабочей поверхности. Сначала происходит сгла­живание релъефн рабочей поверхности круга в результате вырывания алмазных зерен, их износз и разрушения, заполнения межзеренного пространства продуктами шлифования. При определенной развитости рельефа начинается период износа, в течение которого состояние режущего рельефа круга статистически постоянно. С момента начала установившегося шлифования скорость линейного /размерного/ износа круга становится постоянной для конкретных условий обработки. Длительность переходной фазы, степень и характер, сглаживания режущего рельефа исследуемого алмазного круга существенно разли­чаются и определяются особенностями взаимодействия его рабочей поверхности с обрабатываемыми материалами. Однако изменение ско­рости линейного износа кругов во времени также удовлетворительно описывается экспоненциальной зависимостью

$ = ))ytm + А)) еярС-Яу Т)/

где ^ , Уцех, )}усгп — соответственно текущая, исходная

и установившаяся скорость линейного износа круга, мкм/с; уЗу — эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность снижения скорости линейного износа круга, 1/с; ))иСХ — * а У

амплитуда снижения скорости износа; шм/с.

Обрабатываемый материал	’Амплитуда !скорости ! Л V,	снижения Остановившееся износа! значение скорости !”*>“ ЙГс •	! & і ■&< ! 1/с
АСПК	3,970	0,001	0,097
Гексанит-Р	1,605	0,010	0,041
ККТ-І6	1,745	0,007	0,054
ВК-20	0,529	0,010	0,019
КЖ-60	0,950	0,007	0,029
Корундовая керамика	0,503	0,006	0,019
ЭИ-765	0,750	0,004	0,019
Медь	0,438	0,004	0,073

Поскольку скорость размерного износа іфуга определяется
скоростью понижения вершин наиболее выступающих зерен, величину
V можно считать статистическим значением скорости износа
наиболее выступающих зерен. Параметры для выражения, описывающе-
го изменение линейной скорости износа кругов, даны в табл. 2,15.

В каждый момент времени при шлифовании сверхтвердых поликри­сталлов, например АСПК, обладающих примерно равной с алмазными зернами шкротвердостью, соблюдается равенство абсолютных ско­ростей износа зерен и изменения высоты зерен, что объясняется особенностью износа кругов, происходящего только за счет сниже­ния высоты наиболее выступающих зерен и только в пределах высоты исходного профиля режущего рельефа /рис. 2.Ї2/. Использован круг І2А2 150 X 10 X З х 32 АС6 100/80 ММ 4.

При шлифовании материалов, уступающих алмазным зернам по микротвердости, например твердого сплава БК-20 /НУим/нУом > 5/, после 40…50 с наблюдается расхождение между скоростями из­носа зерен и изменения их высоты J4. /рис. 2.12/. К началу установившегося шлифования скорость снижения высоты зерен jit уменьшается практически до нуля, и дальнейший износ круга проис­ходит при стабильной скорости износа зерен — J > 0. Объясняется такое явление износом связки и понижением ее уровня в процессе шлифования. Скорость понижения уровня связки Л при сглажи­вании режущего рельефа может быть определена как разность ско­ростей износа зерен J и снижения их высоты jtl, Установ-

5 Кл 1 Ї"

2 1

 

15 30 45 60 75 90 KS а

5

Рис. 2.12. Влияние продолжительности обработки 2" на высоту зерен И. , износ круга б Н, скорость износа круга $ И скорость снижения высоты зерен jU в переходной фазе шлифования при!/«р= 20 !^с: а — АСПК, Рн = 3,0 МПа; б — ВК-20, Рн = 1,4 МПа; в — медь, Рн = 0,3 Ша

 

лено, что по мере перехода к менее твердым обрабатываемым мате­риалам зерна в большей степени внедряются в обрабатываемую по­верхность. Скорости внедрения рабочей поверхности для AC1IK и ВК-20 относятся примерно как 1:200. Приблизительно в таком соот­ношении находятся и объемы диспергированного материала, которым заполняются межэеренные пространства рабочего рельефа круга. По — видимому, сближением обрабатываемой поверхности с поверхностью связки при значительно большем объеме диспергированных частиц шлифуемого материала, в частности керамик и твердых сплавов, объясняется износ связки круга. Этот процесс в большой мере опре­деляется физико-механическими характеристиками материала диспер­гированных частиц. Так, при шлифовании меди производительность не кике, чем в случае обработки твердого сплава ВК-20, однако свяака не изнашивается, а наоборот, происходит наращивание на ее поверхность продуктов шлифования, в результате чего уменьшается высота выступания зерен, а также наблюдается расхождение между скоростью износа зерен ) и скоростью изменения их высоты. Изменения уровня связки не компенсируются снижением высоты высту­пания зерен, а наоборот, ускоряют этот процесс. В результате ра­бочая поверхность за очень короткое время /до 90 с/ почти пол­ностью сглаживается.

Шсота выступания зерен над связкой и ее изменение позволяют в наглядной форме получать информацию о развитости рельефа рабо­чей поверхности. От высоты зерна над связкой /через глубину за­делки/ зависит прочность его удержания на рабочей поверхности, а от высоты выступания зерна над связкой — характер разрушения его вершины.

Установлено, что при шлифовании всех исследуемых материалов снижение высоты зерен подчиняется экспоненциальному закону:

h — И. уст * Лк ЄХ()(- /2.46/

Здесь лк — h-нач — кует — амплитуда снижения высоты зерен на период сглаживания рабочей поверхности, мкм; oL ^ — эмпиричес­кий коэффициент, характеризующий интенсивность изменения высоты зерен, м“*.

Методика аппроксимации экспериментальных значений к изло­жена выше. Коэффициенты лк , cC/t, куст, характери­зующие процесс сглаживания исходного режущего рельефа кругов при

Обрабатываемый!		Коэффициенты
	&h. мкм	! сіл. */о 1	/£ уст мкм
АСПК	40,9	0,097	9,3
Гексанит-Р	39,1	0,041	и, I
КНТ-Ї6	39,7	0,044	41,5
ВК-20	28,4	0,019	24,8
BQK-60	35,2	0,027	44,9
Корундовая керамика	27,7	0,018	22,4
ЭИ-765	39,6	0,019	42,5
Медь	41,2	0,083	9,9

шлифовании всех исследуемых марок обрабатываемых материалов, при­ведены в табл. 2.16. Согласно этим данным в каждой из исследуе­мых групп материалов интенсивность сглаживания режущего рельефа круга выше при шлифовании более труднообрабатываемых представи­телей» ■