Состояние режущего рельефа круга и Физические явления в зоне шлифования

При явменеыии режущего рельефа алмазного круга изменяются взаимодействие его рабочей поверхности с обрабатываемым мате­риалом и те физические явления, которые его сопровождают. Такая зависимость подтверждается результатами изучения сил, энергоем­кости, температура резания, коэффициента шшфования и удельного расхода алмэвов.

В переходном процессе шлифования круги на металлической связ­ке изнашиваются в основном за счет износа зерен в пределах высо­ты профиля режущего рельефа. Из-за переменной объемной плотности алмазов по высоте профиля в известную формулу определения удель­ного расхода алмазов [ії7, 129] ^ = к Jt— необходимо

вводить поправочный коэффициент, чтобы рассчитать фактический удельный расход алмазов по их изношенной части. Для объективной оценки удельного расхода алмазов по этой формуле шлифование необ­ходимо осуществлять длительное время и в установившемся режиме, так как вычисленный удельный расход является усредненным по всему

периоду стойкости. Если в течение всего процесса шлифования ин­тенсивность износа была переменной величиной, то для каждого мо­мента времени удельный расход

Как показано, по мере снижения развитости реявшего рельефа коли­чество зерен на верхнем уровне сечения профиля рабочей поверх­ности и размеры площадок на них увеличиваются. Известен прием введения поправочного коэффициента на увеличение количества из­нашиваемых зерен в процессе сглаживания режущего рельефа [129] . Но, очевидно, при одном и том же линейном износе в одном и том же количестве изнашиваемых зерен фактический объем израсходован­ных алмазов будет зависеть от размеров площадок износа на зернах. В качестве параметра, характеризующего изменение размеров площа­док на зернах, может быть использована относительная опорная дли­на профиля tp на уровне Р = 0. Этот параметр режущего рельефа отражает не только изменение размера площадок на. зернах, но и количество изнашиваемых зерен;

С учетом изменяющейся плотности алмазов по высоте профиля круга Ї00 $~ной концентрации формулу /2.47/ представим в виде

где — удельный расход алмазов, рассчитанный по фактически

изношенным объемам зерен, в отличие от — удельного расхо­

да алмазов, рассчитанного по номинальным объемам изношенных зе — рен-формулэ /2.47/.

Судя по зависимостяц/рис. 2ЛЗ/ удельного расхода от продол­жительности шлифования АСПК /а/, ВК-20 /б/, меди /в/, в опреде­ленный период обработки кругом Ї2А2 150 х 10 х 3 х 32 АС6 100/80

МВ1 4 большей высоте выступания зерен соответствуют менывий фак­тический удельный расход алмазов. Это свидетельствует о том, что процесс диспергирования обрабатываемых материалов более острыми зернами эффективнее. Тесная корреляционная связь высоты выступа­ния зерен с выходными показателями шлифования дает основание ожи­дать существенной интенсификации съема обрабатываемого материала при большей высоте зерен.

Силовая напряженность процесса шлифования оценивалась тан­генциальной Pz и нормальной Ру составляющими силы реза-

ния, Составлявшая силы Ру задавалась режимами шлифования, так как обработка производилась по упругой схеме. Измерение осу­ществлялось с помощью двухкомпонентного динамометра о Конструкция упругого элемента динамометра выбрана аналогично приведенной в работе [ 89] .

Температуру резания измеряли с помощью искусственных хромелъ — злюмелевых термопар, которые закладывались между двумя половин­ками образца и изолировались от них и друг от друга прокладками из слюды. Схема расположения трех термопар такова, что в преде­лах сошлифовываемого припуска через 0,5 мм последовательно пере­резаются все предварительно сформированные горячие спаи. После их еошшфовывания в процессе перерезания проводников термопары образуется мгновенный горячий спей. Для каждой закладываемой термопары строили тарироночный график по испытаниям на стацио­нарной установке, который принимался в основу расчета температу­ры при шлифовании.

Площадь контакта обрабатываемого материала с кругом в процес­се обработки не изменялась. Коэффициент шлифования определяли как отношение составляющей силы резания Рг к силе Ру ; последняя равна в нашем случае усилию прижима обрабатываемого материала к кругу. Удельная анергсемкооть шлифования

где V — скорость круга, ц/е; Q ~ объем сошлифованного материала в единицу времени, мм3/мин.

Установлено, что состояние режущего рельефа круга, в часг — ности рабочая высота выступания зерен hp, в большей мере определяет физические явления, протекающие в зоне обработки.

Так, при одних и тех же условиях шлифования ДАЛ /круг Т2А2 — І50 х х 10 х 3 х 32 АСб 50/40 MBI 4 / только за счет увеличения hp сила Pz возрастает в три-четыре раза /рис. 2Л^/° Это объяс­няется тем, что з результате увеличения алмазные зерна разрушают­ся преимущественно в результате их хрупкого микроскалывания с об­разованием острых субмикрокромок. Яри постоянном значении Ру возрастает удельное давление на поликристалл, увеличивается ра­бота разрушения, совершаемая отдельным зерном. Наблюдаемый рост силы Pz может быть обусловлен и повышением-сил трения.

Рис. 2Л4„ Влияние высоты выступания зерен над уров­нем связки на физические показатели процесса шлифо­вания ДАЛ при Vxp — 30 м/с;

Snp = і і0яин; Р„ =

=2,0 МПа: Т — удельная энергоемкость, 8 ; 2 —

температура в зоне резания

Г®, С; 3 — коэффициент шлифования Ми ; 4 — составляющая силы Pz

В условиях хрупкого микроскалывания алмазных зерен и интенсивно­го разрушения поверхностного елся обрабатываемого СТМ возникает трение в контакте ювенильных поверхностей алмаза, а коэффициент трения алмаза по алмазу в вакууме в несколько раз больше, чем на воздухе [i29] . Уменьшение высоты выступания зерен приводит к образованию на них площадок износа. В этих условиях энергоем­кость процесса относительно велика, большая часть энергии шлифо­вания расходуется на преодоление сил трения и выделение тепла, а не на разрушение припуска. Только при высоте выступания зере,- над уровнем связки, обеспечивающей развитость их субмиїфорельеф:.-. можно уменьшить энергоемкость процесса. Однако это снижение не столь велико в силу возрастания потерь энергии на преодоление сил трения ювенильных поверхностей и выделение тепла, о чем сви­детельствует рост температуры шлифования при увеличении hp /рис. 2.Ї4/. Если высота выступания зерен ниже нулевой отметки, температура шлифования повышается, что обусловлено контактирова­нием связки с обрабатываемым материалом, а также уменьшением воз­можности попадания COS в зону шлифования. Силы резания Р£ и энергоемкость процесса шлифования при этом возрастают.

Физико-механические свойства обрабатываемых материалов влия­ют на характер взаимодействия их с режущим рельефом круга и, еле довательно, определяют физические явления, происходящие в зоне шлифования. Так, при шлифовании сверхтвердых поликристаллов не основе нитридов бора силы Р2 в три-четыре раза выше, чем в случае обработки СТМ на основе алмаза. Это различие в большей мере появляется при развитом режущем рельефе круга. Алмазные

зерна благодаря высокой твердости внедряются в обрабатываемый материал из нитрида бора на определенную глубину. Связка начинает контактировать с обрабатываемой поверхностью при большей высоте выступания зерен, чем в условиях обработки АСПК и ДАЛ. Это приво­дит к росту силы Pz, повышению температуры в зоне реза­

ния и удельной энергоемкости процесса. Коэффициент шшфоввния увеличивается за счет роста силы, представляющей в этом случае силу трения площадок износа на зернах и поверхности связки с об­рабатываемым материалом. Рост температуры шлифования с повышением развитости режущего рельефа объясняется увеличением локальных дав­лений при взаимодействии острых субмикрокромок зерна с обрабаты­ваемым СТМ и, следовательно, разрушением больших его объемов, а также увеличением размеров ювенильных площадок на алназах, приво­дящих к дополнительным затратам энергии на преодоление сил тре­ния. Однако последний фактор не является определяющим, поскольку энергоемкость процесса снижается с повышением развитости режу­щего рельефа круга.

Таким образом, изменение состояния режущего рельефа. влияет на физические явления процесса шлифования всех исследуемых СТМ вследствие изменяющегося характера взаимодействия круга с обра­батываемым материалом.

Изучение переходной фазы обработки кругами на металлических связках, характеризующейся сглаживанием рельефа рабочей поверх­ности от исходного до установившегося состояния, создало предпо­сылки для сопоставления изменений режущей способности при шлифо­вании материалов с резко различающимися физико-механическими свойствами: сверхтвердых поликристаллов АСПК я гексанита—Р, твердых сплавов КНТ-Ї6 и ВК—20, режущей В0К-60 и огнеупорной корундовой керамики, жаропрочного сплава ЭЙ-765 и меди. Общее условие процесса шлифования — выбор усилии нагружения круга, обеспечивающего наибольшую удельную скорость внедрения его рабо­чей позесхности в каждый обрабатываемый материал.

В переходной фазе шлифования наблюдается существенное сниже­ние режущей способности круга. Более чем в 100 раз снижается производительность шлифования АСПК, в 50 роз — безволъфрамового твердого сплава КйТ-16, в 10 раз — керамики BQK-60, в 15 раз — жаропрочного сплава я меди. Наиболее быстро теряются режущие свойства круга при елифовении АСПК и меди /70…90 с/, обработка традиционно шлифуемых материалов Ж-20 и огнеупорной -керамики сопровождается наиболее медленней потерей режущей способности