Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор и постановка задачи исследования
1.1 Состояние вопроса алмазной обработки керамических изделий 10
1.1.1 Физическая сущность процесса доводки 10
1.1.2 Влияние внешней среды на процесс диспергирования 16
1.2 Основные выводы 21
1.3 Задачи исследования 24
Глава 2. Методики измерений, проведение экспериментов и обработки данных .
2.1 Используемое оборудование, материалы и приспособления 25
2.2 Методика оценки физико-механических свойств поверхностного слоя методом дифрактометрии 34
2.3 Приспособление для испытания образца осесимметричным нагружением 39
2.4 Методика производственных испытаний 42
Глава 3. Изучение влияния определяющих факторов на качество поверхности и производительность финишной обработки керамики
3.1 Классификация факторов, определяющих процесс доводки 44
3.2 Определение связи механические свойства обрабатываемость керамики методами доводки 45
3.2.1 Формирование микротвердости поверхностного слоя при обработке керамики 46
3.2.2 Изучение влияния структуры керамики на качество обработанной
поверхности 49
3.2.3 Изучение влияния применяемых СОТС на показатели механических
свойств обработанной керамики 55
3.3 Исследование влияния условий доводки керамики 59
3.3.1 Влияние кинематических параметров процесса доводки 59
3.4. Определение характера влияния внешней среды на эффективность процесса доводки свободным абразивом 68
3.5 Анализ кинетики изменения абразивной способности суспензии.„.72
Глава 4. Разработка математической модели диспергирования мине-ралокерамики при комплексном воздействии абразивной среды
4.1 Закономерности диспергирования на операциях финишной обработки изделий из керамических и композиционных материалов.77
4.2 Существующие теории и гипотезы формообразования поверхностей деталей методами доводки 79
4.3 Влияние абразивной среды на формообразование и разрушение поверхностей деталей и притира 83
4.4 Кинетическая модель диспергирования минералокерамики при операциях абразивной доводки мелкозернистыми пастами 88
4.5 Определение уравнения динамики процесса доводки 98
Глава 5. Определении рациональных технологических параметров процесса доводки
5.1 Построение математической модели процесса 102
5.2 Анализ влияния производственных факторов на производительность обработки и качество поверхности 109
5.3 Определение рациональных условий доводки с учетом гидродинамического фактора 114
5.4 Формирование физико-механических параметров поверхностного слоя керамики после механической обработки 118
Выводы по главе 5 121
Основные выводы по работе 123
Список использованной литературы 124
- Влияние внешней среды на процесс диспергирования
- Методика оценки физико-механических свойств поверхностного слоя методом дифрактометрии
- Определение связи механические свойства обрабатываемость керамики методами доводки
- Существующие теории и гипотезы формообразования поверхностей деталей методами доводки
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Развитие современного машиностроения связано с поиском новых материалов с необходимыми свойствами, а также технологий их изготовления для обеспечения конкурентоспособности продукции. К одним из наиболее перспективных материалов может быть отнесен широкий класс керамических и композиционных материалов. Они обладают уникальными свойствами: широким диапазоном механических свойств (твердость, прочность) в сочеташш с химической устойчивостью и радиационной стойкостью; обладают высокими электрофизическими и радиотехническими свойствами; имеют уникальные служебные (эксплуатационные) характеристики.
Поликристаллические материалы на основе оксида алюминия широко используются в электронной, радиотехнической промышленности в качестве подложек под микросхемы, в металлообработке в качестве режущих пластин. Однако массовое применение таких материалов сдерживается с одной стороны нестабильностью их физико-механических свойств и структуры, которые обусловлены трудно управляемыми процессами формообразования (формование, спекание), а с другой стороны высокими требованиями к точности и качеству поверхности изделий. Высокие требования к точности готовых изделий, определяемые десятыми долями микрометра, шероховатости поверхности /їа < 0.05 мкм, а также отсутствие поверхностных дефектов (трещин, царапин, сколов) обуславливают применение в качестве финишной обработки операций алмазной доводки, как правило длительной во времени. Поэтому проблема стабилизации процессов диспергирования и последующего управления технологическим процессом является актуальной.
Рекомендации по технологии доводки, существующие в настоящее время, основываются, в основном, на эмпирических подходах и разнообразных гипотезах, которые рассматривают процесс диспергирования с различных теоретических позиций. В связи с этим возникла необходимость проведения исследований процесса тонкой доводки с целью его стабилизации на основе анализа комплексного воздействия комбинированной внешней среды и технологических условий и создания физико-математической модели такого взаимодействия. Предлагаемый в данной работе подход предполагает учет как технологических факторов процесса, так и геометрических особенностей инструмента- притира.
Решение такой сложной задачи возможно с использованием системно-структурного анализа, где статистические оценки выходных показателей процесса связаны с физико-механическими явлениями сопровождающими процесс. В результате появляется возможность создания управляемого технологического процесса.
Цель работы:
Повышения производительности и качества поверхности изделий из минералмсе-рамики методами алмазной доводки и теоретическое обоснование математической модели диспергирования в условиях обработки свободным абразивом при комбинированном воздействии среды.
Методы исследования:
Физическое моделирование реального технологического процесса, методы статистической обработки результатов, лабораторные методы механических и физико-механических испытаний.
Научная новизна заключается в;
Установлено определяющее влияние условий предварительной механической обработки на эффективность процесса доводки керамики;
Выявлена прямая корреляционная зависимость шероховатости обработанной поверхности керамики от ей микротвердости, а также от параметров ее зерна;
Разработана математическая модель микроразрушения керамики при комплексном воздействии абразива и внешней среды;
Практическая ценность;
По результатам исследований на основе существующих теоретических подходов установлено существенное положительное влияние гидродинамического эффекта на эффективность доводки мелкозернистыми пастами изделий из керамики ВК 100-1 в виде пластин 60x48x1 мм, реализованы условия стабильного осуществления этого эффекта, рекомендована к производственному использованию пожаробезопасная СОТС МР-1 и технологические рекомендации по ее использованию, что позволило повысить в производственных условиях выход годных изделий на 5% по всему производственному циклу, сократить время обработки, резко улучшить санитарно-экологические условия производства и получить хороший экономический эффект.
Публикации:
По результатам проведенных исследований опубликовано 6 работ.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав. Содержит 132 страницы машинописного текста, 19 рисунков, 15 таблиц, библиографию из 97 наименований.
Влияние внешней среды на процесс диспергирования
Тепловое состояние режущего инструмента из твердого сплава МС146 с многослойными покрытиями на основе модифицированного нитрида титана исследовали при точении заготовок из стали ЗОХГСА на режимах обработки, которые указаны в п. 5.1. Результаты исследований представлены в табл. 5.2 и на рис. 5.5 - 5.8.
Как видно из представленных данных, при работе режущего инструмента на режиме резания V — 160 м/мин, S = 0,3 мм/об и t = 1,0 мм нанесение покрытия TiN приводит к уменьшению мощности теплового потока Оп на передней поверхности по сравнению с режущим инструментом без покрытия на 18,5 % (рис. 5.5, а). Увеличение сил резания при нанесении многослойных покрытий ведет к повышению величины Оп по сравнению с покрытием TiN на 3,5 - 4,7 %. В большей степени мощность теплового потока на передней поверхности повышается для режущего инструмента с многослойными покрытиями TiZrNiZrAIN и TiZrAlNiZrSiN. Для режущего инструмента с покрытием TiAlNiAlCrN она практически остается на уровне,характерном для режущего инструмента с покрытием TiN.
Уменьшение длины контакта Су, которое имеет место при нанесении покрытий TiN по сравнению с режущим инструментом без покрытия, приводит к увеличению интенсивности теплового потока qn на передней поверхности (рис. 5.6, а). Увеличение величины qn составило при этом 6,5 %. Для режущего инструмента с многослойными покрытиями величина qn снижается-по сравнению с-покрытием TiN на 2,2 — 4,9 % в зависимости от конструкции покрытия. Снижение величины qn для режущего инструмента с многослойными покрытиями связано с увеличением длины контакта Ст В большей степени интенсивность теплового потока qn снижается для режущего инструмента с многослойным покрытием TiAlNiAlCrN, в меньшей - с покрытием TiZrAlNiZrSiN.
Повышение-мощности теплового потока Qn на передней поверхности режущего инструмента с многослойными покрытиями на основе модифицированного нитрида титана, а также длины контакта стружки Су по сравнению с покрытием TiN приводит к изменению мощности теплового потока на задней поверхности Q3 и его интенсивности q3 (рис. 5.5, б, рис. 5.6, б). Для режущего инструмента с покрытием TiN значения Q3 снижаются на 8-,8%-тго сравнению-с режущим инструментом без покрытия. При нанесении многослойных покрытий данная величина незначительно возрастает. При этом все исследуемые многослойные покрытия примерно одинаково повышают величину Q3 по сравнению с покрытием TiN Повышение составило 1,1 - 3,7 % в зависимости от конструкции многослойного покрытия. В большей степени величина Q3 снижается при нанесении многослойного покрытия TiAlNiAlCrN, в меньшей - для покрытий TiZrNiZrAIN и TiZrAlNiZrSiN. Аналогично изменяется и величина q3 для исследуемых покрытий. Интенсивность теплового потока q3 при нанесении покрытий TiN возрастает по сравнению с режущим инструментом без покрытия на 15,3 %. Нанесение многослойных покрытий незначительно снижает величину q3 по сравнению с покрытием TiN (до 3,2 %).
Изменение мощности тепловых потоков 2п и Q3 и их интенсивности qn и q3 приводит к изменению контактных температур, действующих на передней и задней поверхностях (рис. 5.7, а). Как видно из представленных данных, для режущего инструмента с покрытием TiN по сравнению с инструментом без покрытия наблюдается снижение средних контактных температур на передней Тпхр поверхности на 18 %. Нанесение многослойных покрытий повышает температуру Гп.ср и Гзхр соответственно на 9 — 10 % и 5,4 — 8,8 % в зависимости от конструкции многослойного покрытия. Наибольшее увеличение значений Т3 ср отмечается при нанесении покрытия TiAlNiAlCrN, наименьшее — для режущего инструмента с покрытием TiZrAlNiZrSiN.С увеличением скорости резания, уменьшением подачи и глубины резания наблюдается повышение влияния покрытий на показатели теплового состояния.
При работе режущего инструмента на V= 180 м/мин, 5 = 0,15 мм/об и t = 0,75 мм наблюдается уменьшение мощности теплового потока Qn на передней поверхности как для режущего инструмента без покрытия, так и с покрытиями, что связано с уменьшением силы резания (рис. 5.5, б). Для режущего инструмента без покрытия снижение мощности теплового потока составило 39 %, для инструмента с покрытием TiN и многослойными покрытиями - 46,3 - 47,3 %.
Нанесение покрытия TiN при работе режущего инструмента на данном режиме резания привело к снижению мощности теплового потока по сравнению с режущим инструментом без покрытия на 17,2 %. Нанесение многослойных покрытий незначительно повысило величину Qn по сравнению с покрытием TiN. Это повышение не превышает 1,3 - 3,0 % в зависимости от конструкции многослойного покрытия. Наибольшее повышение мощности теплового потока отмечается для режущего инструмента с многослойным покрытием TiZrNiZrAIN, наименьшее - с покрытием TiAlNiAlCrN.
Интенсивность теплового потока qn на передней поверхности при работе на данном режиме обработки повысилось как для режущего инструмента без покрытия, так и с покрытиями (рис. 5.6, б). В большей степени интенсивность теплового потока qn увеличилась для режущего инструмента с покрытием TiN (13,7 %). Для режущего инструмента с многослойными покрытиями это увеличение составило 3 - 5 %.
Нанесение покрытия TiN вызывает большее увеличение интенсивности теплового потока qn (на 22,5 %) по сравнению с режущим инструментом без покрытия, чем это имело место для первого режима. Для данного режима резания характерно также большее снижение величины qn для режущего инструмента с многослойными покрытиями по сравнению с покрытием TiN по сравнению с первым режимом обработки. Величина снижения рис. 5.7, б). Исследования показали, что для данного режима резания наблюдается большое снижение интенсивности теплового потока q3 для режущего инструмента с многослойными покрытиями по сравнению с покрытием TiN
Методика оценки физико-механических свойств поверхностного слоя методом дифрактометрии
Известно, что размеры кристаллитов (блоков мозаики или областей когерентного рассеяния) и микронапряжения в поликристаллических материалах существенным образом влияют на их свойства: прочность, твердость, предел текучести, ударную вязкость, электрофизические характеристики. Также известно, что средние размеры кристаллитов или областей когерентного рассеяния и микронапряжения в материале взаимосвязаны с профилем рентгеновских дифракционных линий, в частности с величиной интегральной ширины интерференционной линии [53]. Однако форма и ширина профилей рентгеновских дифракционных линий в общем случае определяется как структурными особенностями поликристаллического материала: - размером кристаллитов и их разбиением на малые разориентирован-ные относительно друг друга блоки (области когерентного рассеяния); - наличием микронапряжений и микродеформаций кристаллитов; - наличием дефектов упаковки, так и геометрическими или инструментальными условиями получения дифрак-тограммы: - расходимостью пучка рентгеновских лучей; - спектральной шириной характеристического излучения и др. Поэтому фактически в эксперименте измеряется интегральная ширина дифракционной линии, определяемая как уширением линии за счет областей когерентного рассеяния и микронапряжений (физическое уширение), так и инструментальным (геометрическим) уширением линии. Таким образом, задача определения средних размеров кристаллитов и микронапряжений в образцах сводится к решению двух задач: 1. Выделение из обшей интегральной ширины линии, определяемой экспериментально, уширения связанного с геометрией съемки и уширения связанного с наличием микронапряжений и дисперсностью блоков. 2. Разделение эффектов мелкодисперсности и микронапряжений и определение из физического уширения доли участия факторов, связанных с микронапряжениями и дисперсностью блоков. Для решения этих задач используется несколько методов: а) интегральный метод или метод аппроксимаций; б) метод моментов (вторых и четвертых); в) гармонический анализ формы рентгеновских линий (ГАФРЛ). Наиболее простым и удобным для расчета методом является метод аппроксимаций, использующийся в основном для оценочного определения тонкой структуры в прикладных задачах. Прежде всего, необходимо отметить, что инструментальную ширину обусловленную экспериментальной установкой можно определить по интегральной ширине линии эталона. Для этого эталон должен обладать следующими свойствами: 1) Размеры блоков в кристаллитах эталона должны быть не менее, чем 10"6 м. 2) Микронапряжения в эталоне должны отсутствовать. 3) Положение линий эталона и образца должны совпадать. Этим условиям будет удовлетворять эталонный образец, выполненный из того же, что и исследуемый образец, но только хорошо отожженного материала. Введем некоторые обозначения: В - экспериментальная общая интегральная ширина линии образца, Ь - то же для эталона,
В- истинная общая ширина линии исследуемого образца, b - то же для эталона (истинное геометрическое уширение), Р -истинное физическое уширение линии исследуемого образца, п- часть истинного физического уширения, вызванная микронапряжениями, m — часть истинного физического уширения, вызванная дисперсностью блоков. Рассмотрим задачу 1 - выделение из общей экспериментальной интегральной ширины.линии уширения, связанного с физическими факторами. В общем случае величина истинного экспериментального уширения В (свободного от размытия вследствие наложения ах - а2 дублета) связана с истинным физическим уширением линии Р и b истинным геометрическим (инструментальным) уширением (также свободным от положения ах - а2 дублета) выражением где g(x) — функция, описывающая угловое распределение интенсивности дифракционной линии эталонного образца. f(x) - функция, описывающая форму дифракционной линии исследуемого образца, т.е. форму, которую имела бы линия при отсутствии инструментального уширения. Функция f(x) выражает угловое распределение интенсивности дифракционной линии, которая связана характеристиками тонкой кристаллической структуры: величиной областей когерентного рассеяния и микронапряжений. Метод аппроксимации в решении задачи разделения влияния геометрических и физических факторов на уширение дифракционной линии основан на подборе функций f(x) и g(x). Обычно этими функциями являются функции вида: Пригодность той или иной аппроксимирующей функции для описания формы линии g(x) можно проверить, построив передний фронт дифракционной линии эталона в «выпрямляющих» координатах. Лучшей аппроксимирующей функцией будет та, график которой в выпрямляющих координатах будет ближе к прямой. Значение параметра У можно получить из тангенса угла наклона соответствующих прямых, построенных методом наименьших квадратов. Вид функции f(x), как правило, задается также одним из видов функций (2.4). В случае, если g(x)= (1 + у х2 ) 2 и f(x)= (1 + у х2)" после подстановки их в формулу (2.3) можно получить величину истинного физического уширения Р Определив интегральную ширину дифракционной линии истинного физического уширения Р исследуемого образца как функцию b и В — величин, определяемых экспериментально - можно произвести разделение эффектов. Известно, что Р - истинное физическое уширение линии связано выражением с m - уширением, полученным от дисперсности блоков и п - уширением, вызванным искажением решетки где М(х) — функция, описывающая измельчение блоков, N(x) — функция, описывающая искажение решетки. Аппроксимация выражения (2.6) через функции (2.4), указанные выше Щх)=(1+к -х2)-1 и N(x)=(l+y2 -х2)-2 приводит к выражению /7= . Так как одно уравнение с двумя неизвестными неразрешимо, необходимо использовать две линии (например, 1 и 2) рентгенограмм. _(т]+2щ)2 т 0 _(т2 + Величину m определяют по линиям с малыми индексами HKL, а п по линиям с большими индексами. Съемку дифрактограммы проводили при комнатной температуре на дифракто-метре ДРОН 2.0 с использованием фильтрованного Си-Ка излучения (18 кВ, 10 мА). Запись дифракционных профилей линий осуществлялось электронным автоматическим потенциометром на диаграммную ленту, скорость протяжки ленты 1,8 м/час.
Определение связи механические свойства обрабатываемость керамики методами доводки
Только при наличии достоверной математической модели технологического процесса как объекта управления возможна разработка и проектирование систем автоматического управления технологическими процессами механической абразивной доводки. Для получения динамических моделей технологических процессов используют статистические методы [44]. Модель строится по результатам, полученным в условиях действующего производства.
Процесс обработки свободным абразивом сопровождается сложными процессами абразивного диспергирования. Его описанием обусловлено создание управляемого процесса доводки. При этом без физико-математической модели, удовлетворительно описывающей процессы диспергирования задача обеспечения точности формообразования поверхностей и стабилизация показателей качества во времени трудно осуществима.
Л.С. Цеснек провел наиболее полный анализ существующих подходов к проблеме формообразования поверхностей при абразивном и безабразивном изнашивании. Он предложил условное разделение проблемы формообразования поверхностей на два подхода: существующий "механический" (или макро-физический) и микрофизический — тот что предложил он[86].на гипотезе Ф. Престона основываются макрофизические представления об изнашивании твердых тел. Зависимости износа от комплекса всех факторов процесса и их взаимодействия очень сложны поэтому исследователи вынуждены идти по пути отыскания более простых решений. Методика А.С. Проникова, базирующаяся на рассмотрении совместного износа пары поверхностей взаимодействующих тел, исходя из условия полного касания двух тел в любой момент времени является дальнейшим развитием механического подхода к расчету износа деталей машин является.
Помимо вышеуказанных есть также методики расчета формы обработанной поверхности детали и притира. Эти методики базируются на геометрических и кинематических факторах процесса и устанавливают закономерности распределения: "перекрытий" аналогично кинематическим расчетам СМ. Кузнецова; эпюры кинематического срабатывания поверхностей, зависящей от длины пути, проходимого точками соприкасающихся поверхностей инструмента и детали (по А.Н. Бардину) а также густоты сетки траекторий в отдельных зонах притира, т.е. отрезков траекторий относительного движения точек детали по притиру или точек притира по детали по отдельным их зонам.
Однако, сущность физических явлений, происходящих в процессе доводки деталей, особенно роль жидкой составляющей абразивной суспензии эти методики расчета формы поверхности инструмента и детали отражают недостаточно полно. В главе 3 отмечено, что основным недостатком геометрико — кинематических моделей является то, что не было предусмотрено возможности изменения давления или его перераспределения по мере изменения параметров шероховатости обрабатываемой поверхности, состояния притира и свойств абразивной прослойки.
Дальнейших теоретических и экспериментальных исследований явлений, происходящих в зоне контакта абразивного зерна с материалом детали и притира требует также и микрофизический подход к вопросам формообразования поверхностей, предложенный Л.С. Цеснеком для стабилизации и управления процессом абразивной доводки деталей. Для установления зависимости характера разрушения материала от всего комплекса факторов процесса доводки необходимо процесс доводки представить как процесс массового воздействия абразивных зерен, работающих в свободном, закрепленном и полузакрепленном состоянии. Поток случайных силовых импульсов от подвижных зерен, возникающий при этом создает динамическое нагружение в системе тел деталь - абразив - притир и образует сложное поле напряжений в материале этих тел.
Абразивное зерно движется с переменной скоростью приводит к изменению скорости деформации и, следовательно, к более неравномерному распределению деформаций и связанному с ним сложному напряженному состоянию в отдельных микрообъемах материала. Результат взаимодействия зерен с твердым телом, выражаемый его разрушением, будет определяться уровнем возникающих напряжений, а также свойствами материалов взаимодействующих тел и физико-химическим состоянием "третьего тела".
Изменение какого-либо фактора процесса формообразования приводит к изменению взаимодействия всего комплекса факторов, что обуславливает сложность процесса и следствием этого является, неправомочность распростра нения некоторых допущений при расчетах по формообразованию поверхностей для всего многообразия практических задач в области абразивной доводки поверхностей, о чем отмечает П.Н. Орлов [54].
Основными проблемами абразивного разрушения твердых тел при исследовании процессов доводки заготовок незакрепленным и закрепленным абразивом являются:- установление закономерностей формообразования поверхностей деталей и математическое описание процесса изнашивания каждой из контактирующих поверхностей в условиях взаимодействия переменных факторов процесса доводки во времени.- исследование состояния материала заготовки и притира в зоне взаимодействия зерна с изнашиваемой поверхностью;- определение наиболее вероятной схемы силового взаимодействия абразивных зерен с материалом заготовки и притира;- определение характера разрушения взаимодействующих твердых тел системы заготовка - абразивная прослойка — притир при различных условиях и режимах доводки;
Процесс доводки свободным абразивом сопровождается множеством управляемых, неуправляемых и случайных факторов. Физический механизм их комплексного взаимодействия не изучен. Физико-математический подход П.Н. Орлова основан на анализе характера влияния внешних управляемых факторов при физическом моделировании процесса доводки конкретных взаимодействующих пар в условиях приближающихся к реальным. При этом рекомендуется определять интенсивность изнашивания Kq как функцию давления Р, скорости Vo относительного движения, касательного ускорения ат и толщины абразивной прослойки h. Величина износа U определяется в зависимости от закона изменения скорости Vo детали и притира вдоль траектории движения по зависимости:
Ввиду сложности определения значений функции Kq, методика расчета упрощается путем усреднения значений Kq и выведения их из-под знака инте
Существующие теории и гипотезы формообразования поверхностей деталей методами доводки
Появлению и развитию очагов микроразрушения на каждой из поверхностей, участвующих в процессе способствует массовое воздействие абразивных частиц на поверхности детали и инструмента. Высокодисперсные частицы разрушенного материала непрерывно отделяются от сопряженных поверхностей. Они изменяют характер взаимодействия контактирующих поверхностей, образуют отходы обработки, так называемый доводочный шлам.
Характер взаимодействия абразивных зерен на поверхность может быть различным. Установлено, что абразивная среда, расположенная в рабочем зазоре может находиться в нескольких состояниях:1. Абразивные зерна свободно перемещаются между двумя поверхностями. В зависимости от формы и поперечных размеров, они могут перекатываться, скользить, скользить с поворачиванием вокруг вертикальной или наклонной оси и пр. В результате каждого акта происходят разного рода разрушения (выкалывание, царапание, сдвиг и т.д.).2. Абразивные зерна вдавлены (шаржированны) в поверхность притира. Доводка осуществляется за счет массового микрорезания аналогично обработке мелкозернистыми брусками.3. Абразивные зерна в смешанном состоянии, часть их шаржирована в поверхность притира и детали, другая часть находится в свободном виде, при этом происходит разрушение не только поверхности детали, но и притира.
Ограничения на ход доводочного процесса (качественные и количественные) появляются в результате преобладания одного из состояний, закрепленности или свободности. Разрушение и стохастический характер изнашивания поверхностей абразивной прослойки во всех рассмотренных случаях, очевидна.
Распределение абразивных частиц по зоне контакта детали с притиром неравномерно, а также неравномерно и распределение давлений и непостоянство скоростей. Вследствие этого срабатывание сопряженных поверхностей будет протекать в отдельных участках неодинаково. Как результат невозможно рассмотреть процесс разрушения всей зоны контакта. Поэтому следует рассматривать малый участок контакта, где сумма элементарных работ будет составлять элементарную работу диспергирования.где 8А - элементарная работа разрушения;5Ад и 5Ап - элементарная работа разрушения детали и притира соответственно.
Необходимо сделать допущение, что рассматриваемый участок контактной зоны весьма мал по сравнению с обрабатываемой поверхностью, однако вмещает такое количество мелкозернистых частиц, что дискретность диспергирования сглаживается. Таким образом, можно приписать абразивной прослойке свойства макроскопической системы и рассмотреть ее влияние на закономерности изнашивания одной из поверхностей.
Под действием абразивной прослойки на одну из сопрягаемых поверхностей, например, детали, с элементарной площади AS непрерывно снимается некоторый слой материала Ах.
В единицу времени t происходит некоторое число локальных разрушений поверхности равное количеству N абразивных частиц, производящих эти разрушения. По гипотезе Престона [52], в каждый данный момент времени t с обрабатываемой поверхности снимается неизвестное количество материала qx = dx/dt, следовательно с единицы площади поверхности qJAS, а в единицу време-, ни - NqJAS.
Производная d(qx)/dt, равна скорости прироста снятого материала в момент t, т.е. характеризует производительность процесса в данный момент.Со временем абразив постепенного затупляется и измельчается, а соответственно производительность доводки будет падать, т.е. прирост скорости съема материала будет отрицательным, и в каждый данный момент времени t равным (-dfq /dt).
Приведенный анализ позволяет составить дифференциальное уравнениепроцесса доводки абразивной средой изменяющей свои режущие свойства вовремени.к - геометрический фактор (размер зерна, м)
Разделяя переменные, интегрируя и потенцируя, определяем qx:Постоянную интегрирования находим из начальных условий, когда t=0; Ci=qo, где qo — максимальная режущая способность абразивной прослойки.
Очевидно, что отношение — = п выражает удельную абразивную спо собность среды на обрабатываемой поверхности, при данных условиях доводки.Так как в единицу времени, число разрушающих контактов абразивных частиц с поверхностью зависит прежде всего от количества частиц, то удельная концентрация должна иметь размерность частоты, т.е. Т1. Анализ вышеприведенных уравнений в размерностях подтверждает это предположение.
За счет возрастания количества материала, снимаемого с обрабатываемой поверхности или за счет нарастания работы диспергирования происходит снижение режущей способности абразивной прослойки. Однако в каждый момент времени t, снимаемое количество материала Ах будет зависеть от режущей способности абразивной прослойки, и также будет убывать до некоторого предела, характерного данным конкретным условиям процесса, давлению, скорости, механическим характеристикам поверхности и пр.
Пределом будет максимально возможный припуск Qx, который может быть снят с обрабатываемой поверхности за время t, определенной порцией суспензии. Так как qx — dx/dt, то х— Qx и закономерность снятия припуска во времени можно найти, интегрируя уравнение (4.3):
Пределы интегрирования расставлены из условий, что при t- сю, х— Ох.Установив таким образом влияние абразивной способности на процесс доводки поверхности детали, мы не сможем осуществить технологические расчеты по производительности, точности и пр. Уравнением (4.4) не учитывается непрерывно протекающий износ поверхностей, и его влияние на процесс формообразования, т.е. п = n(t).
Завершающая стадия процесса изнашивания - разрушение материала детали, абразива или притира определяется двумя группами факторов.1. Факторы, определяющие напряженное состояние в материале: величина нагрузки, действующей на отдельные зерна абразива, характер распределения этих зерен по площади контакта, величина и скорость деформации отдель ных микрообъемов контактирующих тел. Таким образом, процесс формирования и отделения частиц материала детали или притира при абразивной доводке является случайным, поскольку все стадии абразивного изнашивания носят случайный характер.2. Факторы, обусловливающие формирование структуры и изменение свойств материала: размеры кристалла, плотность и распределение дислокаций, концентрация точечных дефектов, тип кристаллической решетки, наличие включения и др.
От совокупности действующих факторов, условий нагружения и всей совокупности свойств материалов обрабатываемой детали, притира и абразива (прочность, кристаллическая структура, распределение дислокаций и т.д.) зависит
