Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о процессе шлифования 9
1.1 Основные положения о причинах потери режущей способности шлифовальных кругов 9
1.2 Физическая природа изнашивания шлифовальных кругов 15
1.3 Современные твердые сплавы на основе тугоплавких соединений углерода 19
1.4 Обработка спеченных твердых сплавов и сверхтвердых материалов с абразивным воздействием 23
1.5 Сущность электроалмазного шлифования 26
1.6 Основные аспекты качества шлифования 29
1.7 Состав электролита и его влияние на процессы электроалмазного шлифования 32
Выводы к первой главе. Цель и задачи исследования 36
Глава 2. Исследование процесса засаливания и дефектов обработанной поверхности при шлифовании кругами на металлической связке. Методы исследования 38
Основные положения 38
2.1. Методы исследования 40
2.2. Планирование и обработка результатов эксперимента при равномерном дублировании опытов 43
2.3. Исследование шероховатости обработанной поверхности твердого сплава ВК8 при комбинированном электроалмазном шлифовании 46
2.4. Определение удельного расхода круга при комбинированном электроалмазном шлифовании твердого сплава ВК8 54
2.5. Определение эффективной мощности при комбинированном электроалмазном шлифовании твердого сплава ВК8 61
2.6. Исследование образцов алмазного шлифовального круга на металлической связке 67
2.6.1.Исследование эталона АС6 80/63 - 100% М2-01 67
2.6.2. Исследование поверхности АС6 80/63 - 100% М2-01 после 15 минут шлифования твердого сплава ВК8 без СОЖ 72
2.6.3. Исследование поверхности АС6 80/63 - 100% М2-01 после 30 минут шлифования твердого сплава ВК8 без СОЖ 78
2.7. Исследование дефектов обработанной поверхности твердого сплава ВК8 83
2.7.1. Определение дефектов после 15 минут шлифования кругом АС6 без СОЖ 83
2.7.2. Определение дефектов после 30 минут шлифования кругом АС6 без СОЖ 87
Выводы по главе 2 91
Глава 3. Исследование причин и механизмов образования засаленного слоя 92
3.1. Описание термодинамики поверхностных явлений на границе двух фаз 92
3.2. Электрохимический и химический потенциалы на границе раздела фаз 95
3.3. Сущность диспергирования твердых тел 97
3.4. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем 100
3.5. Распределение Ферми - Дирака 103
3.6. Строение двойного электрического слоя 105
3.7. Механизм образования засаленного слоя на алмазном круге с металлической связкой 109
Выводы по главе 3 114
4. Исследование поверхности алмазного круга АС6 и твердого сплава после электрохимической правки и комбинированного электроалмазного шлифования 115
4.1. Исследование поверхности АС6 80/63 - 100% М2-01 после шлифования вердого сплава ВК8 с непрерывной правкой круга 115
4.2. Исследование поверхности АС6 80/63 - 100% М2-01 после комбинированного электроалмазного шлифования твердого сплава ВК8 123
4.3. Исследование качества обработанной поверхности твердого сплава ВК8 128
4.3.1. Качество обработанной поверхности твердого сплава ВК8 после обработки с непрерывной правкой алмазного круга 128
4.3.2. Качество обработанной поверхности твердого сплава ВК8
после комбинированного электроалмазного шлифования 133
Выводы по главе 4 138
5. Определение рациональных режимов обработки при комбинированном электроалмазном шлифовании 139
5.1. Основные положения 139
5.2. Исследование шероховатости обработанной поверхности при комбинированном электроалмазном шлифовании 140
5.3. Исследование удельного расхода алмазного круга при комбинированном электроалмазном шлифовании 145
5.4. Исследование эффективной мощности при комбинированном электроалмазном шлифовании 150
Выводы по главе 5 156
Основные выводы и результаты работы 157
Список литературы 159
Приложения 171
- Современные твердые сплавы на основе тугоплавких соединений углерода
- Определение дефектов после 30 минут шлифования кругом АС6 без СОЖ
- Исследование поверхности АС6 80/63 - 100% М2-01 после шлифования вердого сплава ВК8 с непрерывной правкой круга
- Исследование эффективной мощности при комбинированном электроалмазном шлифовании
Введение к работе
Актуальность темы. Важной задачей машиностроения является повышение качества и эксплуатационных свойств изделий из высокопрочных материалов. Достигнуть высоких качественных показателей в процессе обработки не всегда возможно, поскольку современные материалы требуют создания прогрессивных технологий, позволяющих наиболее эффективно использовать возможности существующего технологического оборудования. Операции шлифования являются основными при финишной обработке изделий из инструментальных, а также труднообрабатываемых и композиционных материалов и сплавов. При плоском шлифовании обработка деталей ведется кругами на основе карбида кремния, электрокорунда и др. Применение таких инструментов в некоторых случаях приводит к снижению качества деталей с образованием прижогов, трещин и других дефектов за счет возникновения в локальных точках высоких температур и напряжений. Особенно это характерно для твердосплавных и сверхтвердых материалов. Алмазные круги на металлической связке имеют ряд преимуществ перед обычными абразивными кругами, но основной причиной, по которой они не находят широкого применения, является потеря режущей способности в процессе обработки из-за их засаливания, особенно при шлифовании композиционных твердосплавных материалов. Восстановление режущих свойств является длительной и трудоемкой операцией, требующей значительных затрат времени и средств. Это оказывает существенное влияние на качество изделий, производительность процесса, а также на себестоимость и конкурентоспособность готовой продукции.
В связи с этим актуальным является изучение механизмов и природы образования засаленного слоя, определение путей повышения режущих свойств алмазных кругов на металлической связке при обработке композиционных твердосплавных материалов комбинированным электроалмазным шлифованием.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой кафедры технологии машиностроения - «Теоретические основы комбинированной электроалмазной обработки высокопрочных и труднообрабатываемых материалов» при финансовой поддержке грантов в рамках проекта 2.1.2./5996 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» - «Основные закономерности микроконтактных процессов комбинированной электроалмазной обработки композиционных и сверхтвердых материалов»; гранта по программе «У.М.Н.И.К.» - «Совершенствование технологической подготовки производства и методов обработки материалов», а также в рамках мероприятия 1.4. «Развитие внутрироссийской мобильности научных и научно-педагогических кадров путем выполнения научных исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательных центрах» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
Цель работы. Повышение режущих свойств алмазных кругов на металлической связке при шлифовании твердых сплавов путем устранения их засаливания за счет реализации комбинированного электроалмазного метода.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
исследовать и теоретически обосновать механизм образования засаленного слоя на рабочей поверхности алмазных шлифовальных кругов на металлической связке при плоском шлифовании;
исследовать процесс комбинированного электроалмазного шлифования твердых сплавов алмазными кругами на металлической связке, получить математические зависимости шероховатости обработанной поверхности Ra, удельного расхода шлифовального круга q и эффективной мощности резания Л^, от режимов комбинированного электроалмазного шлифования;
определить рациональные режимы плоского комбинированного электроалмазного шлифования, обеспечивающие высокое качество обработанной поверхности и эффективность процесса обработки твердых сплавов;
разработать рекомендации по модернизации плоскошлифовальных станков для реализации процессов комбинированного электроалмазного шлифования.
Методы исследования:
Теоретические исследования выполнены на основе классических законов электрофизики и электрохимии, научных основ машиностроения.
Экспериментальные исследования проведены на плоскошлифовальном станке модели ЗЕ711, модернизированном под процессы комбинированного электроалмазного шлифования с одновременной электрохимической правкой круга. Математические модели получены на основе теории планирования экспериментов.
Опытные образцы алмазного шлифовального круга и обработанная поверхность твердого сплава исследовались с использованием современной аппаратуры: рентгеновского дифрактометра ARL X'TRA, растрового электронного микроскопа Carl Zeiss EVO50 со встроенным химическим анализатором EDS X-Act, оптического микроскопа Carl Zeiss Axio Observer Aim, а также оптического интерферометра Zygo New View TM 7300. Шероховатость обработанной поверхности исследовалась на профилограф-профилометре «Абрис - ПМ7».
Достоверность:
Основные научные положения, выводы и результаты, сформулированные в диссертационной работе, обоснованы и подтверждены результатами экспериментальных и производственных испытаний. Достоверность и воспроизводимость опытов - результатами статистической обработки экспериментальных данных.
На зашиту выносятся:
результаты исследования потери режущих свойств алмазных кругов на металлической связке при шлифовании твердых сплавов;
разработанная методика расчета величины засаленного слоя и механизм его образования при обработке твердых сплавов алмазными кругами на металлической связке;
математические зависимости шероховатости обработанной поверхности Ra, удельного расхода шлифовального круга q и эффективной мощности резания N^ от режимов комбинированной электроалмазной обработки при шлифовании твердых сплавов;
результаты экспериментального определения рациональных режимов комбинированного плоского электроалмазного шлифования твердых сплавов;
модернизированная конструкция плоскошлифовального станка ЗЕ711 для реализации процессов комбинированного электроалмазного шлифования.
5 Научная новизна:
теоретически обоснован механизм образования засаленного слоя, основанный на классическом представлении о строении двойного электрического слоя, а также предложена методика расчета величины засаленного слоя при обработке твердых сплавов алмазными кругами на металлической связке;
получены математические зависимости шероховатости обработанной поверхности Ra, удельного расхода шлифовального круга q и эффективной мощности резания N3!p от режимов комбинированного электроалмазного шлифования твердого сплава ВК8;
разработан и реализован метод автоматического управления процессом непрерывной электрохимической правки круга и устройство для его осуществления (Патент РФ № 2304504), позволившие повысить режущие свойства алмазных кругов на металлической связке.
Практическая ценность работы:
определены рациональные технологические режимы плоского комбинированного электроалмазного шлифования твердых сплавов алмазными кругами на металлической связке, позволяющие расширить технологические возможности оборудования и обеспечить высокое качество обрабатываемых деталей;
разработаны рекомендации по модернизации плоскошлифовальных станков для реализации процессов комбинированного электроалмазного шлифования на оборудовании общего машиностроительного назначения.
Реализация и внедрение результатов работы:
Полученные результаты внедрены и используются на Братском алюминиевом заводе, ООО «Тимокс», ОАО «ЦРМЗ», в учебном процессе ГОУ ВПО «Братский государственный университет», а также использованы в написании отчетов при выполнении научно-исследовательских работ в рамках полученных грантов.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах с международным участием: «Механики XXI веку», г. Братск (2005г., 2006г., 2007г.); «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири», г. Братск (2007г., 2008г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск (2007г., 2008г., 2009г.); XII - XIII Международной научной конференции «Решетневские чтения», г. Красноярск (2008г., 2009г.); Международной научной конференции «Проблемы механики современных машин», г. Улан-Удэ (2009г.). Работа отмечена дипломом 1-й степени на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых "НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ" - НТИ-2007 (г. Новосибирск); дипломом лауреата Всероссийского конкурса «Ползуновские Гранты», г. Барнаул (2007г.); дипломом за участие в финальном туре конкурса по программе «У.М.Н.И.К.», г. Новосибирск (2008г.); золотой медалью международного конкурса «Качество товаров и услуг», ЕВРАЗИЯ - 2009. Работа обсуждена и одобрена на научно-методических семинарах кафедр: «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «БрГУ», «Технология автоматизированного машиностроительного производства» Национального исследовательского Томского политехнического университета, а также факультета «Компьютерные технологии в машиностроении» Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета.
Публикации: По материалам диссертационного исследования опубликовано 17 печатных работ, из них 2 статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, а также 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основной текст содержит 178 страниц, 61 рисунок, 10 таблиц, список литературы, включающий в себя 120 наименований.
Современные твердые сплавы на основе тугоплавких соединений углерода
Широкое использование твердых сплавов обусловлено не только их высокими физико-механическими свойствами, но и возможностью применения эффективных методов для их обработки, в основном электрофизических [1, 6, 12, 13, 19, 23, 24, 31, 32, 35, 38 - 40, 45 и др.] и алмазного шлифования [14 - 16, 35, 42, 44, 48, 50 и др.]. С точки зрения производительности процесса, качества обработанной поверхности, в том числе прочностных показателей, наиболее предпочтительной является электрохимическая размерная обработка (ЭХРО) [1, 12, 17, 19, 23, 24, и др.].
Современные твердые сплавы на основе тугоплавких соединений углерода, азота с вольфрамом, титаном, танталом, ниобием и другими материалами в сочетании с легкоплавкой связкой (кобальтом, никелем) характеризуются рядом уникальных свойств [6, 11, 34, 37, 70].Такие сплавы при низких температурах не подвергаются заметной пластической деформации, имеют как высокую твердость (86-92 HRA), также как и пределы прочности при сжатии и изгибе, сопротивляемость износу при трении, устойчивость в агрессивных средах (коррозионная устойчивость при мокром волочении в подкисленных растворах). Эти свойства в первую очередь обусловлены наличием в сплавах тугоплавких карбидов, имеющих большую температуру плавления, исключительную твердость, значительную износоустойчивость, стойкость к действию кислот и щелочей.
Благодаря этим свойствам твердые сплавы широко используются в современной технике в качестве конструкционных материалов для изготовления подверженных большому износу деталей машин и механизмов, приборов, устройств с высокими статическими и динамическими нагрузками, в качестве кислотоупорных, жаростойких и жаропрочных материалов и т.д. [34, 37, 53, 69, 70]. Наиболее широко и эффективно твердые сплавы используются при обработке резанием, давлением, для бурения горных пород в нефтяной, газовой и горнодобывающей промышленности.
Использование этих сплавов для изготовления инструментальных материалов открыло широкую перспективу изысканиям и применении на практике принципиально новых конструктивных решений металлообрабатывающих инструментов, оборудования, применению форсированных режимов обработки, автоматизации технологических процессов, что дало возможность резко повысить производительность труда и качество обрабатываемых поверхностей [10, 11, 22, 58, 60, 63].
Структуру различных спеченных сплавов определяют не только физико-механические, но и электрохимические и коррозионные их свойства.
Микроструктура сплавов WC-Co в основном двухфазная и состоит из кристаллов карбида вольфрама и участков цементирующей кобальтовой фазы, последняя состоит из кобальта, в котором растворено небольшое количество вольфрама и углерода. По данным Такеда, приводимым Г. С. Креймером в работе [39], растворимость карбида вольфрама в кобальте при комнатной температуре не превышает 1%. С повышением температуры растворимость значительно растет. Так, по данным М.М.Бабича, Е.Н.Кисляковой, И.М. Мухи и Л.В. Глобы [34] растворимость карбида вольфрама в кобальте при 700С составляет 2%, при 800С - около 3%, при 1000С - примерно 4%, а при 1350С - несколько меньше 10%.
Хотя принимается, что сплавы WC-Co являются двухфазными, но в используемых на практике сплавах часто присутствуют малые количества третьей фазы: структурно свободного графита или, в случае недостатка углерода так называемой фазы л, представляющей собой двойной карбид вольфрама и кобальта, которому обычно приписывают формулу W3C03C [11, 34, 37]. Дополнительные фазы, графит или фаза т, находясь в сплавах WC-Co даже в относительно небольших количествах, оказывают, однако, существенное влияние на их механические свойства.
Размеры карбидных зерен в сплавах WC-Co в зависимости от их назначения колеблются от 1 до 5 мкм; участки цементирующей фазы, видимые под микроскопом, обычно имеют толщину 1 — 2 мкм [39]. Рентгеновский анализ свидетельствует отом, что размеры зерен кобальтовой фазы намного превышают размеры карбида вольфрама. Сэндфорд и Трент установили, что размер зерен кобальта в сплавах WC-Co составляет около 1 мм. А.Е.Ковальский и Л.Х.Пивоваров определили размер кобальтовых зерен в сплаве с 15% Со (BKI5) равным 59 мкм, а в сплаве с 25% Со (ВК25) - 75 мкм [39].
Свойства твердых сплавов в процессе эксплуатации, а также электрохимическое поведение определяются не только составом, особенностями микроструктуры и спецификой субструктуры фазовых составляющих, но и характером взаимодействия между компонентами. Твердые сплавы - композиционные материалы, состоящие из фаз, значительно отличающихся температурными коэффициентами линейного расширения, то при охлаждении сплавов между фазами возникают микронапряжения, названные межфазовыми или термическими [19, 23, 24, 34, 37, 39]. Установлено, что в спеченных вольфрамокобальтовых сплавах карбидная фаза находится под действием напряжений сжатия, а связующая фаза - под действием напряжения растяжения. С увеличением количества кобальтовой фазы в сплаве от 6 до 25% абсолютная величина микронапряжений в ней падает, а в карбидной фазе растет. При нагреве сплавов термические микронапряжения уменьшаются и при 400С практически снимаются [53].
Анодное растворение вольфрамокобальтовых спеченных твердых сплавов в нейтральных водных электролитах на основе солей начинается при потенциалах более положительных, чем те, при которых происходит растворение кобальта, и почти на 1,5 В более отрицательных, чем потенциал начала растворения карбида вольфрама.
На поляризационных кривых сплавов типа ВК, снятых в нейтральных растворах солей, выделяется несколько характерных областей [39]:
активного растворения;
пассивного растворения;
вторичной активности;
вторичной пассивности;
транспассивного растворения.
В первой области идет активное растворение сплава преимущественно связующей фазы. Чем выше содержание кобальта в сплаве (от ВК8 до ВК20), тем более интенсивно проходит растворение. Увеличение скорости массопереноса или снижение концентрации соли приводит к некоторому росту тока.
В начале области пассивного растворения поверхность покрывается плотной пленкой из продуктов анодного растворения карбидной фазы. Травление осуществляется через отдельные поры, наступает пассивация. Затем происходит перестройка пассивирующей пленки, меняется ее состав, она становится более рыхлой и покрывается сплошной сеткой трещин. В сплавах с высоким содержанием кобальта эта пленка тоньше и с большим числом дефектов, что приводит к скачку тока на этом участке.
С ростом потенциала в области вторичной активности обрабатываемая поверхность покрывается толстой рыхлой пленкой, растворение локализуется в трещинах, наступает активация процесса. В этом случае достигаемые плотности тока почти в два раза выше, чем на участке активного растворения. При этом увеличивается влияние содержания кобальта в сплаве. Чем больше связующей фазы в сплаве, тем больше достигаемая плотность тока.
В области вторичной пассивности состав пленки меняется: она уплотняется, диффузия компонентов раствора и продуктов растворения через нее затруднена. Ток падает и тем больше, чем меньше кобальта в сплаве. Начинает выделяться газообразный кислород. Его бурное выделение приводит к сбросу пленки с обрабатываемой поверхности и резкому повышению тока на участке транспассивного растворения. Здесь заметно влияние содержания у-фазы в сплаве: наименее активен сплав ВК8, в котором только 8% кобальта.
Определение дефектов после 30 минут шлифования кругом АС6 без СОЖ
При исследовании поверхности твердого сплава ВК8 после 30 минут обработки установлено, что дефектов становится значительно больше и они более выражены. Трещины распространяются на большую глубину порядка 500 мкм, поверхность приобретает большие неровности и микросколы в результате теплового и силового воздействия (рис.2.24,а), наблюдается образование пористой и неоднородной структуры (рис.2.24,б).
Растровая электронная микроскопия показывает четкое разделение структуры основного материала твердого сплава и дефектного слоя, который возник при обработке поверхности алмазным кругом по истечении 30 минут. Поверхностный слой порядка 5-10 мкм имеет структуру, отличную от структуры основного материала образца, наблюдается уменьшение частиц WC, более плотное их расположение с образованием новых фаз. Далее следует дефектная структура, которая может указывать на разрушение связующего кобальта с образованием микротрещин в результате действия высоких температур и нагрузок при шлифовании без СОЖ.
На поперечном разрезе твердого сплава ВК8 наблюдается множество микротрещин, проникающих вглубь материала на значительную величину и образованием пор (неоднородности структуры) и уплотнение карбидов вблизи обработанной поверхности (рис.2.25).
Химический анализ участка твердого сплава также указывает на взаимодействие связки шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью (рис.2.26). Наряду с элементами кобальта Со, вольфрама W, входящими в состав твердого сплава, на поверхности обнаружена медь Си, углерод С и оксиды. Это указывает на то, что в процессе обработки разрушаются атомные связи твердого сплава и за счет внедрения или замещения атомов одного элемента на другой происходит образование новых соединений как на обрабатываемой поверхности, так и на алмазном круге. На детали эти соединения образуют дефектный слой, а на круге - засаленный слой.
Исследование поверхности АС6 80/63 - 100% М2-01 после шлифования вердого сплава ВК8 с непрерывной правкой круга
При шлифовании разрушение алмазных зерен происходит под действием возрастающих, как правило, динамических нагрузок на вершину и изношенные площадки абразивных зерен. На фотографиях показаны алмазные зерна, свидетельствующие о различном характере их работы и разрушении (рис.4.1.а,б,в). Износ, связанный с вырыванием (выкрашиванием) абразивных зерен из связки круга, дает начальный положительный эффект, т.к. происходит непрерывное обновление рабочей поверхности круга - имеет место так называемое самозатачивание.
Данное утверждение может быть справедливо только для шлифовальных кругов на органических связках. В остальных случаях происходит либо затупление, либо засаливание режущей поверхности круга. Особенно это явление отчетливо проявляется на поверхности алмазных кругов с металлической связкой.
В отношении алмазных кругов на металлической связке можно сказать, что в этих условиях наблюдается полная потеря режущей способности из-за отсутствия режущих зерен на поверхности круга. На ней оказывается только связка, которая не может выполнять режущие функции. Такая картина наиболее часто проявляется в условиях электрохимической обработки, когда интенсивно растравливаются границы вокруг алмазных зерен. На рис.4.2,а показан след от выпавшего алмазного зерна, а на рис.4.2,6 - спектральный анализ этого следа, который свидетельствует о наличии в нём элементов металлической связки алмазного круга.
Однако следует отметить, что для стабилизации процесса резания при непрерывной правке необходимо назначать такие режимы, при которых износ круга за счет эрозии и естественного выкрашивания будет минимальным, а режущие способности - максимальными. Следует отметить, что здесь негативные последствия засаливания наблюдаются только в крайних положениях, т.е. если электрохимические процессы проявляются недостаточно, и ток правки круга невысок, наблюдается частичное засаливание, при больших токах наблюдается интенсивное растравливание границ вокруг алмазных зерен и вырывание их из связки круга. При стабильном процессе резания наблюдается затупление зерен из-за нормального изнашивания. На рис.4.3,а показана поверхность круга с блоком алмазных зерен, между которыми, а также в других частях поверхности, видны компоненты обрабатываемого материала. Спектральный анализ позволил установить, что эти компоненты представляют собой карбид вольфрама (WC) и кобальт (Со) — связующую твердого сплава. Такая картина может свидетельствовать также о начале процесса засаливания алмазного круга.
На рис.4.4,а показана поверхность круга с алмазным зерном, на котором присутствуют налипы обрабатываемого материала. Спектральный анализ с налипа (рис.4.4,б) свидетельствует о наличии в нем: 80,6 % алмаза и углерода, 5,65 % кислорода, 3,33 % кобальта и 10,41% вольфрама.
После шлифования с непрерывной электрохимической правкой круга по запатентованному нами методу (Патент РФ № 2304504) поверхность шлифовального круга хоть и близка к эталону по химическому составу, но связка частично вытравлена. Видны лунки, образовавшиеся в результате электрохимического растворения связки и небольшие площадки засаливания (рис.4.5,а,б).
На фотографиях отчетливо видны выступающие над связкой алмазные зерна. При данном методе наблюдаются лишь отдельные участки процесса засаливания, а в целом поверхность круга остается развитой. Проведенный спектральный анализ такой поверхности позволил определить, что поверхность хотя и близка к эталону по химическому составу, но наряду с элементами, входящими в состав связки - медь и олово, углерод (алмаз), присутствуют элементы обрабатываемого материала, а также оксиды (рис.4.6).
Присутствие компонентов обрабатываемого материала может объясняться недостаточными величиной плотности тока правки, временем правки, а также тем, что в процессе растворения засаленного слоя составляющие его элементы реагируют со связкой, образуют новые соединения и создают отдельные участки засаленного слоя, которые в последствие растворяются полностью.
Таким образом, разработанный и запатентованный нами метод автоматического управления засаленным слоем и устройство для его осуществления позволяют блокировать процесс засаливания и постоянно обновлять поверхность алмазного круга на металлической связке.
Исследование эффективной мощности при комбинированном электроалмазном шлифовании
В ходе предварительных экспериментов было получено уравнение зависимости эффективной мощности резания от механических (Snp,t) и электрических {i„p,imp) режимов комбинированного электроалмазного шлифования твердого сплава ВК8 (2.43).
Дополнительные исследования зависимости эффективной мощности резания от глубины шлифования показали, что при режимах = 2м I мин при режимах- Snp = 4м/мин, imp =10 А /см2, г„р = 0,2 А /см2 и S„p = 6м /мин, ітр=\5А/см2, іпр =0,3А/см2 отмечено снижение эффективной мощности, это объясняется тем, что при таких режимах процесс резания протекает в более благоприятных условиях и, соответственно, затраты энергии на обработку значительно ниже. Однако с увеличением глубины резания пропорционально возрастает площадь среза материала, что приводит к повышению мощности и шероховатости обработанной поверхности.
При изменении величины продольной подачи S =2....6м/мин происходит повышение эффективной мощности шлифования на 5.... 10%
Особенно это повышение касается режимов — t = 0,01мм / дв.ход, / =5А/см2, і =0,1А/см2, так как при низких значениях электрических режимов (і„р,ітр) процесс обработки зависит в большей степени от механического воздействия со стороны шлифовального круга. Режимы, соответствующие / = 0,02мм I дв.ход, в большей степени зависят от электрических режимов, и при этой комбинации заметно снижается эффективная мощность шлифования в пределах продольной подачи равной Snp = 2...Ам/мин, следовательно, их можно принять за рациональные.
Исследования влияния электрических режимов на эффективную мощность показали, что при увеличении плотности тока травления в пределах ітр = Ю...20А/СМ2 (рис.5.11) в зоне резания интенсивность протекания электрохимических процессов значительно выше, при этом твердость обрабатываемого материала снижается. N Bm при шлифовании твердого сплава ВК8 + - t - 0,0Ілш/де.ход, Snp =2м/мип, гпр =0,\А/см2; — t - Q,02мм/дв.ход, Snp = Ам /мин, іпр =0,2А/см2; А — t = 0,03мм / дв.ход , Snp - 6м /мин, inp =0,3 А /см .
Повышение плотности тока травления способствует снижению эффективной мощности, но при этом электрохимические процессы переходят в электроэрозионные, что в свою очередь, приводит к повышению шероховатости и снижению качества обработанной поверхности в целом.
Таким образом, наиболее благоприятными являются значения плотности тока травления imp =\0...15А/см2 на режимах / = 0,02мм/дв.ход, Snp = 4м /мин, inp = 0,2 А /см2.
Влияние плотности тока правки на эффективную мощность показано на рис.5.12. При inp 0,2А/см2 отмечается повышение эффективной мощности, что свидетельствует об образовании на рабочей поверхности круга засаленного слоя, особенно на режимах - t = 0,0\MM/de.xod
При увеличении плотности тока правки более / 0,2А /см2 происходит обновление рабочей поверхности круга за счет интенсивного анодного растворения образующегося слоя. Это позволяет на протяжении длительного времени сохранять поверхность круга развитой. Снижение эффективной мощности наблюдается при плотности тока правки, равной inp =0,25....0,Ъ5А/см2 при режимах / = 0,02мм/дв.ход, Snp = ЛмIмин, ітр=\0А/см2 и / = 0,03лш/дв.ход, 5пр=6м/мин, ітр=\5Л/см2 соответственно. Дальнейшее повышение плотности тока правки іпр 0,4А /см2 приводит к интенсивному растворению связки, поверхность шлифовального круга постоянно обновляется, т.е. он работает в режиме самозатачивания. Эффективная мощность резания стабилизируется и принимает минимальное значение для соответствующих режимов.
Таким образом, исходя из проведенных исследований, становится возможным уточнение рациональных режимов комбинированного электроалмазного шлифования для обеспечения высоких показателей качества обработанной поверхности, снижения удельного расхода алмазного круга и эффективной мощности. Из всего выше сказанного ясно, что наиболее высоких показателей шероховатости обработанной поверхности Ra =0,8...1,2лши, а также минимального расхода алмазоносного слоя q = 0,12...0,17мм3/мм3 и снижения эффективной мощности NJ!p = 500....700i?m при обработке твердого сплава ВК8 удается достичь при следующих рациональных режимах:
- глубина шлифования — t = 0,01...0,03лш/дв.ход;
- продольная подача— Snp =1,5....Ъ,5м/мин ;
- плотность тока травления - їтр =\0...Л5А/см2;
- плотность тока правки — / =0,25....0,35Л/см .
Полученные рациональные режимы комбинированного электроалмазного шлифования твердого сплава ВК8 хорошо согласуются со значениями Ra, q, Noip, рассчитанными по зависимостям (2.31, 2.37, 2.43).
