Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 14
1.1. Основные модификации синтетических плотных нитридов бора (СПНБ) и области их применения 16
1.1.1. Продукты синтеза из гексагонального нитрида бора 18
1.1.2. Продукты синтеза из кубического нитрида бора 20
1.1.3. Продукты синтеза из вюрцитоподобного нитрида бора 20
1.1.4. Основные поликристаллические модификации нитрида бора, выпускаемые за рубежом 23
1.2. Анализ методов крепления и обработки СПНБ 27
1.3. Краткий анализ существующих представлений о природе хрупкого разрушения и методов прочностного обоснования режущего инструмента 31
1.4. Краткий обзор основных направлений механики разрушения и методы оценки хрупкой прочности деталей и конструкций 38
1.5. Методы экспериментального исследования коэффициентов интенсивности напряжений 42
1.5.1. Краткий анализ известных методов фотоупругости исследова ний 43
1.5.2. Фотоупругие методы определения коэффициентов интенсивности напряжений 46
1.5.2.1. Фотоупругие методы определения Кх 50
1.5.2.2. Краткий обзор фотоупругих методов разделения К} и К 65
1.6. Выводы и постановка задач исследования 73
2. Разработка методики моделирования задач механики разрушения и иссле дования напряженного состояния режущего инструмента 77
2.1. Построение моделей, характеризующих процесс хрупкого разрушения режущего инструмента 77
2.1.1. Физическая модель, характеризующая процесс разрушения режущего инструмента при его заточке 78
2.1.2. Физическая модель разрушения инструмента в период эксплуатации.. 83
2.2. Проектирование фотоупругих моделей и выбор схемы их нагружения.88
2.2.1. Модель для исследования хрупкого разрушения при заточке резцов, оснащенных СТМ 89
2.2.2. Модели для определения параметров НДС резца при его эксплуатации и схемы их нагружения , 93
2.3. Измерение оптических величин и используемое оборудование 96
2.4. Методика моделирования задач механики разрушения 97
2.5. Соотношение между характеристиками напряженно-деформированного состояния моделей и натурных конструкций 114
2.6. Выводы по главе 2 117
3. Технология изготовления моделей с трещинами заданных размеров и их нагружение 120
3.1. Получение заготовок для моделей 121
3.2. Нанесение на модели поверхностных и внутренних трещин 122
3.3. Определение оптико-механических характеристик материала моделей 128
3.4. Выбор величины нагрузки и нагружение моделей 131
3.5. Выводы по главе 3 137
4. Изучение технологических параметров, влияющих на процесс заточки вставок из СТМ, и оценка хрупкой прочности режущего инструмента 138
4.1. Исследование напряженно-деформированного состояния режущего инструмента методом фотоупругости на основе разработанной мето дики 138
4.1.1. Модели для связи параметров напряженно-деформированного состояния вставок из СТМ с кинематикой шлифования при за
точке резцов на заводе-изготовителе 139
4.1.2. Модели режущего инструмента при эксплуатации 148
4.2. Изучение различных технологических параметров, влияющих на про цесс заточки вставок из СТМ 155
4.3. Оценка хрупкой прочности резцов из СТМ при их заточке 182
4.3.1. Выбор оптимального направления заточки 182
4.3.2. Технологические условия бездефектного шлифования резцов, оснащенных СТМ 186
4.4. Оценка хрупкой прочности режущего инструмента при его эксплуа
тации 190
4.5. Выводы по главе 4 193
Основные результаты и выводы 195
Литература
- Основные поликристаллические модификации нитрида бора, выпускаемые за рубежом
- Физическая модель, характеризующая процесс разрушения режущего инструмента при его заточке
- Определение оптико-механических характеристик материала моделей
- Изучение различных технологических параметров, влияющих на про цесс заточки вставок из СТМ
Введение к работе
Интенсификация производства, широкое внедрение многооперационных станков с ЧПУ, ГП-модулей, автоматических станочных линий и роторно-конвейерных комплексов предъявляют повышенные требования к надежности технологической системы, одним из звеньев которой является режущий инструмент.
В настоящее время в металлообрабатывающей промышленности все более широкое применение находит лезвийный инструмент, оснащенный режущими пластинами и вставками из сверхтвердых материалов (СТМ) на основе кубического нитрида бора (КНБ). Главные причины перехода на лезвийный инструмент из СТМ кроются в его высокой эффективности, увеличенным ресурсом работы, уменьшением затрат за счет замены операции шлифования резанием, сокращением времени обработки. Кроме того, с его помощью возможно обрабатывать закаленные стали, жаропрочные сплавы и т.п.
В промышленно-развитых странах потребление лезвийного инструмента из КНБ продолжает расти в среднем на 15% в год. Разработка оптимальной технологии заточки вставок из СТМ при формировании геометрии режущего инструмента на заводах-изготовителях является одной из основных задач построения процесса серийного изготовления лезвийного инструмента из СТМ. На качество и эффективность заточки инструмента, оснащенного композитами, оказывают влияние технологические параметры процесса заточки, характери стики шлифовальных кругов, обоснованный подбор СОЖ и т.п. Однако на заводах-изготовителях при формировании геометрии режущего инструмента, оснащенного вставкам из СТМ, достаточно высок процесс брака, связанного с разрушением вставок.
Применяемые в настоящее время синтетические сверхтвердые материалы, наряду с высокими показателями твердости, износо- и температуростойко-сти, позволяющими вести обработку на высоких скоростях резания, обладают повышенной склонностью к хрупкому разрушению, обусловленной значительным различием в пределах прочности на сжатие и на изгиб, малой деформатив-ностью и весьма низким критическим коэффициентом интенсивности напряжений К1С (величина предела прочности на изгиб в 5ч-8 раз меньше величины
предела прочности на сжатие, К1С = 3...8 МПа VM ).
Хрупкое разрушение инструмента приводит к снижению качества обработки, увеличению числа простоев оборудования и чрезмерному расходу дорогостоящего инструментального материала, что в конечном итоге повышает себестоимость продукции.
Перечисленные обстоятельства диктуют необходимость прочностного обоснования режущего инструмента, что является актуальной задачей.
Несмотря на успехи при оценке прочности режущего инструмента, достигнутые благодаря работам Г.С.Андреева, А.И.Бетанели, А.И.Белоусова, НЛ.Вирко, Г.И.Грановского, В.Ф.Боброва, С.Ф.Глебова, Н.Н.Зорева,
А.И.Каширина, Т.КЛоладзе, В.А.Остафьева, М.М.Симоняна, А.Н.Резникова, Г.Л.Хаета и др. у нас и Негаши X., Мицубиси К., Сато Т., Азаи Т., Уехары К., Арчибальда Ф., Опица Г., Лейвальда В., Накатана С, Шава М., Перрота К., Робинсона П. и др. за рубежом, все же необходимо констатировать, что проблема повышения работоспособности режущих инструментов находится в стадии становления.
Широко используемые в настоящее время методы прочностного обоснования режущих инструментов отражают уровень достижений науки двадцатилетней давности, и поэтому нуждаются в усовершенствовании и дальнейшем развитии. Для разработки таких методов необходимо иметь достоверную информацию о напряженно-деформируемом состоянии (НДС) изучаемых объектов. Математические сложности, возникающие при изучении НДС реальных объектов, какими являются режущие инструменты, обуславливают целесообразность использования экспериментальных методов и, в частности, метода фотоупругости.
Цель работы.
Повышение эффективности заточки инструмента, оснащенного СТМ, путем исследования связи параметров НДС резцов с кинематикой шлифования их в процессе заточки.
Экспериментальное изучение технологических параметров, влияющих на процесс заточки вставок из СТМ и эффективности их эксплуатации.
8 Научная новизна.
Научная новизна, полученных в работе результатов заключается в следующем:
- разработаны физические модели разрушения инструмента из СТМ при его заточке и в процессе эксплуатации;
- разработана методика моделирования НДС режущего инструмента, содержащего как поверхностные, так и внутренние дефекты в виде трещин методом фотоупругости;
- экспериментально определены коэффициенты интенсивности напряжений в цилиндрическом образце с центральной внутренней трещиной круглой формы, подверженному воздействию чистого изгиба, в зависимости от угла ее наклона. Предложены формулы, позволяющие рассчитать Кх и Кт для наклонной трещины;
- впервые экспериментально определены КИН К}9 Кп и К1и в лезвийном режущем инструменте;
- предложен подход, позволяющий определить направление заточки, при котором вероятность разрушения вставок из СТМ при шлифовании будет наименьшей;
- получены эмпирические зависимости основных выходных параметров процесса заточки инструмента, оснащенного СТМ, от технологических режимов шлифования и состава СОЖ;
- научно обоснованы технологические условия бездефектного шлифования, основанного на оценке температурной нагруженности обрабатываемой заготовки.
Практическая ценность работы.
Предложена методика экспериментального фотоупругого исследования НДС режущего инструмента с трещинами, которая может быть использована для решения прикладных задач механики разрушения любых деталей и конструкций с дефектами различного происхождения.
На основе комплексного изучения технологических параметров, влияющих на процессы заточки вставок из СТМ, предложена методика, позволяющая определить направление заточки, при котором вероятность разрушения вставок из СТМ при шлифовании будет наименьшей. Данная методика может быть использована на заводах-изготовителях лезвийного режущего инструмента.
Получены данные по оценке хрупкой прочности режущего инструмента, которые могут быть использованы как при проектировании режущего инструмента, так и при разработке технологии обработки конкретных деталей.
Автор защищает.
1. Методику моделирования НДС режущего инструмента с трещинами методом фотоупругости.
2. Физические модели разрушения инструмента из СТМ при его заточке и в процессе эксплуатации.
3. Результаты экспериментального изучения технологических параметров, влияющих на процесс заточки вставок из СТМ.
4. Результаты экспериментального определения коэффициентов интенсивности напряжений в цилиндрическом образце с центральной внутренней трещиной круглой формы, подверженному воздействию чистого изгиба, в зависимости от угла ее наклона и формулы, позволяющие рассчитать Кх и Кш для наклонной трещины.
5. Результаты экспериментального определения коэффициентов интенсивности напряжений Кх, Ки и Кт в режущем клине лезвийного инструмента.
6. Методику расчета СТМ на хрупкую прочность, позволяющую определить направление заточки, при котором вероятность разрушения вставок при шлифовании будет наименьшей.
7. Полученные зависимости для расчета условий бездефектного шлифования, основанные на оценке температурной нагруженности.
8. Методику расчета режущего инструмента на хрупкую прочность. Практическая реализация работы.
Методика экспериментального фотоупругого исследования НДС режущего инструмента с трещинами апробирована на предприятиях ОАО «Композит» (С.-Петербург), Томилинский завод алмазного инструмента (г. Томилино, Московская обл.), ПЗИА и АИ (г. Полтава, Украина).
Методика, позволяющая определить направление шлифования, при за-точке инструмента, оснащенного КНБ, прошла испытание и принята к реализации на ОАО «Композит» (г. С.-Петербург).
Методика по оценке хрупкой прочности инструмента, которая может быть использована при разработке технологии обработки заготовок и назначению рациональных режимов резания, прошла испытания и рекомендована для внедрения в производстве ОАО «Завод прецезионного станкостроения» (г. С.-Петербург). т
Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций и проведения практических занятий по дисциплинам «Проектирование и расчет режущего инструмента» и «Технология машиностроения» в ПИМаш.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международных и Республиканских конференциях («Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», г. Волжский, 2002; «Качество поверх-ностного слоя деталей машин», г. С.-Петербург, 2003; «Прогрессивные технологии обработки материалов, режущий инструмент и оснастка», г. С.Петербург, 2003); на совместном научно-техническом семинаре кафедр «Резание, станки и инструменты» и «Технология машиностроения» Санкт-Петербургского института машиностроения в 2002-2004 гг.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на XJO страницах, содержит 49 рисунков, 15 таблиц и состоит из введения, 4 глав и списка литературы, включающего 113 наименований и приложений.
Основные поликристаллические модификации нитрида бора, выпускаемые за рубежом
Поликристаллический КНБ, полученный в результате синтеза смеси порошков кубического нитрида бора и связующего вюрцитоподобного нитрида бора, получил название ГТТНБ. В настоящее время ПТНБ изготавливаются 3-х марок: ПТНБ-ИК1 с диаметром 3,8 мм и высотой 4,2 мм; ПТНБ-ИК2 (8 и 3,5 мм); ПТНБ-ИКЗ (1,8 и 3,8 мм).
Необходимость получения поликристаллов BN больших размеров с меньшими энергетическими затратами вызвали исследования, в которых использовался BNB9 полученный взрывом в традиционном методе порошковой металлургии - горячее прессование с протеканием твердофазных химических реакций, но в условиях сверхвысоких давлений.
В 1972 году в этих условиях в Институте проблем материаловедения АН УССР совместно с Полтавским заводом искусственных алмазов и алмазного инструмента под руководством В.И.Трефилова был получен сверхтвердый поликристаллический материал под торговой маркой - гексанит-Р. В настоящее время выпускаются в больших объемах поликристаллы гексанита-Р двух групп массой 0,7 и 1,4 карат соответственно. Поликристаллы 1-й группы имеют диаметр 3,6 мм и высоту 5,5 мм, второй группы - 6 мм и 5,5 мм соответственно. Там также освоено производство двухслойных пластин гексанита-Р диаметром 5,56 мм, высотой 3,97 и 3,18 мм с рабочим слоем СТМ толщиной 0,5-1,0 мм.
Эти материалы успешно работают при чистовом и получистовом точении с ударом и без удара деталей из закаленных сталей твердостью не выше HRC 60, чугунов любой твердости и твердых сплавов типа ВК15, ВК20, ВК25, глубиной резания 0,05-1,5 мм, точении наплавленных поверхностей.
Также разработан поликристаллический материал, представляющий собой гексанит-Р, армированный волокнами «сапфировых усов», получивший торговое название гексанит-РЛ, имеющий повышенную стойкость при точении на удар по сравнению с гексанитом-Р.
Во ВНИИинструмент для упорядочения фирменных и торговых названий материалов на основе нитрида бора предложена единая классификация. Все основные плотные поликристаллические материалы нитрида бора получили название композиты и разбиты на 10 групп: композит 01 (Эльбор-Р, Эльбор-РМ); композит 02 (белбор); композит 03 (исмит-1, исмит-2, исмит-3); композит 05 (композит 05И, композит 05ИТ, композит 05ИТ2С); композит 09 (ПТНБ-ИК1, ПТНБ-ИК2, ПТНБ-ИКЗ); композит 10 (гексанит-Р, гексанит-1 ОД, гексанит-Р Л). Остальные группы оставлены в резерве.
Не все отечественные СТМ на основе КНБ содержатся в этой классификации. В нее не вошли материалы, которые получены в небольших объемах, недостаточно изучены и не имеют промышленного значения. Нам также известно, что абразивный завод «Ильич» недавно освоил производство новых композиционных материалов (КП) марок КП1, КП2 и КПЗ из эльбора-Р с размерами заготовок до 25 мм [60].
Главными производителями СТМ за рубежом являются США, Великобритания и Япония. В этих странах создано большое количество СТМ, различающихся по химическому составу и физико-механическими свойствами и имеющих разные области применения.
Наиболее признанным сверхтвердым материалом является амборит, выпускаемый фирмой «De Beers» (Великобритания). Материал отличается высокой твердостью и вязкостью разрушения. Имеет высокие режущие свойства при черновом и чистовом точении, при прерывистом резании твердых чугунов, закаленных инструментальных и других труднообрабатываемых сталей. Фирма «Montawerk Walter» считает, что этот материал может успешно применяться и при фрезеровании, и уже освоено производство фрез, оснащенных пластинами из амборита.
Ведущей фирмой США, занимающейся созданием и промышленным выпуском СТМ, является «General Electric». Она сравнительно недавно начала выпуск двухслойных режущих пластин Dreborid-G, имеющих рабочий слой «боразона» на твердосплавной подложке. Этот материал отличается высокой износостойкостью, эффективно работает с применением СОЖ при обработке закаленных сталей (V 100 м/мин), чугунов (V 500 м/мин). В последнее время фирмой созданы еще три модификации - боразон 550, 560 и 570. Они отли чаются от прежних повышенной хрупкостью, вследствие чего в работу вводятся все новые и новые режущие кромки.
Весьма значительное число разработанных СТМ за последние годы создано в Японии. Одним из известных на западном рынке материалов является «сумиборон», выпускаемый фирмой «Showa Denko КК». Сумиборон - композиционный СТМ на основе КНБ и керамической связки, спекаемый с твердосплавной подложкой при температуре 1500С и давлением 50 ГПа.
Во ВНИИинструмент были проведены сравнительные испытания износостойкости отечественных и зарубежных резцов (амборита). По результатам испытаний установлено, что при прерывистом резании закаленных сталей работоспособность резцов оснащенных композитом 10 (гексанит-Р) выше, чем у резцов оснащенных амборитом на 10-15%. По оптимальным скоростям резания 70-80 м/мин композит 10 превосходит амборит в 1,5-1,6 раза. В настоящее время в области синтеза материалов КНБ и внедрения лезвийного инструмента, оснащенного поликристаллическими модификациями нитридов бора Россия занимает одно из ведущих мест в мире.
Физическая модель, характеризующая процесс разрушения режущего инструмента при его заточке
Малые размеры поликристаллов КНБ, плохая смачиваемость расплавами металлов, высокие температуры, возникающие как в процессе лезвийной обработки (оптимальная температура эксплуатации резцов из композита 01 для отдельных обрабатываемых материалов 1000-1100С), так и в процессе их заточки (температура достигает 500С с локальными тепловыми вспышками до 1500С) определяют специфику и трудности обеспечения надежного крепления режущего элемента СТМ в корпусе резца. Этим объясняется создание более трех десятков способов крепления СТМ, защищенных авторскими свидетельствами. Наряду с требованиями надежности закрепления поликристаллов в корпусе режущего инструмента предъявляются требования максимального использования поликристаллов, а также обеспечение технологичности метода в условиях производства.
По данным [23, 50] установлена последовательность способов крепления поликристаллов по убывающей прочности их закрепления: механическое крепление многогранных пластин; пайка адгезионно-активными припоями; способы горячего прессования, завальцовка, заливка расплавленным металлом.
Механическое крепление поликристаллов композита 05 в корпусе резца с вертикальным расположением оси СТМ нашло широкое применение. Большие размеры заготовок композита 05ИТ позволили в настоящее время выпускать Санкт-Петербургскому заводу «Инструмент» большую гамму этих резцов, ос нащенных пластинами круглой, трех-, четырех-, шестигранной, ромбической форм, каждый и которых имеет свою область применения.
На этом же заводе осваивается производство сборных резцов с механическим креплением пластин, оснащенных гексанитом-Р. Однако, основная гамма СПНБ выпускается малых геометрических размеров, что вызывает необходимость применения для их закрепления методов пайки, с воздействием, в большинстве случаев, значительных температур на поликристалл.
На опытном заводе ВНИИАШ вакуумную пайку эльбора-РМ в стальном корпусе осуществляют с применением титаносодержащего припоя при температуре до 1000С. Здесь же в последние годы введен метод закрепления, сочетающий механическое обжатие заготовки в корпусе с адгезионным «схватыванием» поликристалла, припоя и металла державки. Механическое обжатие поликристалла в гнезде стальной вставки осуществляется устранением зазора 0,15...0,25 между заготовкой СТМ и гнездом вставки за счет металлического сплава с высоким коэффициентом термического расширения, подобранного по температуре процесса пайки.
Из всех рассмотренных методов крепления поликристаллов в корпусе инструмента самое значительное место по объемам производства резцов занимает метод горячего объемного деформирования металлокерамической державки. Метод заключается в том, что из шихты на основе железного порошка методом порошковой металлургии изготавливают металлокерамические вставки с наружным диаметром 10,3 ±0,05 мм. За счет деформации цилиндрической заго товки, предварительно нагретой в индукторе ТВЧ в валках прокатного стана, в автоматическом режиме осуществляется закрепление поликристалла. Этот метод характеризуется высокой производительностью и низкой себестоимостью изготовления инструмента. Недостатком является осуществление химической связи между материалом вставки, материала припоя и СТМ, что не обеспечивает максимального использования поликристаллов при переточках, а также изготовление инструмента с углами при вершине є 90.
Методы заливки, завальцовки, квазигидростатического обжатия не могут быть рекомендованы к широкому применению из-за отсутствия надежного закрепления поликристаллов, а также малой производительности способов закрепления.
Анализ литературных источников за последнее десятилетие показал, что процесс формообразования рабочей части лезвийного инструмента, оснащенного СПНБ, развивается по двум основным направлениям [23, 50]: - оптимизация процессов алмазной заточки поликристаллов КНБ за счет выбора характеристик алмазного инструмента и эффективных условий шлифования; - оптимизация процессов обработки СТМ за счет управления режущим рельефом алмазного круга на определенной связке.
Определение оптико-механических характеристик материала моделей
Для повышения точности определения С измерялась оптическая разность хода вдоль горизонтального диаметра диска в точках соответствующих целому порядку полосы (см. рнеч ЗА 6). При этих измерениях использовалась круговая поляризация.
Разность главных напряжений в точках горизонтального диаметра сжатого диска равна [2, 36, 70]: 4PR(R2-x2) -I г =—т\ Ґ (3-3) 7id{R2+x2f коэффициент напряжений С при этом равен: (3.4) cU_S{7c(R2+x2Y 4PR(R2-X2) где х - расстояние от центра диска до і-го порядка полосы, і - 1,2,.... (в нашем случае измерения проводились в 4-х точках, включая центр диска).
Окончательное значение оптической постоянной С определялось как среднее арифметическое всех значений С 1 , включая С в центре диска.
При определении температуры «замораживания» использовалась методика, разработанная на кафедре «Сопротивление материалов» ПИМаша и аналогичная предложенной в работе [2]. Методика заключается в следующем. Из материала модели изготавливалась балочка произвольных размеров. Балочка закреплялась в термостате, стенки которого имели иллюминаторы. Термостат помещался в поле поляризационно-проекционной установки ППУ-7, и балочка нагревалась. Через определенное время при фиксированной температуре балочка нагружалась растягивающей нагрузкой. При этом в ней возникала интерференционная картина полос. Температурой «замораживания» считается температура, равная температуре высокоэластичного состояния материала модели и +5С. За температуру высокоэластического состояния принималась та температура, при которой после приложения нагрузки и ее снятия возникшая интерференционная картина мгновенно исчезает.
Ранее было установлено, что при моделировании прикладных задач механики разрушения необходимо тщательно подбирать величину внешней нагрузки. Так, задавая высокую нагрузку при обязательном условии стабильности трещины в процессе опыта, можно получить, с одной стороны, уверенную регистрацию оптических эффектов, а, с другой стороны, возникшие у вершины трещины зоны нелинейности между напряжениями и деформациями могут настолько снизить размеры сингулярной области, из которой набираются данные для расчета, что получение достоверных значений КИН проблематично, а порой невозможно. Задавая низкий уровень внешней нагрузки, можно увеличить размеры сингулярной области, но возникнут сложности, связанные с изменением оптических эффектов.
Оптимальную величину внешней нагрузки целесообразно начать на основании дополнительных экспериментов. Поэтому в данной работе проводилось испытание шести цилиндрических образцов. Пять из них имели наружные трещины, и один образец был с центральной внутренней трещиной. Фактически на всех этих образцах обрабатывалась технология создания поверхностных и внутренних трещин, и приобретался навык в измерении оптических величин и расчете КИИ, Поверхностные трещины с разными секториаяшыми углами и кольцевая наносились по описанной в параграфе 32, методики с помощью приспособления (рис. 3.5). Цилиндрические образцы нагружались растягивающей нагрузкой с помощью специальных захватов (рис. 3.6), После испытания образцов из них выпиливались срезы перпендикулярно плоскости и фронту трещин. Срезы шлифовались и иодировались вручную с помощью насты ГОЙ
Изучение различных технологических параметров, влияющих на про цесс заточки вставок из СТМ
Для кругов на связке ИМ2 крепление алмазоносного слоя на корпусе осуществляется через промежуточный пористый безалмазный слой. Материал промежуточного слоя представляет собой пластмассу, имеющую температурный коэффициент расширения, близкий к коэффициенту расширения материала корпуса, а связующий состав в промежуточном слое хорошо совмещается со связующим составом алмазоносного слоя. обеспечивает прочное механическое крепление алмазоносного слоя на корпусе круга благодаря выполнению на его рабочей поверхности паза типа ласточкина хвоста.
Наличие пористого безалмазного промежуточного слоя позволяет полностью использовать алмазоносный слой, и в случае его выработки касание промежуточным слоем инструмента поликристалла не приводит к образованию дефектов на поверхности резца. Применение безалмазного слоя из пластмассы обеспечивает снижение вибрации, что особенно важно при обработке СТМ. Кроме того, введение в состав корпуса инструмента пластмассы позволяет экономить дефицитный прокат, идущий на изготовление корпусов.
В результате математической обработки экспериментальных данных методом многофакторного планирования получена эмпирическая зависимость контактной температуры в зоне шлифования СТМ в виде степенной функции 0 = Ь«т „- (4.7) Коэффициенты к и показатели степени для полученной зависимости приведены в табл. 4.8.
Анализ результатов экспериментов показывает, что при шлифовании (заточке) резцов с СТМ на плоскошлифовальных станках алмазными кругами на связке В2-01 температура в зоне резания значительно выше, чем при использовании алмазных кругов на связке ИМ2, что приводит к повышенному браку по сколам и трещинам поликристаллов. С увеличением скорости шлифования с 35 до 70 м/с количество брака по трещинам у СТМ при обработке их по торцам увеличилось на 1,5...2% при работе алмазными кругами на связке В2-01, что объясняется высокой контактной температурой. Для кругов на связке ИМ2 увеличение брака по трещинам и сколам с ростом скорости круга не наблюдалось.
Полученные данные по применению высоких скоростей резания при заточке металлорежущего инструмента с СТМ позволяют сделать вывод об их эффективности при использовании кругов на связке ИМ2. Однако для рекомендации применения повышенных режимов обработки в промышленности для заточки инструментов с СТМ необходимо провести дополнительные комплексные производственные испытания. В отличие от органических связок металлические в обычных условиях шлифования не обеспечивают необходимой производительности, так как из-за высокой прочности связки исключают самозатачивание кругов, которые быстро теряют режущую способность. При этом значительно возрастают сила резания и температура в зоне шлифования (да 700-800 С), что приводит к низкому качеству заточки и микротрещинам на поверхности поликристалла композитов.
В задачу исследования входило также обоснование выбора состава СОЖ для существующего технологического процесса заточки резцов с эльбором-Р алмазными кругами на органической связке и решение вопроса по значительному снижению расхода алмазного инструмента. Исследования проводили при обработке резцов диаметром 8 мм партиями по 56 штук и повторяли эксперименты каждым кругом и каждой СОЖ 10... 15 раз. Заготовки поликристалла эльбора-Р массой 0,8 карат одной партии синтеза закрепляли в корпусе резца путем спекания методом порошковой металлургии. Корпус резца изготовлен из спеченного материала ЖД5Н5, твердость НВ70-120, углы заточки р-(рх =47,
а = ах = 6. Передняя поверхность поликристалла была предварительно обработана. Исследования проводили на модернизированном заточном станке модели ЗБ632В при скорости 20 м/с, продольные и поперечные подачи ручные. Выхаживание при заточке не производилось. Заточку выполняли алмазными кругами 11 А2 150x10x5 АС4 80/63 на органической связке В2-01 и на металлической связке MBI с концентрацией алмазов 100%, а также применяли серийные круги 11А2 150x10x5 АС4 80/63 100% на органической износостойкой связке ИМ2. Подача СОЖ непосредственно в зону резания проводилась свободно падающей струей с расходам 4 л/мин. Очистка СОЖ в процессе работы осуществлялась сепаратором марки СМ2МА.
Для испытаний были выбраны СОЖ основных классов: водоэмульсионные - ЭГТ (ТУ38-101149-75), МХО-60 (ТУ38 УССР-201349-80), Укринол-1 (ТУ38-101197-70), ОПЛ; синтетическая - АКВОЛ-ЮМ (ТУЗ8-40130-75); масляная - ОСМ-3 (ТУ38 УССР-201152-75), СОЖ ЭГТ и Укринол-1 использовались в 5%-ной концентрации; МХО-60, ОПЛ, Аквол-10 - в 3%-ной концентрации в воде, ОСМ-3 - в состоянии поставки. Указанные СОЖ сравнивались по эффективности с базовыми: а) нитритно-содовым раствором, применяемым в производстве на этой операции, б) раствором состава по массе в %: триэтаноламин - 0,3; нитрит натрия - 0,3; вода - остальное. Критерием эффективности СОЖ служило их влияние на средний относительный расход алмазов, брак по сколам и трещинам в процентах и шероховатость обработанных поверхностей поликристаллов. Результаты испытаний влияния состава СОЖ и связки алмазного круга на процент и характер брака при заточке металлорежущего инструмента, оснащенного поликристаллами эльбора-Р, представлены на рис. 4.15 и 4.16, а также в табл. 4.9.
