Визначення раціональних характеристик алмазних кругів шляхом 3D моделювання процесів їх виготовлення і шліфування надтвердих матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Стійкими сучасними тенденціям промислового розвитку є удосконалення технології виробництва і зростання вимог до якості усіх видів промислових виробів. Розвиток цих тенденцій у машинобудуванні багато у чому пов'язаний із застосуванням синтетичних надтвердих матеріалів (НТМ), однією з головних галузей використання яких лишається інструментальне виробництво. Застосування інструментів з НТМ дозволяє підвищити продуктивність, точність і якість обробки. При цьому факторами, які стримують цей процес в абразивній обробці, є недостатня ефективність використання дорогих зерен синтетичних алмазів, а у лезовій - все ще висока імовірність відмов інструмента з НТМ.

У розпорядженні виробників алмазно-абразивного інструмента є широкий спектр марок зв'язок і марок алмазних зерен, що надає значні можливості варіювання їхніми властивостями. Проте існуючі рекомендації з їх використання є або досить загальними, або відрізняються вузькими діапазонами характеристик. Недостатньо обгрунтована побудова структури алмазоносного шару при деяких технологічних способах її формування визначає істотні відмінності у властивостях готового абразивного інструмента у порівнянні з вихідними властивостями компонентів, які застосовуються при його виготовленні. У зв'язку з цим актуальною є розробка принципів та алгоритмів вибору раціональних поєднань властивостей зв'язки і алмазного зерна, їх кількісного співвідношення, які б враховували умови виготовлення алмазних кругів і відповідали високим технологічним можливостям процесу їх експлуатації.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності алмазного шліфування за рахунок науково обґрунтованого визначення характеристик круга, що забезпечують цілісність алмазних зерен при виготовленні інструмента, продуктивне шліфування при зниженні дефектності НТМ і мінімальній питомій витраті алмазних зерен при експлуатації інструмента, а також зниження відмов лезового інструмента з НТМ.

Задачі дослідження:

1. Розробити методику теоретичних і експериментальних досліджень впливу кількісних і якісних характеристик систем “алмазне зерно-зв'язка” і “НТМ-зерно-зв'язка” на ефективність їхнього взаємного мікроруйнування, відповідно до якої процеси виготовлення та експлуатації алмазного круга розглядаються як взаємозалежні системи, ефективність функціонування яких визначається внеском кожного елемента.

2. Вивчити процес спікання алмазоносного шару круга на металевій зв'язці методом 3D моделювання його напружено-деформованого стану для визначення впливу технологічних параметрів процесу, властивостей зв'язки, алмазних зерен, їхнього розміру і концентрації на цілісність зерен в алмазно-абразивному інструменті. Надати рекомендації з раціональних складів алмазно-металевих композицій, що спікаються.

3. На основі ЗD моделювання нестаціонарного теплового поля одержати просторово-часовий розподіл температур в оброблюваних НТМ на макро- і мікрорівні в різних умовах шліфування.

4. З урахуванням температурного фактора провести теоретичний аналіз 3D напружено-деформованого стану елементів зони шліфування для визначення раціонального поєднання режиму обробки і характеристик алмазного круга з метою зниження собівартості шліфування та браку НТМ.

5. Здійснити взаємопов'язане моделювання напружено-деформованого стану лезового інструмента з НТМ при точінні та заточуванні для визначення умов його шліфування, що виключають руйнування різальної частини інструмента в конкретних умовах наступної експлуатації.

1. Міцносні і теплові властивості синтетичних надтвердих матеріалів, питання виготовлення алмазно-абразивного інструмента та існуючі проблеми алмазної обробки, напрямок рішення цих проблем у даному дослідженні, мета і задачі дисертаційної роботи

Проведений аналіз літератури показав, що інтерес до надтвердих матеріалів, що виник у 60-і роки минулого століття, не слабшає і сьогодні. У цьому напрямку відомі фундаментальні праці вітчизняних і закордонних дослідників: М.К. Беззубенка, Г.В. Бокучави, Г.П. Богатирьової, Л.Ф.Верещагіна, Ю.М. Внукова, А.І. Грабченка, Е.І. Гриценка, Л.М. Девіна, В.Л. Доброскока, В.Д. Дорофєєва, В.О. Залоги, І.П. Захаренка, В.П. Зубаря, Ю.Г. Кабалдіна, Я.А. Калашнікова, В.В. Коломийця, Я. Кундрака, В.І. Лавриненка, Т.М. Лоладзе, А.Л. Майстренка, П.Г. Матюхи, Е.Н. Маслова, Ю.І. Нікітіна, М.В. Новікова, А.Н. Рєзнікова, О.О. Розенберга, А.А, Сагарди, М.Ф. Семка, М.Д. Узуняна, В.А. Фадєєва, В.О. Федоровича, Ю.Д. Філатова, А.А. Шепелева, О.О. Шульженка, А.В. Якімова, Ф.Я. Якубова, П.І. Ящерицина та інших. Широке використання надтвердих матеріалів в інструментальному виробництві відкрило нові перспективи удосконалення технологій виготовлення різноманітних виробів. Однак абразивні і лезові інструменти з НТМ є дорогими, тому проблема їх раціонального використання є актуальною.

Аналіз літератури показав, що алмазно-абразивна обробка все ще характеризується високою непродуктивною витратою алмазних зерен, в сучасних технологічних процесах недостатньо науково обґрунтовано принципи вибору характеристик алмазних кругів для обробки того чи іншого матеріалу. Вибір марки зв'язки, алмазного зерна, його розмірів, концентрації здійснюється за звичай на основі традиційно сформованої практики їхнього застосування, а у випадку обробки нового матеріалу - на основі трудомістких і дорогих експериментів, і в обох випадках ґрунтується на існуючій номенклатурі алмазних кругів, які випускаються серійно. Такий вибір не забезпечує не тільки повного використання алмазних зерен круга, але і найчастіше не вичерпує можливостей алмазно-абразивного інструмента з продуктивності обробки.

У реалізації ресурсу алмазних зерен важливу роль відіграє їх цілісність після виготовлення круга, яка також безпосередньо пов'язана з кількісними і якісними характеристиками інструмента. Наукові публікації і виробничий досвід свідчать про ушкодження частини алмазних зерен (дроблення, поява тріщин) при виготовленні алмазно-металевих композицій методами порошкової металургії, що істотно знижує експлуатаційні можливості алмазно-абразивного інструмента на їхній основі.

Аналіз робіт, присвячених лезовому інструменту з НТМ, свідчить про те, що крім його високої собівартості, значного відсотка браку при виготовленні важливим фактором, що стримує застосування такого інструмента в автоматизованому виробництві, є висока імовірність його відмов через руйнування різальної частини, зумовлене вихідною дефектністю надтвердого матеріалу. Рішення цієї проблеми також можливо за рахунок обґрунтованого вибору характеристик алмазних кругів та режимів обробки на етапі шліфування лезового інструмента з НТМ.

Ось чому визначення раціональних характеристик алмазних кругів у роботі запропоновано вести стосовно процесу алмазного шліфування НТМ як найбільш трудомісткого в інструментальному виробництві й об'єднуючого у собі алмазно-абразивну обробку і виготовлення лезового інструмента з НТМ.

Порівняльний аналіз структури алмазних зерен зі структурою полікристалічних надтвердих матеріалів на основі алмаза і нітриду бора, їх міцносних і теплових властивостей, а також істотна залежність цих властивостей від температури вказують на принципову можливість створення певної переваги міцності інструментального НТМ над оброблюваним, необхідної для ефективного руйнування останнього при алмазному шліфуванні надтвердих матеріалів. Цю перевагу при контакті рівнотвердих матеріалів може бути забезпечено за рахунок вибору раціональних характеристик алмазного круга.

На підставі проведеного аналізу сформульовано мету і визначено задачі дослідження.

2. Відомості про досліджувані матеріали та інструменти, обладнання і прилади, які використовувалися, методи вимірів і розрахунків, які застосовувалися

Представлено основні методики, які було використано при проведенні досліджень.

Викладено комплексну методику дослідження просторових систем “алмазне зерно-зв'язка” на етапі виготовлення алмазного круга, “НТМ-зерно-зв'язка” на етапі шліфування і “різець з НТМ-деталь” на етапі точіння, що включає 3D моделювання і теоретичне вивчення теплового і напружено-деформованого стану елементів зони спікання алмазоносного шару круга, зони шліфування і зони різання, а також експериментальне вивчення параметрів поверхонь, що взаємодіють у процесі шліфування.

3D підхід відкрив нові можливості рішення теплових і міцносних задач, аналітичні розрахунки яких є фізично і математично досить складними, особливо для нерегулярних середовищ. Застосування прикладних програм за методом кінцевих елементів “Cosmos”, “PHOENICS”, “Third Wave AdvantEdge” істотно знизило трудомісткість одержання результатів дослідження в умовах, максимально наближених до реальних, та підвищило їх вірогідність у порівнянні з рішеннями плоских задач. Методики моделювання, що використовувалися, дозволили оцінити тепловий і напружено-деформований стан (НДС) всіх елементів досліджуваних систем одночасно з урахуванням їх взаємовпливу в різних умовах навантаження, що виявилося досить важливим при визначенні області раціональних поєднань їхніх фізико-механічних властивостей і параметрів взаємодії.

У роботі при 3D моделюванні напружено-деформованого стану елементів алмазоносного шару, що спікається, і зони шліфування застосовано пакет прикладних програм “Cosmos”, який дозволяє у трьохмірному вимірі розраховувати поля приведених і головних напруг, енергію деформації і щільність енергії деформації, температурні поля, переміщення, об'єми зруйнованих НТМ і алмазних зерен.

Для моделювання теплових процесів в НТМ, що шліфуються, використовувалась програмна система “PHOENICS”, в якій рішення теплових задач базується на нелінійному рівнянні теплопровідності. Програмний пакет дозволив з необхідною точністю розраховувати 3D нестаціонарні температурні поля і пов'язані з ними поля температурних градієнтів, вирішувати теплові задачі для нерегулярної геометрії і температурної залежності теплофізичних характеристик досліджуваних матеріалів (коефіцієнту теплопровідності та коефіцієнту питомої теплоємкості c).

Для моделювання напружено-деформованого стану елементів системи “різець з НТМ-деталь”, що виникає в процесі точіння, застосовувався спеціалізований під лезову обробку програмний пакет “Third Wave AdvantEdge”. З урахуванням властивостей оброблюваного й інструментального матеріалів, геометричних параметрів інструмента та режимів точіння пакет дозволив досліджувати в динаміці 3D поля температур, деформацій і напруг в різці з НТМ, здійснювати їх візуалізацію і автоматизований аналіз.

Застосування методики лазерного сканування робочої поверхні круга і поверхні оброблюваних НТМ дозволило визначити фактичну площу їхнього контакту як на макро-, так і на мікрорівнях, що істотно підвищило достовірність розрахунків температурних полів у НТМ і напружено-деформованого стану елементів зони шліфування.

Методика кольоровометричного дослідження дозволила за сканованими фотографіями НТМ у поляризованому світлі в комп'ютерному режимі визначити якісний склад і процентний вміст металевих включень і мікродефектів на оброблюваній поверхні, необхідні при визначенні умов шліфування, що виключають макророзтріскування надтвердих матеріалів.

3. Модельні експерименти з дослідження процесу спікання алмазних шліфувальних кругів на металевій зв'язці з метою визначення умов збереження вихідних характеристик зерен в інструменті

Працездатність алмазно-абразивних інструментів зумовлена низкою причин, до яких належить дефектність структури, пов'язана з руйнуванням частини зерен в процесі виготовлення інструмента. Дослідження Інституту надтвердих матеріалів НАН України свідчать, що при спіканні композиційних алмазовміщуючих матеріалів (КАМ) типу “твесал” до 90% алмазних зерен руйнуються. Схожість процесів спікання КАМ і алмазоносного шару шліфувальних кругів на металевих зв'язках, а також вимірювання розмірів алмазних зерен з фрагментів алмазоносного шару шліфувальних кругів на металевих зв'язках свідчать про дроблення алмазних зерен у процесі виготовлення інструмента (кількість зерен основної і крупної фракцій відповідно знижувалась для різних кругів на 19-33% і 4-16% у порівнянні з нормованим алмазним порошком). Факторами, що в значній мірі впливають на цілісність зерен, є марка алмазного зерна, його розміри і концентрація, а також склад зв'язки, який визначає технологічні особливості виготовлення круга.

Моделювання в програмному пакеті “Cosmos” процесу спікання КАМ типу “твесал” на твердосплавній зв'язці підтвердило висновки М.В. Новікова про руйнування алмазних зерен. Тому з метою визначення раціонального складу алмазно-металевих композицій з погляду на цілісність зерен в пакеті прикладних програм “Cosmos” здійснювалося 3D моделювання НДС елементів зони спікання. Розрахунки проводилися для фрагмента алмазоносного шару, що включав одне або два алмазних зерна, оточених масивом металевої зв'язки. При цьому варіювалися не тільки розмір зерна, що відповідав досліджуваним зернистостям, і відстань між зернами, що відповідала різним значенням концентрації, але й тиск, температура спікання, а також фізико-механічні властивості компонентів алмазоносного шару. У моделі зерно і зв'язка розглядалися пружними суцільними тілами. Зв'язка моделювалася призматичним тілом, алмазні зерна - октаедрами з розмірами в залежності від зернистості, металева фаза в алмазних зернах - довільно орієнтованими прошарками, об'ємний вміст яких складав 0,1-10% в залежності від марки і розміру зерна, процес спікання - завданням статичного одноосьового рівномірно розподіленого навантаження у вигляді тиску і температури.

Теоретичні розрахунки дозволили в комп'ютерному режимі кількісно оцінити напруги, енергію деформації і щільність енергії деформації в елементах системи “алмазне зерно-зв'язка” в залежності від їхніх розмірів, фізико-механічних властивостей і режимів спікання. Об'єми матеріалів вважалися зруйнованими, якщо напруги і/або щільність енергії деформації в них перевищували відповідні граничні значення.

Встановлено, що збільшення міцності зв'язки, зниження міцності алмазних зерен, збільшення їхньої зернистості і концентрації при фіксованих інших умовах спікання супроводжується руйнуванням зерен.

З технологічних режимів процесу спікання найбільш значущим для цілісності зерен є температура (термосилові напруги лише на 12-18% перевищують температурні).

Металеві включення в зернах є ініціаторами їхнього розтріскування за рахунок внутрішніх напруг, зумовлених різницею коефіцієнтів термічного розширення алмазної і металевої фаз.

Аналіз результатів теоретичних розрахунків дозволив визначити склади алмазно-металевих композицій, що забезпечують цілісність зерен у крузі в процесі його виготовлення (табл. 1). Рекомендовані значення концентрації в них нижче тих, що використовуються у серійних кругах, що є важливим фактором зниження собівартості як алмазних кругів, так і процесів шліфування.

Таблиця 1 - Рекомендовані для спікання склади алмазно-металевих композицій

4. Дослідження теплових процесів алмазного шліфування надтвердих матеріалів

Визначено основні джерела теплотворення процесу - робота алмазних зерен з крихкого мікроруйнування і диспергування НТМ, а також робота сил тертя.

Встановлено, що в процесі алмазного шліфування основна частка тепла, яке виділяється, надходить в оброблювані НТМ, що зумовлено високим рівнем їх теплофізичних властивостей і специфічними умовами контактування з інструментом.

Теоретичний аналіз температур проводився шляхом 3D моделювання теплового поля надтвердих матеріалів, що шліфуються, на макро- і мікрорівнях з використанням програмної системи “PHOENICS”, яка працює за методом кінцевих об'ємів. В якості граничних умов завдання джерела тепла використовувалась щільність теплового потоку q, Вт/м2:

, (1)

де Т - температура, К; n - нормаль до торцевої поверхні зразка у точці, що розглядається; х, y, z - просторові координати; - час.

Величини q знаходилися на підставі експериментальних значень потужності шліфування і відносної фактичної площі контакту робочої поверхні алмазного круга з оброблюваною поверхнею НТМ, визначеної методом лазерного сканування.

Інтенсивність термічних процесів оцінювалася середньою температурою на поверхні, що шліфується, середньооб'ємною температурою НТМ, локальною температурою в контакті поодинокого алмазного зерна з НТМ, а також температурними градієнтами. Найбільші градієнти температури уздовж вектора подовжньої подачі виникають на першому ході, тоді ж спостерігається і найбільша швидкість розігріву НТМ до 2000 К/с. Більшому часу шліфування відповідають значні (до 800 К/мм) температурні градієнти по глибині зразка, величина яких багато в чому визначається температурною залежністю теплофізичних властивостей НТМ.

Із факторів, що найбільшою мірою впливають на температури в макрооб'ємі НТМ, виділені: марка надтвердого матеріалу і концентрація алмазів у крузі, з режимів обробки - поперечна подача (нормальний тиск у контакті) і швидкість шліфування. Висока теплонапруженість тонких приповерхневих шарів НТМ визначила необхідність дослідження температур у мікрооб'ємі НТМ, що шліфуються. На рівень локальних температур найбільш суттєво впливають марка надтвердого матеріалу, зерна і зв'язки круга, а з режимів - швидкість і поперечна подача (нормальний тиск у контакті).

Локальні температури, що є результатом роботи тертя і диспергування, виконаної окремим зерном, з урахуванням температур нагрівання поверхні НТМ попередніми зернами можуть досягати 1600 К і 1300 К відповідно для алмазних і нітридборних НТМ в залежності від режимів обробки, розмірів зразка НТМ, теплофізичних характеристик НТМ, алмазного зерна і зв'язки круга. Ці температури, перевищуючи межу термостійкості алмазних структур і поширюючись, як свідчать температурні поля, на незначні глибини від поверхні, що шліфуюється (0,01-0,045 мм), роблять істотний внесок в інтенсифікацію зняття припуску. Тому визначення локальних температур у мікрооб'ємах поверхневого шару НТМ є вихідним пунктом моделювання напружено-деформованого стану зони шліфування з метою визначення умов продуктивної обробки, а средньооб'ємні температури - з метою виключення макророзтріскування НТМ у процесі шліфування.

5. Комплексні теоретичні дослідження зони шліфування, які дозволили при визначенні раціональних характеристик алмазних кругів зв'язати в єдиний алгоритм вибір умов збереження вихідних властивостей зерен при спіканні кругів, умов ефективного шліфування НТМ та умов шліфування лезового інструмента з НТМ у відповідності до його конкретного експлуатаційного призначення

Оскільки ефективність алмазного шліфування визначається рівнем контактних напруг, що, у свою чергу, залежать не тільки від силового навантаження і властивостей контактуючих матеріалів, але і площі контактних зон і контактної температури, розрахунки напружено-деформованого стану елементів зони шліфування здійснювалися з урахуванням температур шліфування і фактичної площі контакту робочої поверхні круга з НТМ, через яку перераховувалося фактичне силове навантаження в системі.

Дослідження 3D моделі зони шліфування, що становить єдину систему “НТМ-зерно-зв'язка”, свідчать, що режими шліфування, температура контакту, що відповідає їм, марка металевої зв'язки, марка алмазних зерен, їх робоча висота, концентрація впливають на інтенсивність взаємного руйнування елементів системи.

Існуюче протиріччя між підвищенням продуктивності шліфування і мінімізацією витрати алмазних зерен у роботі вирішувалося за рахунок 3-х етапного забезпечення необхідної фактичної площі контакту :

- встановлення мінімальної робочої висоти зерен (у межах 0,16-0,18 розміру зерна);

- вибір марки металевої зв'язки (М6-14), що відрізняється найкращим сполученням високих міцносних і теплофізичних властивостей для забезпечення мінімальних величин критичного заглиблення кр і вдавлювання с зерен у зв'язку;

- визначення коефіцієнта концентрації алмазних зерен з одержаної теоретичної залежності для фактичної площі контакту:

. (2)

Вибір марки алмазного зерна для ефективного шліфування НТМ здійснювався за принципом мінімізації об'ємів зруйнованих алмазних зерен і вартості цих об'ємів. З урахуванням зменшення динамічної міцності і межі міцності при розтягненні із збільшенням розміру зерна перевага віддавалася меншим зернистостям.

В якості фактора, що обмежує макророзтріскування НТМ, які шліфуються, приймалася поперечна подача або нормальний тиск у контакті, а для збереження необхідного рівня продуктивності у разі потреби знижувалася концентрація алмазних зерен.

З метою виключення руйнування різальної частини лезового інструмента з НТМ при точінні здійснювалося взаємозалежне 3D моделювання процесів точіння різцем з НТМ і його шліфування. За розрахованими у програмному пакеті “Third Wave AdvantEdge” термосиловими напругами у різальному клині різця з НТМ моделювався відповідний напружено-деформований стан заточуваного інструмента з НТМ у програмному пакеті “Cosmos”. Виходячи з останнього встановлювалися характеристики круга і режими шліфування, що забезпечують викриття можливих дефектів надтвердого матеріалу при заточуванні інструмента.

Комплексне дослідження 3D напружено-деформованого стану трьох зон: спікання, шліфування і точіння дозволило розробити алгоритм експертної системи визначення характеристик алмазних кругів, що задовольняють як умовам виготовлення круга за цілісністю зерен, так і умовам ефективного шліфування у поєднанні, у разі потреби, з умовами виключення руйнування різців з надтвердих матеріалів в процесі їх наступної експлуатації.

Згідно розробленого алгоритму корегування характеристик алмазного круга, встановлених для продуктивного шліфування НТМ, за умови цілісності зерен при спіканні здійснювалося за рахунок зниження концентрації алмазних зерен, а режимів шліфування - за рахунок зниження поперечної подачі (нормального тиску у контакті), як і в разі їх корегування за умови макророзтріскування НТМ. При визначенні характеристик алмазного круга для заточування лезового інструмента під конкретні умови точіння їх перевірка за макророзтріскуванням не виконувалася.

На підставі розробленого алгоритму одержано практичні рекомендації з характеристик кругів для продуктивного шліфування при мінімальній питомій витраті алмазних зерен і зниженні дефектності НТМ як для великих промислових підприємств, на яких може бути реалізовано систему спрямованого видалення металевої зв'язки круга, так і для дрібних фірм з виготовлення і переточування лезового інструмента з НТМ, які використовують традиційні способи заточування.

Висновки

алмазоносний мікроруйнування деформований тривимірний

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі підвищення ефективності алмазного шліфування за рахунок визначення раціональних характеристик алмазно-абразивного інструмента на етапах його виготовлення та експлуатації, у результаті якого зроблено наступні висновки:

1. У зв'язку з відсутністю науково обґрунтованих рекомендацій з поєднань марок алмазних зерен, їхньої зернистості, концентрації і марок зв'язки круга для ефективного шліфування матеріалів різної твердості на базі теоретико-експериментальних досліджень розроблено алгоритм експертної системи визначення раціональних характеристик алмазних кругів, в основу якого покладено 3D моделі зони спікання алмазоносного шару круга, зони шліфування НТМ та зони точіння лезовим інструментом з НТМ, які дозволяють аналізувати їх поведінку при різних характеристиках і умовах взаємодії елементів.

2. Розроблено комплексну методику дослідження просторових систем “алмазне зерно-зв'язка” при спіканні, “НТМ-зерно-зв'язка” при шліфуванні і “різець з НТМ-деталь” при точінні, що включає 3D моделювання і теоретичне вивчення теплового і напружено-деформованого стану елементів данних систем, а також експериментальне вивчення параметрів поверхонь, що взаємодіють у процесі шліфування.

3. На основі 3D моделювання напружено-деформованого стану алмазоносного шару круга при спіканні встановлено, що міцність металевої зв'язки визначається міцністю алмазних зерен, що спікаються з нею,а також їх концентрацією і зернистістю. Зниження концентрації алмазів у крузі до 5-40% дозволяє при раціональному виборі їхньої марки, зернистості і марки зв'язки зберегти вихідні властивості зерен круга на етапі його виготовлення. Одержано науково обґрунтовані рекомендації з раціональних складів алмазно-металевих композицій для виготовлення шліфувальних кругів.

4. Визначено температури в макро- і мікроб'ємах оброблюваних НТМ для реалістичного моделювання зони шліфування. На основі ЗD моделювання нестаціонарного теплового поля встановлено закономірності зміни температур і температурних градієнтів у залежності від характеристик алмазних кругів і режимів шліфування. Контактування в зоні шліфування рівнотвердих структур і особливості теплофізичних властивостей надтвердих матеріалів визначають високу теплонапруженність процесу алмазного шліфування НТМ (середньооб'ємні температури алмазних і нітридборних НТМ сягають 1000 К і 650 К відповідно, локальні температури в зоні контакту алмазного зерна з поверхнею НТМ - 1600 К і 1300 К відповідно) і значну динаміку її зміни (градієнти температур - до 800 К/мм, швидкості нагрівання - до 2000 К/с).

5. Тривимірний підхід до моделювання зони шліфування дозволив дати кількісну оцінку впливу умов її силового і теплового навантаження, показників фактичної площі контакту, а також фізико-механічних і теплофізичних властивостей її елементів на інтенсивність процесів руйнування при шліфуванні, на підставі якої встановлено раціональні характеристики алмазного круга, що забезпечують підвищення ефективності алмазного шліфування.

6. З метою зниження собівартості алмазного шліфування НТМ запропоновано використовувати склад алмазоносного шару круга із зниженою до 10-45% концентрацією алмазних зерен, який при шліфуванні з їх мінімальною робочою висотою (0,16-0,18 розміру зерна) і раціональному сполученні міцносних і теплових властивостей оброблюваного матеріалу, металевої зв'язки і зерен круга, забезпечує підвищення продуктивності шліфування в 1,4 рази, зниження дефектності НТМ на 30% і питомої витрати алмазних зерен на 40%. У якості додаткового фактора, що обмежує макророзтріскування НТМ, визначено поперечну подачу або нормальний тиск у контакті.

7. Взаємозалежне моделювання напружено-деформованого стану зони точіння інструментом з НТМ і зони його шліфування дозволило визначити характеристики алмазного круга і режими заточування різців з надтвердих матеріалів під конкретні умови наступної експлуатації з метою зниження їх відмов через руйнування різальної частини інструмента.

8. На основі комплексного підходу до 3D моделювання напружено-деформованого стану елементів зони спікання алмазоносного шару круга і зони шліфування НТМ визначено науково обґрунтовані рекомендації з вибору раціональних характеристик алмазного круга для ефективної обробки досліджуваних марок НТМ із керуванням ріжучим рельєфом круга і без нього. Результати роботи впроваджено у ВАТ “Полтавський алмазний завод” з річним економічним ефектом 35 тис. грн. (за даними замовника).

Література

1. Островерх Е.В., Маслов В.А., Козакова Н.В. Тепловые процессы в шлифуемых двухслойных пластинах // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 1995-1996. - Вып. 50. - С. 138-142.

2. Козакова Н.В., Лушпенко С.Ф., Маслов В.А., Островерх Е.В. Математическое моделирование тепловых процессов при тонком алмазном шлифовании сверхтвердых пластин путем решения сопряженных задач // Високі технології в машинобудуванні. - Харків: ХДПУ. - 1998. - С. 157-160.

3. Островерх Е.В., Лушпенко С.Ф., Козакова Н.В., Маслов В.А. Особенности динамики температурных полей в шлифуемых двухслойных пластинах // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 1999. - Вып. 54. - С. 184-188.

4. Козакова Н.В. Расчет локальных температур при шлифовании сверхтвердых пластин // Резание и инструмент в технологических системах. - Хаьков: ХГПУ. - 2000. - Вып. 56. - С. 91-95.

5. Козакова Н.В. Анализ локальных температур при тонком шлифовании сверхтвердых поликристаллических материалов // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - Вып. 57. - С. 122-125.

6. Козакова Н.В., Островерх Е.В., Хавин Г.Л. Методика расчета температуры хрупкого разрушения системы “алмазный кристаллит-металлофаза” // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2001. - Вып. 59. - С. 124-128.

7. Козакова Н.В. Оценка температуры разрушения в системе “алмазный кристаллит-металлофаза” с учетом внутренних дефектов алмазов // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2001. - № 6. - С. 122-125.

Размещено на Allbest.ru