СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН Российский патент 2002 года по МПК B24D3/00 

Изобретение относится к производству шлифовальных кругов из сверхтвердых абразивных материалов и предназначено для проектирования оптимальной структуры и рациональной эксплуатации шлифовального инструмента путем раздельного определения воздействия обрабатываемой заготовки и режимов шлифования на систему "абразивное зерно/связка" шлифовального инструмента.

Известно, что структуру шлифовального инструмента и рельеф его поверхности можно рассматривать на разных уровнях, начиная с макрогеометрических отклонений формы до кристаллической и дислокационной структуры зерен и связки. Отклонения реальной абразивной поверхности инструмента от номинальной геометрической поверхности в виде неровностей имеют разные размеры и могут быть разделены на три вида: макро-, микро- и субмикронеровности [1]. Взаимодействие абразивных зерен с материалом заготовки зависит прежде всего от субмикронеровностей, которыми характеризуется поверхность граней зерен и поверхность связующей матрицы. Наиболее значительную роль в разрушении материала при абразивной обработке играют микронеровности рельефа поверхности инструмента, определяемые абразивными зернами. В этой связи актуальным является вопрос нахождения путей оптимальной структуры шлифовального инструмента на стадии его проектирования, что, в конечном счете, обеспечит рациональную эксплуатацию инструмента.

Известен способ определения коэффициента использования абразивных зерен, осуществляемый в ходе замера износа рабочего слоя шлифовальных кругов с определением их рельефа [2] . Определение износа шлифовального круга осуществляют посредством свинцового бруска, который накладывают на периферийную поверхность круга и под действием усилия, направленного перпендикулярно рабочей поверхности, фиксируют профиль этой поверхности. Полученный отпечаток помещают под проектор часового типа ЧП1 и при 20-ти кратном увеличении контур зарисовывают. Получение ряда отпечатков на разных стадиях износа круга позволяет построить картограмму, наглядно характеризующую износ шлифовального круга в динамике и, следовательно, косвенно свидетельствующую о коэффициенте использования абразивных зерен. Этот способ позволяет корректировать режимы шлифования с приближением их к оптимальным, однако не может быть использован для получения необходимой информации для проектирования оптимальной структуры шлифовальных кругов. Последнее может быть объяснено тем, что способ не предусматривает возможности анализа многообразия факторов, влияющих на систему "абразивное зерно/связка" шлифовального круга.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога способ определения коэффициента использования абразивных зерен, закрепленных в связке на рабочей поверхности шлифовального круга, который вводят в контакт с заготовкой и шлифуют ее. Способ осуществляют, рекуперируя абразивные зерна из шлама, образовавшегося в результате шлифования заготовки. В указанном способе коэффициент использования абразивных зерен определяют как отношение среднего размера зерна, извлеченного из шлама, к среднему размеру зерна, использованного в шлифовальном круге [3]. Полагая, что чем более мелкой будет фракция абразивного зерна, извлеченного из шлама, тем это зерно дольше работало и, следовательно, тем выше был коэффициент его использования. Руководствуясь указанным рассуждением, можно допустить, что подобный способ позволяет в известной степени судить о коэффициенте использования абразивных зерен. Однако, значительный недостаток указанного способа проявляется в том, что он не учитывает многообразия факторов износа шлифовального круга и, кроме того, характеризуется значительной трудоемкостью, что связано со сложностью процесса рекуперирования алмаза из шлама и необходимостью его последующей классификации.

Следует заметить, что для проектирования круга с оптимальной структурой необходимо знать, что конкретно послужило причиной удаления абразивного зерна из круга при его износе в процессе шлифования. Дело в том, что в процессе шлифования износ шлифовального круга вызывается целым комплексом причин и без их выявления представляется проблематичным определить коэффициент использования абразивных зерен.

Так, исследования показали, что процесс износа шлифовального круга, как правило, сопровождается потерей кругом абразивных зерен; при этом указанная потеря может быть результатом либо разрушения зерна из-за превышения допустимых напряжений в них, либо - результатом износа (разрушения) связки, когда она уже не может выполнять свои функции по удержанию зерна. Причем, было обращено внимание на то, что разрушение системы "абразивное зерно/связка" сопровождается либо полным удалением зерна, оставляющим после себя лунку, либо частичным его разрушением, когда оставшаяся часть зерна продолжает удерживать в связке и совершать процесс резанья.

Для проектирования оптимальной структуры и рациональной эксплуатации шлифовального инструмента необходимо определить, какой из указанных видов разрушений системы "абразивное зерно/связка" преобладает в данных условиях.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости процесса определения коэффициента использования абразивных зерен и повышение технической эффективности процесса шлифования. Указанный технический результат реализуется в способе определения коэффициента использования абразивных зерен, закрепленных в связке на рабочей поверхности шлифовального круга, который вводят в контакт с заготовкой и шлифуют ее. После проведения процесса шлифования и достижения рабочей поверхности круга состояния износа искомый коэффициент определяют как отношение суммарного количества лунок с остатками разрушенных абразивных зерен на изношенной рабочей поверхности круга к суммарному количеству лунок, оставшихся без абразивных зерен, подсчитанных на той же площади рабочей поверхности круга.

На основе многочисленных исследований было установлено, что типичным для износа рабочей поверхности шлифовального круга является наличие на этой поверхности:
1) лунок в связке с остатками абразивных зерен,
2) лунок в связке без абразивных зерен.

Первое свидетельствует о том, что в процессе шлифования были превышены допустимые напряжения в абразивных зернах, однако связка в зоне, примыкающей непосредственно к абразивному зерну, еще не изношена и способна удерживать частично изношенный (разрушенный), но еще участвующий в процессе шлифования абразив.

Наличие лунок без абразивных зерен на рабочей поверхности шлифовального круга свидетельствует о том, что часть абразивного зерна в процессе шлифования не полностью реализовала свои потенциальные возможности и в ходе шлифования была вырвана из связки, удерживающей способности которой оказалось недостаточно для данных условий шлифования.

Собранная информация о суммарном количестве абразивных зерен, частично разрушенных, но сохранивших режущую способность, и о суммарном количестве абразивных зерен, полностью удаленных из связки абразивного круга, применительно к заданной площади рабочей поверхности круга позволяет решить вопрос об изменении либо параметров структуры шлифовального круга, либо о внесении соответствующих корректив в режимы эксплуатации этого круга.

Так, например, в случае, если коэффициент использования абразивных зерен незначителен (т.е. большое количество абразивных зерен удаляется, не использовав свои потенциальные абразивные свойства), целесообразно увеличить алмазоудержание связки, либо решить вопрос о выборе соответствующей марки абразивного зерна для обеспечения большего адгезионного взаимодействия этого зерна со связкой.

Указанные мероприятия будут способствовать техноэкономической эффективности процесса шлифования.

Способ определения коэффициента использования абразивных зерен осуществляется следующим образом: шлифовальный круг вводят в контакт с заготовкой и после достижения рабочей поверхности круга состояния износа в результате процесса шлифования (что может быть определено визуально) круг устанавливают под микроскоп и на предварительно выбранной площади его рабочей поверхности определяют суммарное количество лунок, оставшихся на поверхности круга и содержащих остатки разрушившихся абразивных зерен, и суммарное количество лунок, оставшихся на поверхности круга и не содержащих абразивных зерен.

Пример. Испытанию подвергли алмазный круг 12А2-45 125•5•32 В1-01 100% АС4 125/100 на универсально-заточном станке при шлифовании заготовки из закаленной стали 35 ХГСА (HRC 52) с поперечным сечением 18•6. В ходе шлифования заготовки сошлифовали 30 г. Параметры испытания: скорость круга V=26 м/с, поперечная подача S_пoп=0,02 мм/дв. ход., продольная подача S_пp=1 м/мин. В качестве СОЖ использовали раствор кальцинированной соды. Для определения коэффициента использования абразивных зерен предлагаемым способом использовали микроскоп "БИОЛАМ" с увеличением х400. Для исключения случайных погрешностей и получения максимально объективной информации подсчет суммарного количества лунок осуществляли на трех площадках, равномерно разнесенных по рабочей поверхности шлифовального круга. Полученные данные о коэффициенте использования абразивных зерен на всех трех площадках практически неотличимы, что свидетельствует об объективности определения искомой величины.

Аналогичные испытания по определению коэффициента использования абразивных зерен были проведены по методике, описанной в прототипе. Для определения среднего размера зерна в шлифовальном круге и в шламе использовали методику химического восстановления. Измерение размеров абразивных зерен осуществляли с помощью лазерного дифракционного микроанализатора "Анализетте 22" фирмы "Fritsch" (Германия) с диапазоном измерения 0,16-600 мкм. Каждое измерение повторяли не менее 5 раз. Данные по коэффициенту использования абразивных зерен, полученные по предлагаемому способу и известной методике, практически сопоставимы, однако предлагаемый способ характеризуется значительно меньшей трудоемкостью, т.к. он лишен необходимости проведения значительной подготовительной работы по извлечению зерен из шлама и определению их среднего размера.

Снижение трудоемкости указанного процесса позволит шире использовать его для оптимизации структуры шлифовального инструмента, что послужит повышению эффективности процесса шлифования.

Источники информации
1. С.А. Попов "Геометрия рельефа режущей поверхности абразивных инструментов из синтетических алмазов и кубического нитрида бора", Сборник "Синтетические алмазы в промышленности", изд. Наукова думка, Киев, 1974, с. 47-48.

2. "Сверхтвердые материалы для промышленности", Киев, 1973, с. 101-102.

3. Сердюк В. М., Чаппалюк В.П. "Зависимость механизма износа кругов на органической связке от прочности алмазов", Научно-реферативный сборник "Синтетические алмазы", 1975, 5, с. 24-27.0

Изобретение предназначено для проектирования оптимальной структуры и рациональной эксплуатации шлифовального инструмента. Коэффициент определяют после шлифования заготовки и достижения шлифовальным кругом состояния износа, требующего правки, как отношение суммарного количества лунок с остатками разрушенных абразивных зерен на изношенной рабочей поверхности шлифовального круга к суммарному количеству лунок, оставшихся без абразивных зерен на той же площади рабочей поверхности шлифовального круга. Изобретение позволяет получать достоверные данные о коэффициенте и повысить эффективность процесса шлифования.

Способ определения коэффициента использования абразивных зерен, закрепленных в связке на рабочей поверхности шлифовального круга, которым шлифуют заготовку, отличающийся тем, что его определяют после шлифования заготовки и достижения шлифовальным кругом состояния износа, требующего правки, как отношение суммарного количества лунок с остатками разрушенных абразивных зерен на изношенной рабочей поверхности шлифовального круга к суммарному количеству лунок, оставшихся без абразивных зерен на той же площади рабочей поверхности шлифовального круга.