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.

Известен способ определения коэффициента использования абразивных зерен, осуществляемый в ходе замера износа рабочего слоя шлифовальных кругов с определением их рельефа [1]. 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 ЧП 1 и при 20-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.

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 нормальной геометрической поверхности в виде неровностей имеют разные размеры и могут быть разделены на три вида: макро-, микро- и субмикронеровности [2]. 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 актуальными является вопрос нахождения путей оптимальной структуры шлифовального инструмента на стадии его проектирования, что в конечном счете обеспечит рациональную эксплуатацию инструмента.

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 шлифует 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, косвенно можно определить искомый коэффициент. 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 факторы износа шлифовального круга и, кроме того, характеризуется значительной трудоемкостью, что связано со сложностью процесса рекуперирования алмаза из шлама и необходимостью его последующей классификации.

Исследуя рабочую поверхность изношенного шлифовального круга под микроскопом с увеличением х400, можно наблюдать три основные направления износа шлифовального круга. Так было обращено внимание [2] на то обстоятельство, что в процессе шлифования вследствие сглаживания рельефа круга и, следовательно, вершин абразивного зерна, увеличивается контактная площадь между шлифовальным кругом и шлифуемой заготовкой. Коэффициент режущей способности при этом значительно (почти в три раза) снижается, что сопровождается повышением силы резания и коэффициента трения. На абразивное зерно начинают воздействовать силы, которые уже превышают удерживающую способность связки. В то же время связка в зоне, примыкающей к абразивному зерну, к этому времени также подвергалась износу.

Таким образом, одновременно наступает момент, когда: а) ослабевает удерживающая способность связки и б) значительно растет коэффициент трения между сглаженной поверхностью зерна и заготовкой. В результате зерно теряет устойчивость и, не разрушаясь, вырывается из связки. Вероятно, вследствие мгновенно протекающего процесса вырыва зерна оно не разрушает связку и оставляет после себя отпечаток (лунку), форма которого практически не отличается от формы оставившего его зерна. Описанная схема потери кругом абразивного зерна характерна для первого направления износа шлифовального круга.

Для второго (условно) направления характерен износ, при котором на изношенной рабочей поверхности круга наблюдаются следы износа с наличием остатков абразивного зерна, находящегося (вследствие своего разрушения) ниже уровня удерживающей его связки и потому практически лишенного возможности участвовать в процессе резания (шлифования).

Ход процесса износа по второму направлению может быть объяснен тем, что в ходе шлифования были превышены допустимые напряжения в абразивных зернах, что связано либо с неправильно выбранными режимными параметрами шлифования, либо с использованием в круге недостаточно прочного абразивного зерна. И, наконец, на рабочей поверхности шлифовального круга есть лунки (отпечатки) без абразивных зерен и несущие следы разрушения связки абразивным зерном на ранней стадии эксплуатации шлифовального круга, что свидетельствует о низкой удерживающей способности связки, когда абразивное зерно, практически не изношенное, было вырвано из связки, с разрушением зоны, примыкавшей к этому зерну.

Анализ указанных направлений износа шлифовального круга представляет значительный интерес для обеспечения возможности проектирования оптимальной структуры и рациональной эксплуатации шлифовального инструмента. Так, анализируя износ шлифовального круга по описанному выше первому направлению с точки зрения коэффициента использования зерна, можно заключить, что режущая способность этого зерна была максимально использована и оно прекратило свое функционирование в качестве режущего элемента круга в то время, когда коэффициент трения возрос настолько, что дальнейшее функционирование такого зерна привело бы к недопустимому росту теплонапряженности процесса шлифования.

Очевидно, что информация о суммарном количестве отпечатков на рабочей поверхности шлифовального круга, оставшихся от таких зерен, отнесенном к суммарному количеству всех отпечатков на том же участке поверхности, удаленных из круга в результате его износа в ходе шлифования, позволит судить о коэффициенте использования абразивных зерен.

Иными словами, чем больше отпечатков с характерными для абразивного зерна формами (многогранность, наличие острых углов) будет обнаружено на поверхности шлифовального круга, достигшего состояния износа, тем выше работоспособность этого круга. И, напротив, малое количество таких отпечатков (менее 60 %) свидетельствует о необходимости внесения корректив в части изменения прочностных характеристик используемого абразива или связки, либо того и другого.

Таким образом, в результате износа шлифовального круга происходит разрушение системы "абразивное зерно - связка". Для проектирования оптимальной структуры и рациональной эксплуатации шлифовального инструмента необходимо определить причины разрушения указанной системы в данных условиях шлифования. Техническим результатом данного изобретения является возможность получения достоверных данных о коэффициенте использования абразивных зерен и снижение трудоемкости процесса получения этих данных.

Указанный технический результат реализуется в способе определения коэффициента использования абразивных зерен, закрепленных в связке на рабочей поверхности шлифовального круга, которым шлифуют заготовку. Указанный коэффициент определяют после шлифования заготовки и достижения шлифовальным кругом состояния износа. Определяют суммарное количество отпечатков, форма которых не отличается от формы абразивных зерен, оставшихся на поверхности круга в связке от удаленных абразивных зерен. На той же площади (на том же участке) рабочей поверхности круга определяют суммарное количество лунок (отпечатков), оставшихся от всех удаленных абразивных зерен. Искомый коэффициент использования абразивных зерен определяют как отношение суммарного количества отпечатков, форма которых не отличается от формы оставивших их абразивных зерен, к суммарному количеству отпечатков, оставшихся от всех абразивных зерен в результате износа круга.

Пример
Испытывали алмазный круг 12А2-45 125 х 195 х 5 х 32 В 1-01 100 % АС6 125/100 на универсально-заточном станке при шлифовании заготовки из закаленной стали 35ХГСА (HRC 52) с поперечным сечением 18 х 6 мм.

Перед измерением с образца сошлифовали 30 г металла, доведя круг до состояния износа, требующего правки.

Параметры проведения испытаний: 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 3 % раствора кальцинированной соды.

Для определения среднего размера зерна в шлифовальном круге и среднего размера зерна в шламе (для определения коэффициента использования абразивных зерен по прототипу) использовали методику химического восстановления. Измерение размеров абразивных зерен осуществляли с помощью лазерного дифракционного микроанализатора "Анализетте 22" фирмы "Fritsch" (Германия) с диапазоном измерений 0,16-600 мкм. Размер абразивных зерен оценивали средним значением распределения. Каждое измерение повторяли 5 раз.

Для определения коэффициента использования абразивных зерен по предлагаемому способу использовали микроскоп "БИОЛАМ" с увеличением х400. Для исключения случайных погрешностей и получения максимально объективной информации подсчет суммарного количества лунок (отпечатков), форма которых не отличается от формы оставивших их абразивных зерен в результате износа круга, осуществляли на трех площадках, равномерно разнесенных по рабочей поверхности шлифовального круга.

Полученные данные о коэффициенте использования абразивных зерен на всех трех площадках практически не отличимы, что свидетельствует об объективности определения искомой величины.

В данном случае было определено, что отпечатки, форма которых соответствует форме оставивших их абразивных зерен на исследуемом участке рабочей поверхности шлифовального круга, составили 64 % от общего количества отпечатков, оставленных всеми удаленными в результате износа круга зернами. Полученные результаты позволили сделать вывод о приемлемости использования шлифовального круга и назначенных режимов шлифования.

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

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

2. 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.

3. Сердюк В. М. , Чапалюк В.П. "Зависимость механизма износа кругов на органической связке от прочности алмазов", Научно-реферативный сборник "Синтетические алмазы", 1975, 5, с. 24-27.

Изобретение предназначено для проектирования оптимальной структуры и рациональной эксплуатации шлифовального инструмента. Коэффициент определяют после шлифования заготовки и достижения кругом состояния износа как отношение суммарного количества отпечатков, оставшихся от удаленных абразивных зерен, форма которых не отличается от формы оставивших их абразивных зерен, к суммарному количеству отпечатков, оставшихся в связке от всех удаленных абразивных зерен на том же участке той же площади рабочей поверхности шлифовального круга. Изобретение позволяет получать достоверные данные о коэффициенте и снизить трудоемкость их получения.

Способ определения коэффициента использования абразивных зерен, закрепленных в связке на рабочей поверхности шлифовального круга, которым шлифуют заготовку, отличающийся тем, что указанный коэффициент определяют после шлифования заготовки и достижения кругом состояния износа, как отношение суммарного количества отпечатков, оставшихся от удаленных абразивных зерен, форма которых не отличается от формы оставивших их абразивных зерен, к суммарному количеству отпечатков, оставшихся в связке от всех удаленных абразивных зерен на том же участке той же площади рабочей поверхности шлифовального круга.