Наукові основи шліфування інструментальних матеріалів із спрямованою зміною характеристик контактних поверхонь

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут надтвердих матеріалів

ім. В.М. Бакуля

УДК 621.923.6

НАУКОВI ОСНОВИ ШЛIФУВАННЯ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ IЗ СПРЯМОВАНОЮ ЗМІНОЮ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТАКТНИХ ПОВЕРХОНЬ

Спецiальнiсть - 05.03.01 - Процеси механiчної обробки, верстати та iнструменти

Автореферат

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

доктора технiчних наук

ЛАВРIНЕНКО Валерiй Iванович

Київ 2000

Дисертацiєю є рукопис.

Робота виконана в Iнститутi надтвердих матерiалiв НАН України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Розенберг Олег Олександрович, ІНМ НАНУ, зав. відділом

Офiцiйнi опоненти: доктор технiчних наук, ст. наук. співр. Виноградов Олександр Олександрович, Інститут надтвердих матеріалів НАН України

доктор технiчних наук, професор Внуков Юрій Миколайович Запорізький державний технічний університет, проректор з наукової частини

доктор технiчних наук, професор Головко Леонід Федорович НТУУ “Київський політехнічний інститут”

Провiдна організація - Харківський державний політехнічний університет (Кафедра різання матеріалів та різальних інструментів)

Захист вiдбудеться “ 17 “ лютого 2000 р. о 13-30 годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д 26.230.01 при Iнститутi надтвердих матерiалiв НАН України за адресою: 04074, м.Київ-74, вул. Автозаводська, 2.

З дисертацiєю можливо ознайомитися у бiблiотецi Iнституту надтвердих матерiалiв НАН України.

Автореферат розiсланий “ 11 “ січня 2000 р.

Вашi вiдгуки на дисертацiю у двох примiрниках, завiренi гербовою печаткою установи, просимо надсилати за вказаною адресою на iм'я вченого секретаря спецiалiзованої вченої ради.

Вчений секретар

спецiалiзованої вченої ради,

доктор технiчних наук Майстренко А.Л.

Загальна характеристика роботи

Актуальнiсть проблеми. Для сучасного машинобудування характерним є широке використання нових розробок з галузi матерiалознавства по створенню та вдосконаленню інструментальних матерiалів. В їх структуру, для підвищення твердості, міцності, хімічної інертності, зниження коефіцієнту тертя, вводять карбіди перехідних металів IVb - Vb підгруп. Це є характерним для: швидкоріжучих сталей (введення карбідів ванадію та ніобію); твердих сплавів (карбідів титану, танталу, ніобію); безвольфрамових твердих сплавів (БВТС) на основі карбіду титану; інструментальних керамік (карбідів титану та цирконію).

Для вирізнення наведені матеріали в науковій літературі отримували назву по цим карбідам - ванадієві, титано-танталові, оксидно-карбідні. Оскільки нами у дисертаційній роботі була розглянута не одна група інструментальних матеріалів, а всі, вказані вище, то вони нами об'єднані і мають одну формальну ознаку - наявність у їх складі карбідів металів IVb - Vb підгрупи. Це є фактично ознака причетності наведених інструментальних матеріалів до групи важкооброблюваних матеріалів. Шліфування таких матеріалів, характерізується швидкою втратою кругом ріжучої здатності, підвищенням, як наслідок, силових та температурних факторів процесу шліфування, що призводить до зниження механічних характеристик їх поверхневого шару, виникнення тріщин та виколок. Такі ускладнення при обробці пов'язані у значній мірі з тим, що наведені матеріали, кожні в своїх групах мають найбільш: високі механічні показники, наприклад твердості; низькі показники теплопровідності; низьку стійкість проти окислення, яка обумовлюється виділенням при цьому металу та неметалу (С), а якщо врахувати характерну для вказаних карбідів наявність певної області гомогенності, то це істотно впливає на механічні характеристики та якість поверхневого шару.

У зв'язку з цим, максимальна продуктивність обробки таких матеріалів кругами з НТМ складає лише від 900 до 1200 мм³/хв., що є вкрай недостатнім для сучасного виробництва, зважаючи на те, що їх частка у загальному випуску сягає за 25 % і спостерігається тенденція до її збільшення. Тому, вирішення питання про підвищення ефективності обробки інструментальних матеріалів, які містять у структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, є актуальною та важливою проблемою.

Реальним засобом iнтенсифiкацiї процесу обробки вказаних матеріалів є зниження контактних навантажень у зоні шліфування шляхом зміни характеристик контактних поверхонь за рахунок введення у зону обробки додаткової енергiї (процеси електрошліфування), що дозволить керувати характером контактних процесів у зоні обробки, використовуючи: змiну стану та складу плiвок на контактних поверхнях, формозміну ріжучої поверхні кругів, ефекти зміни концентрації рухомої фази інструментальних композитів. Слід зазначити, що пряме використання традиційних процесів електршліфування не дозволить досягти необхідної мети, оскільки для цього необхідно змінити спрямованість фізико-хімічного впливу.

В цілому, розробка наукових засад підвищення ефективності процесів шліфування вказаних вище матеріалів за рахунок цілеспрямованої зміни характеристик контактних поверхонь кругу та обробного виробу дозволить керувати процесами механічної та фізико-хімічної взаємодії при шліфуванні та створювати енергоекономні технології і нові інструменти, що є важливою науково-технічною проблемою, яка має велике народно-господарське значення. Її вирішенню і присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася у вiдповiдностi з планами науково-дослiдних робiт IНМ НАН України, Всесоюзної (колишнього СРСР) Програми КП НТП СЕВ по САПР (завдання 5.20 та 5.21), проектам ДКНТ України 5.43.07/05-92 та 04.04.03/004к-95.

Мета і задачі дослідження полягають у розробці наукових основ підвищення ефективності процесів шліфування важкооброблюваних інструментальних матеріалів, які мають у структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, кругами з НТМ за критеріями продуктивності та якості обробки за рахунок спрямованої зміни характеристик контактних поверхонь кругу та обробного виробу на базі експериментально-аналітичного дослідження фізичних та хімічних процесів у зоні обробки.

Досягнення цієї мети визначало вирішення наступних задач:

- провести аналіз особливостей високопродуктивної обробки інструментальних матеріалів, що вміщують карбіди металів IVb - Vb підгруп, із введенням додаткової електричної енергії в зону обробки і визначити умови керування процесами зміни характеристик контактних поверхонь з метою підвищення продуктивності обробки, зменшення зносу кругів та енергоємності процесів шліфування;

- визначити можливості спрямованого та керованого використання сукупності механічних, електрохiмiчних та електрофiзичних процесiв при електрошлiфуваннi вказаних матеріалів, визначити роль електродних процесів при цьому, встановити закономiрностi анодної та катодної поляризацiї сто-совно процесiв електрошлiфування, особливості формування i склади анодних та катодних плiвок;

- вивчити закономірності формозмiни рiжучої поверхнi шлiфувальних кругiв iз НТМ при торцьовому шліфуванні у радіальному та коловому напрямку з урахуванням підвищення продуктивності обробки та визначити умови підвищення працездатності зерен НТМ;

- визначити особливості розташування зерен у ріжучому шарі кругу, з урахуванням цього провести розрахунки напружено-деформованого стану системи “зерно - зв'язка”;

- на основi визначення спрямованості процесів та теорiї контактної взаємодiї двох тiл, розташованих у електричному полi, отримати теоретично і пiдтвердити експериментально залежностi для розрахунку величин електрохiмiчного та електроерозiйного струмiв i визначити частку електрохiмiчного струму у загальному;

- створити наукові засади розробки нових конструкцiй кругiв з НТМ iз стабiлiзованою формою профiлю їх рiжучої поверхнi, нових складів електролітiв із спрямованою дією та технологiчних рiдин для обробки інструментальних матеріалів;

- відпрацювати нетрадицiйнi показники iнформацiйної структури шлiфувальних кругiв та бази даних стосовно САПР шліфувальних кругів i технологiй шлiфування;

- розробити новi технологiчнi процеси високопродуктивної та якісної обробки iнструментальних матерiалiв, що вміщують карбіди металів IVb - Vb підгрупи, та впровадити їх у виробництво.

Наукова новизна:

1. Розроблено наукові засади підвищення ефективності процесів електрошліфування інструментальних матеріалів, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb підгрупи, кругами з НТМ, що базуються на концепції поділу спрямованості механічного, електрохімічного та електрофізичного впливів і показано, що основними процесами, які дозволяють керувати такою спрямованостю є катодні процеси.

2. Виявлені закономірності хвильової формозміни ріжучої поверхні кругів з НТМ при шліфуванні, що призводять до реального зменшення площі поверхні, відповідальної за з'єм припуску. Вперше встановлена нерівномірність руху хвильової формозміни у коловому напрямку і визначений її механізм. Наведене, дозволило уточнити механізм з'єму матеріалу при торцьовому шліфуванні, отримати аналітично рівняння критичної продуктивності шліфування та визначити умови зниження зносу кругів при перевищенні значення такої продуктивності.

3. На основі великих масивів експериментальних даних (від 500 до 5000 точок) уточнений закон розподілу показника міцності зерен шліфпорошків НТМ із діапазону, найбільш поширеного для процесів шліфування, і встановлено, що він підпорядковується не нормальному, як це прийнято, а логарифмічно-нормальному закону розподілу.

4. За допомогою положень теорії пружності, при визначенні напружено-деформованого стану системи “зерно-зв'язка” з урахуванням реальних кутів нахилу зерен, встановлено, що та частка зерен, яка не нахилена назустріч напрямку дії тангенціальної складової зусилля різання, знаходиться в край несприятливій зоні напружень і висунуте припущення, що внаслідок цього, за умов перевищення критичної продуктивності обробки, їх участь у з'ємі припуску є несуттєвою.

5. На основі вивчення кинетики електродних процесів визначений елементний склад і особливості формування анодних та катодних плівок стосовно умов електрошліфування, що дозволило встановити механізм їх спрямованого формування для умов явної та неявної поляризації, а також замiни насичених електролітiв - спрямованими, у яких реалізовано ефект регенерованого гідрооксидного блоку у МЕП.

6. Вперше, стосовно умов електрошлiфування iнструментальних матерiалiв кругами з НТМ, визначений дiапазон напруг технологiчного струму у якому має мiсце ефект “змащування струмом” i показано, що цей ефект може дiяти виключно за умов вiдсутностi анодних оксидних плiвок на поверхні матеріалу, що піддається обробці.

7. На основі положень теорії пружньо-зігнутих тіл та рішення вісесиметричної задачі теорії пружності ізотропного тіла стосовно до конструкцій шліфкругів розроблене методико-програмне забезпечення визначення їх осьової жорсткості і запропоновані нові показники інформаційної структури кругів: показники питомої та відносної жорсткості, критерій її достатньості, що дозволяє визначити можливості використання більш дешевих і менш дефіцитних матеріалів у корпусах шліфкругів без втрати, на відміну від відомих рішень, необхідної їх працездатності.

Практичне значення роботи:

- розроблено новi технологiчнi процеси обробки iнструментальних матерiалiв, що вміщують карбіди металів IVb - Vb підгруп: безвольфрамових твердих сплавiв, економнолегованих швидкорiжучих сталей, інструментальних керамік, складнолегованих твердих сплавiв;

- розроблено нові конструкції шліфувальних кругів із НТМ з ура-хуванням положення про критичну продуктивність, оснащення для їх виготовлення та необхідна технічна документація для їх виробництва;

- розроблено нові склади електролітів та технологічні рідини із спрямованою дією на зміну характеристик контактних поверхонь;

- розроблено нетрадицiйнi показники iнформацiйної структури шлiфкругiв та бази даних для САПР кругів i технологiй шлiфування;

- розроблено рекомендації з ефективного застосування та впровадження нових процесів шліфування.

Отримані наукові та практичні результати, винаходи і рекомендації впроваджено на 17 підприємствах України та Росії. Це дозволило назагал досягти підвищення продуктивності шліфування інструментальних матеріалів у 1,3...1,8 рази, зносостійкості кругів у 1,5...2,2 рази, вилучити імпортні та впровадити вітчизняні круги і зекономити для підприємств України валютні кошти.

Особистий внесок автора у розробку проблеми. У дисертаційній роботі наведені результати досліджень, які були виконані під науковим керівництвом і при безпосередній участі автора в період з 1984 по 1999 р.р. Розробка методик досліджень, аналіз і узагальнення одержаних результатів, формулювання всіх основних узагальнюючих положень дисертації виконані автором особисто.

З наукових результатів особистим внеском автора є:

- розробка моделі хвильової формозміни ріжучої поверхні кругу у процесі шліфування та визначення механізму нерівномірного руху хвильової формозміни у коловому напрямку;

- теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження положення про критичну продуктивність шліфування та визначення умов зниження зносу кругів при перевищенні значення такої продуктивності;

- визначення просторового розташування зерен НТМ у ріжучому шарі кругу та особливості формування нахилу зерен у процесі виготовлення кругу;

- встановлення особливостей впливу катодних плівок на зміну характеристик робочої поверхні кругу за умов явної та неявної поляризації; розрахунок електрохімічної складової загального струму;

- вивчення особливостей формування та складу катодних плівок, що виникають на робочій поверхні кругу стосовно умов електрохімічного шліфування та за умов неявної поляризації;

- дослідження та встановлення умов виникнення ефекту зміни градієнту рухомої фази композитів у поверхневому шарі;

- визначення більш як 70 залежностей по зв'язку найбільш поширених параметрів шорсткості з основним параметром R_a для різних способів та методів шліфування інструментальних матеріалів, що дозволяє за рахунок вибору технології обробки спрямовано змінювати геометричні характеристики обробної поверхні.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися на Міжнародних, Всесоюзних (колишнього СРСР) та українських конференціях, семінарах, симпозіумах: “Технологическое управление триботехническими характеристиками узлов машин” (м. Кишинів, 1985 р.), “Применение прогрессивных инструментальных материалов и методов повышения стойкости режущих инструментов” (м. Краснодар, 1985, 1988 р.р.), “Шлифование-86” (м. Єреван, 1986 р.), “Электрохимическая размерная обработка деталей машин” (м. Тула, 1986 р.), “Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами деталей машин” (м.Брянськ, 1986р.), “Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов” (м. Юрмала, 1987 р.), “Стойкость и диагностика режущего инструмента в условиях автоматизированного производства” (м. Іжевськ, 1988 р.), “7-th INTERGRIND” (Budapest, 1988 р.), “Повышение эффективности технологических процессов машиностроительных производств” (м. Барнаул, 1989 р.), “Повышение качества и надежности маши-ностроительной продукции” (м. Луцьк, 1989 р.), “Сверхтвердые материалы в ресурсосберегающих технологиях” (м. Київ, 1989 р.), “Obrobka materialow niemetalowych” (м. Rzeszow, 1990 р.), “International conference on engineering design” (Dubrovnik, 1990 р.), “Повышение эффективности применения электрофизических и электрохимических методов обработки” (м. Ленінград, 1990 р.), “Прогрессивные технологии в машиностроении” (м. Одеса, 1991 р.), “Пути повышения качества и надежности деталей из порошковых материалов” (м. Рубцовськ, 1991 р.), “INTERGRIND' 91” (м. Ленінград, 1991 р.), “Прогрессивная техника и тех-нология машиностроения” (м. Донецьк-Севастополь, 1995 р.), “Современные проблемы машиноведения” (м. Гомель, 1996р.), “Износостойкость машин” (м. Брянськ, 1996 р.), “Номатех-96” (м. Мінськ, 1996 р.), “Высокие технологии в машиностроении” (м. Харків-Алушта, 1992, 1994, 1996 - 1999 р.р.), 2-й Електрохімічний з'їзд України (м. Дніпропетровськ, 1999 р.).

Публікації. За темою дисертації надруковано 172 праці, серед яких: 3 монографії, 10 брошур, 25 свідоцтв на винаходи, 3 свідоцтва на промислові зразки. 11 робіт, у т. ч. 1 монографія та 2 свідоцтва на винаходи опубліковані без співавторів.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 7 розділів, загальних висновків, переліку літератури з 316 найме-нувань і додатку. Вона викладена на 264 сторінках основного тексту з 87 малюнками та 84 таблицями. Загальний об'єм роботи складає 487 стор.

Зміст роботи

інструментальний обробка метал енергія

Структура дисертації відображає послідовність вирішення теоретичних та експериментальних досліджень. У першому розділі наведені властивості інструментальних матеріалів, які містять у структурі карбіди металів IVb - Vb підгрупи, висвітлено основні концепції існуючих процесів їх обробки, сформульовано мету та задачі досліджень. Другий розділ присвячений обгрунтуванню вибору методик проведення досліджень, визначенню показників процесу шліфування з урахуванням зміни характеристик контактних поверхонь та методів їх вимірювання, оцінки їх достовірності. Третій розділ вміщує виклад основних результатів досліджень фрикційного контакту при шліфуванні інструментальних матеріалів, розглянута сутність електрохімічних процесів при електрошліфуванні та встановлені залежності розрахунку електрохімічної та електроерозійної складової загального струму, обгрунтована концепція поділу спрямованості процесів при електрошліфуванні та визначені на цій основі умови зміни характеристик контактних поверхонь за рахунок формування катодних і анодних плівок та умови отримання позитивних ефектів катодної поляризації без введення енергії в зону обробки. Четвертий розділ присвячений обгрунтуванню уточненого механізму з'єму матеріалу з урахуванням зміни геометрії контакту на основі запропонованої моделі хвильової формозмiни рiжучої поверхнi кругiв, обгрунтоване положення про критичну продуктивність та визначені методи зниження зносу кругів при підвищенні продуктивності обробки. У п'ятому розділі розглянуті умови виникнення ефектів зміни фазового складу приповерхневого шару композитів з метою підвищення іх зносостійкості та засоби керування такими процесами. В шостому роздiлі представлені результати розробки спецiальних конструкцiй кругiв з фiксованою формозмiною їх поверхнi при шлiфуваннi, аналізуються статистичнi залежностi взаємозв'язку параметрiв шорсткостi обробної поверхнi, а також новi показники iнформацiйної структури шлiфувальних кругiв. У сьомому роздiлi на основі результатів розробки обгрунтовано рекомендації по застосуванню нових технологiчних процесiв шлiфування iнструментальних матерiалiв, їх дослiдно-промислової перевiрки та впровадження у виробництво.

Перший роздiл. Виконаний аналiз лiтературних даних з фiзико-механiчних властивостей iнструментальних матерiалiв, які містять у структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, та показані причини їх незадовільної шлiфуємості. У пошуку шляхів вирішення цієї проблеми значна кількість наукових праць присвячена дослідженню особливостей контактних процесів при шліфуванні, у т.ч. із введенням додаткової енергії. У цьому напрямку вiдомi фундаментальнi працi вiтчизняних дослiдникiв Беззубенка М.К., Бердника В.В., Внукова Ю.М., Гостєва В.В., Грабченка А.I., Гурвича Р.О., Захаренка І.П., Новосьолова Ю.К., Новiкова Ф.В., Матюхи П.Г., Савченка Ю.Я., Узуняна М.Д., Шепелєва А.О., Якiмова О.В. та iн. Аналiз сучасних уявлень про механiзм високопродуктивного з'єму матерiалу свідчить, що основним засобом при цьому є застосування додаткового впливу: механічного, електрохiмiчного, електроерозійного та iн. Цей пiдхiд є позитивним, дозволяє вирiшити багато проблем обробки, але безпосередньо використовувати відомі рішення для вказанної вище групи матеріалів ми не можемо внаслідок проблем, що виникають додатково. Так, при електрохімічному шліфуванні, це буде показано далі, ще більше послабляється їх поверхня за рахунок інтенсивних анодних процесів, а при електроерозійному шліфуванні попадання електророзрядів, при прямому пробої міжелектродного проміжку, на обробну поверхню (наприклад, БВТС або керамік) призводить до її розтріскування та виколок, що автоматично виключає можливість підвищення продуктивності обробки для таких матеріалів вказаними методами.

Наведене вище, свідчить про те, що в нашому випадку в зону обробки при традиційних методах електрошліфування вводиться надлишкова енергія, яка йде не на користь, а лише призводить до певних ускладнень. Тим самим, для високопродуктивного шліфування вказаної вище групи матеріалів необхідно мати такий процес обробки, який би виключав негативну дію як інтенсивних електрохімічних, так і інтенсивних електрофізичних процесів. Просте зменшення кількості цієї енергії не дозволить досягти необхідного ефекту, оскільки справа не в її кількості, а в спрямованості на досягнення певного ефекту. Як свідчать літературні дані, ресурсу механічного різання зернами НТМ цілком достатньо для досягнення високої продуктивності шліфування, але необхідно забезпечити умови використання цього ресурсу та значно знизити негативні прояви контактних процесів у зоні обробки, які призводять до погіршення якості обробної поверхні. Зробити це, на наш погляд, можливо тiльки за рахунок докорiнної переробки концепції технологiй електрошлiфування шляхом розробки ефективних енергоекономних технологiй на основi змiни характеристик електроконтактних поверхонь.

Крім того, як свідчить аналіз літературних джерел, при підвищенні продуктивності обробки ми, додатково до вказаних вище проблем, стика-ємося з протиріччям, яке є характерним для процесів шліфування, і яке пов'язане з тим, що таке підвищення призводить до одночасного збільшення зносу кругів та погіршення шорсткості обробної поверхні. Характерні криві “продуктивність-знос кругу” і “продуктивність-шорсткість” мають дві зони: невеликого приросту показників q та R_a із підвищенням продуктивності і катастрофічного приросту, пов'язаних із формозміною ріжучої поверхні кругу. Переважно дослідники нехтують такою формозміною і вважають, що вся ріжуча поверхня кругу є відповідальною за з'єм матеріалу за оберт кругу, а це, на наш погляд, вносить досить суттєву похибку, тому що реально вона є значно меншою. У зв'язку з цим виникає питання про можливість компенсації дефіциту зовнішньої поверхні за рахунок внутрішньої, або за рахунок використання ефектів зміни градієнту рухомої фази інструментальних композитів, що в літературі майже не знайшло відображення.

Тому, у основу роботи і був покладений єдиний підхід до проведення теоретичних та експериментальних досліджень, який базується на положеннях теорії тертя та зношування про те, що зміну характеристик контактних поверхонь необхідно розглядати, по-перше, як формування плівок на контактних поверхнях, по-друге, як зміну геометрії контакту, і, по-третє, як зміну фазового складу приповерхневого шару. З лiтератури вiдомi деякi дослiдження по розробцi методiв шлiфування на основі елементів наведених положень, але вiдсутня база для створення наукового пiдходу у цьому напрямку.

Роздiл закiнчується обгрунтуванням мети та завдань дослiджень, якi випливають з аналiзу лiтературних джерел.

Другий розділ. Для вирішення завдань, які поставлені у роботі, використовувалися відомі та спеціально розроблені методики досліджень, наприклад, по встановленню нетрадиційних показників інформаційної структури шліфувальних кругів, коефіцієнту тертя стосовно умов шліфування, впливу технологічних рідин на інтенсивність зношування інструментальних композитів. Дослідження провадилися на обладнанні, яке широко використовується в інструментальній промисловості, з додатковою його модернізацією для вивчення дії електрохімічного та електроерозійного впливу на процес обробки за умов плоского торцьового багатопрохідного та пружнього шліфування, що є найбільш характерним для шліфування ріжучого інструменту. У якості обробних використовували інструментальні матеріали, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп: економнолеговані швидкоріжучі сталі (Р6М5Ф3, А11Р3М3Ф2 та ін.), безвольфрамові тверді сплави (ТН20, ТН50, КНТ16), складнолеговані вольфрамові тверді сплави (ТТ20К9, ТТ8К10Б та ін.), оксидно-карбідні кераміки (ВОК60, ВОК71 та ін.), що були виготовлені УкрНДІспецсталь і СКТС та ТМ (Україна), заводом “Победит”, МКТС, КЗТС, СП “МКТС-Хертель”, МДЗ ТМ та ТС (Росія). У якості кругів з НТМ застосовували стандартні та спеціальні шліфувальні круги форм 6А2, 12А2-45^О, 12А2-20^О, 12А2-25^О, 12А9В, 12D9 виготовлення Дослідного заводу ІНМ НАН України, ПЗША та АІ (Україна), заводу “Ільїч” (Росія), фірм “Вінтер” та “Вендт” (Німеччина), “Агатон” (Швейцарія).

Вивчення закономірностей процесу шліфування вказаних важкообробних інструментальних матеріалів, ефектів зміни характеристик контактних поверхонь кругу та обробного виробу здійснювалося із залученням сучасних методів профілометрії, оптичної та електронної мікроскопії, термічного аналізу, рентгенографії, металографії, потенціометрії, тензометрії, аналітичної хімії.

Обгрунтованість та достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджуються постановкою і вирішенням задач із застосуванням відомих положень механіки, тертя та зношування, аналітичної хімії, теорії шліфування, теорії пружності, електрохімії, широким використанням статистичних методів оцінки результатів досліджень, сходимістю розрахункових даних з результатами експериментальних досліджень і з відомими результатами інших дослідників, достатньо великим обсягом екпериментальних досліджень, наприклад, для встановлення закону розподiлу показника міцності зерен НТМ, використовувалися вибірки обсягом вiд 500 до 5000 точок, для виявлення кореляційного зв'язку між показниками шорсткості обробної поверхні об'єм досліджених експериментальних даних склав майже 4500 точок. Для виявлення закономірностей використовували сучасні методики обробки даних на ПЕОМ (YPCON, “Термопружність” та ін.).

Третiй роздiл. Оскільки для інструментальних матеріалів, що вміщують карбіди металів IVb - Vb підгрупи, велике значення мають контактні процеси у зоні обробки, то нами визначені значення їх коефіцієнтів тертя із зв'язками кругів з НТМ стосовно реальних умов шліфування. Встановлено, що при цьому коефіцієнт тертя найбільший у зв'язок: кера-мічних - 0,15...0,28 та металевих на основі кобальту (0,12...0,34) і Cu - Al - Zn (0,13...0,26). А ось у кругів на полімерних зв'язках 0,07...0,13, та на металевих з основами Cu - Sn - Sb (0,07...0,10) і Cu - Sn (0,05...0,11) цей коефіцієнт значно нижче, що є для нашого випадку вкрай важливим. Але, вкажемо, що круги на металевих зв'язках мають невисоку ріжучу здатність, яку можливо забезпечити за рахунок електроерозії. Між тим, дослідження свідчать про те, що процес електроерозійного шліфування кругами з НТМ для вказаної вище групи інструментальних матеріалів застосовувати недоцільно, оскільки він окрім вказаного вище погіршення якості призводить до підвищеного зносу кругів та зростання собівартості обробки. Тому, у подальшому, основна увага була спрямована нами на можливості процесу електрохімічного шліфування (ЕХШ) кругами з НТМ, для чого розглянута сутність електрохімічних процесів при ЕХШ.

Традиційно дослідники прагнуть до забезпечення максимального значения анодного виходу за струмом, але, нашими дослідженнями виявлено, що навіть за найсприятливих умов ЕХШ кругами з НТМ він складає не більше 10 %. А якщо врахувати те, що підвищення температури електроліту у процесі обробки лише на 20^О зменшує вихід у 1,6 рази, а використання некорозійноактивних електролітів знижує вихід ще у 1,3...2,7 рази, то слід визнати, що за цих умов анодна поляризація не може привести до відчутних результатів у електрохімічному розчиненні.

З урахуванням проведених досліджень виникає необхідність оцінки величини електрохімічної складової загального струму, на який можливо розраховувати у з'ємі припуску. Для аналізу електрохімічного шліфування виділемо елементарну електрохімічну комірку, до складу якої входять елементи поверхні кругу та виробу і технологічна рідина, а найбільш важливим параметром є величина мiжелектродного промiжку (МЕП). Ве-личина МЕП визначалася нами з урахуванням коефiцiєнту критичного утримання зерна у зв'язцi кругу (), середньоймовiрної товщини зрiзаємого кругом шару () та глибини електрохiмiчного розчинення () матерiалу. Для випадку плоского торцьового шлiфування з подовжньою подачею МЕП розраховували як: = (1 - ) - + . З урахуванням перетворень отримано рiвняння для розрахунку МЕП стосовно умов ЕХШ кругами з НТМ:

, м. (1)

У формулу (1) входять: продуктивність шліфування (Q), швидкість обертання кругу (v_K), відносна концентрація НТМ (К), коефіцієнт розподілу зерен (), кут загострення зерен (), товщина обробного виробу (h), зовнішній діаметр (D) та ширина ріжучої поверхні (В) кругу, а також показники електрохiмiчного розчинення, якi для умов ЕХШ кругами з НТМ практично не вивченi. Тому, у дисертацiї наведенi розрахунки величин електрохiмiчних еквiвалентiв (_V) та експериментальні дані значень виходу за струмом (). Відомо, що густина струму у промiжку мiж електродами дорiвнює:

, А/м² ( 2 )

Для можливості використання формули (2) нами визначенi стандартнi потенцiали електродiв (_{а К}) та електропровідності () комірок з різними складами електролітів стосовно умов електрошліфування.

Густину струму електрохімічної складової визначено з системи рiвнянь (1) та (2) у вигляді:

, А/м² ( 3 )

де, для зменшення громіздкості залежності ( 3 ), введено показники

та

.

Конкретні данi обрахування густини електрохiмiчної складової струму наведені у дисертації. З них виходить, що її частка у загальному струмі є знову ж таки невеликою і складає від 8 до 15 %.

А переважну частку складає електроерозійна складова сили струму. При ЕХШ є звичайним, а особливо це характерно для підвищених режимів, виникнення небажаних електроерозійних розрядів у зоні обробки. Історично так склалося, що дослідники намагалися їх позбутися, щоб поліпшити дієвість електрохімічних процесів. Але дослідження засвідчили, що це зробити неможливо, тому основна увага була зосереджена на електроерозійних процесах обробки, а електрохімічне шліфування залишилося із своїми невирішеними проблемами. Оскільки, як вказано нами вище, з показників якості електроерозійне шліфування для умов обробки виробів з інструментальних матеріалів, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, застосовати небажано, то нами запропоновано недолікі ЕХШ обернути на його переваги.

Для досягнення цього, виходячи з наведених вище результатів дослі-джень дієвості електрохімічних процесів, висунуто концепцію про поділ спрямованості процесів при електрошліфуванні інструментальних матеріалів, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп. При цьому, електрохімічні запропоновано розглядати не з точки зору отримання над-великих показників анодного розчинення, а як процеси електродної по-ляризації, тобто, як регулюючі, так, щоб механічні процеси різання зернами були би спрямовані виключно на з'єм обробного матеріалу, а ерозійні - виключно на підтримання високої ріжучої здатності кругу, без явищ їх надлишковості. Таким чином, для вказаної вище групи матеріалів, максимально усувається негативна дія електроерозійних процесів на обробну поверхню, і спрямовується на досягнення лише позитивного ефекту - максимального зменшення контакту зв'язки та обробного матеріалу. За цих умов, механічні процеси різання зернами НТМ і повинні забезпечити підвищення продуктивності обробки без погіршення якості обробної по-верхні. А досягти цього можливо, в першу чергу, зміною характеристик електроконтактних поверхонь за рахунок електрохімічних електродних процесів, яких недостатньо для досягнення відчутних показників анодного розчинення, але достатньо для поляризації поверхонь аноду і катоду, формування на них плівок і зміни умов контактування електродів.

В свою чергу, електроерозійний процес нами запропоновано розглядати не з позицій виникнення пробою проміжку електророзрядами, а як електроконтактну взаємодію між стружкою та поверхнею зв'язки кругу, тобто з позицій триботехніки ковзаючих електричних контактів. Наведене положення базується на вперше нами винайденому для умов електрошліфування ефекті “змащування електричним струмом”, наявність якого і є характерною для триботехніки електричних ковзаючих контактів. Встановлено, що цей ефект спостерігається у діапазоні напруг U=0...6 В у залежності від матеріалів контактів: для швидкоріжучих сталей - 0...6 В (найкраще 4 В), для WC - твердих сплавів - 0...3 В (1 В), для TiC - твердих сплавів - 0...2 В (1 В). Саме такий підхід і дозволив нам вперше для умов електрошліфування отримати залежність для розрахунку густини електроерозійної складової загального струму:

, А/м² (4)

де k_k, k_e, k_ee - коефіцієнти, що враховують відповідно частку ріжучої поверхні кругу, яка є відповідальною за з'єм припуску, вміст електропровідних компонентів у зв'язці, частку електроерозійного руйнування зв'язки; с та L - питома масова теплоємність та прихована теплота плавління матеріалу зв'язки; Т_nl та T_ЗВ - температури плавління та середня температура зв'язки при електрошліфуванні.

Cума густин електрохiмiчного (3) та електроерозiйного (4) струмів складають густину загального струму j_Т= j_ех+j_ее. Порівняння розрахункових та експериментальних даних густин загального струму ЕХШ надає похибку у межах 10 %, що можливо визнати задовiльним і підтверджує правомірність висунутих гіпотез.

Наведені вище дослідження дозволили визначити шляхи зменшення надлишковості електроерозійних процесів при електрошліфуванні і досягти, в певній мірі, вирішення тієї проблеми, яку не могли вирішити раніше дослідники електрохімічного шліфування - значного зменшення електроерозії. Наприклад, при ЕХШ швидкоріжучих сталей (Р6М5Ф3) для традиційного методу електрохімічного шліфування кругами з КНБ при продуктивності 1200 мм³/хв. струм складає 220 А при напрузі 6 В, а при використанні наведеного підходу він складає (при тій же продуктивності та напрузі) лише 50 А, але при зносі кругу в 2,6 рази менше. Таким чином, викладені вище положення дозволяють значно (більш ніж у 4 рази) знизити енергоємність процесу.

Одним з механізмів отримання наведених вище позитивних ефектів якраз і є один з електродних процесів - катодний. Стосовно умов ЕХШ кругами з НТМ катодна поляризація практично не вивчалася, що не доз-воляло використовувати її, як ефективний елемент керування процесом. А оскільки ми висунули концепції використання електрохімічних процесів як чисто електродних, а електроерозійних - як електроконтактних, то відтак катодні процеси з допоміжних перетворюються на головні, бо саме вони змінюють умови контактування стружки з поверхнею кругу. Тому нами вперше для умов електрошліфування вивчена кинетика катодних процесів, елементний склад і характеристики катодних плiвок.

Вкажемо, що для катодних процесів характерними є зміни не тільки на поверхні електрода, а і в прикатодному шарі, рН якого значно перевищує рН основного об'єму електроліту. Це відомо, але ніяк не використовувалося дослідниками. Нами вперше виявлені умови утворення гiдрооксидiв безпосередньо поблизу катоду, блокування його поверхнi, а, відтак, зниження ерозiйної складової струму та зносу кругу-катоду (ефект гідрооксидного блоку у МЕП). Наприклад, при електрошліфуванні сплаву КНТ16 застосування електроліту з додатком солi Ni(NO₃)₂, дозволяє утворювати у МЕП гидрооксидний блок Ni(ОН)₂ і досягти зниження струму у 1,6,а зносу кругу у 1,3 рази, у порiвняннi з електролітом без додатку (А.с. 1366332). У дисертацiї наведено методику визначення концентрацiї солi, що дозволяє блокувати увесь об'єм МЕП.

Встановлено, що катодна плiвка вмiщує в цiлому елементи всiх трьох складових, що знаходяться у МЕП: iнструментального матерiалу, електроліту та зв'язки кругу, і на її склад впливає рН-електроліту. На основi вивчення кинетики катодних процесів та досліджень особливостей фрикційної взаємодії при наявності катодних плівок висунуте положення про те, що катодні плівки, формуючись на поверхні кругу є не тільки покриттям, що змiнює умови електрофізичного контакту, а і є своєрідним захисним покриттям, яке підвищує здатність ріжучої поверхні кругу опиратися зношуванню. Таке положення базується на тому, що катодні плівки, формуючись на поверхні кругу, затримуються на ній більш довгий період, в 1,7...2,5 рази аніж би це були анодні, мають менший коефіцієнт тертя (при тертi зв'язки М2-01 по сплаву ТН20 у випадку наявностi на крузi анодної плiвки коефiцiєнт тертя складає 0,06, катодної - 0,045, при відсутності плівок - 0,049), а інтенсивність зносу поверхні зв'язки з наявністю катодної плівки у 1,4 рази менше, аніж без такої плівки. Таким чином, катодні плівки на поверхні кругу мають більші переваги у порівнянні з анодними і для підвищення зносостійкості зв'язок необхідно слідкувати за наявністю їх на поверхні кругу в умовах не тільки електрошліфування, але і без введення струму у зону обробки. Для цього, нами розроблені засоби неявної поляризації, які визначаються застосуванням ефекту електрохімічної гетерогенності поверхні зв'язки та поляризованих технологічних рідин. Наприклад, застосування води, активованої гідрат-йонами, дозволяє знизити знос кругів майже в 2 рази у порівнянні із звичайною, неактивованою водою (А.с. № 1712393).

В свою чергу, анодний процес та анодні плівки є відповідальними за ахист поверхні обробного матеріалу від негативної дії електроконтактних процесів і з цієї точки зору їх наявність на обробній поверхні є позитивною. Але, для інструментальних матеріалів, які містять у структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, виникають певні ускладнення, пов'язані з утворенням дефектного поверхневого шару і виникненням у зв'язку з цим тріщин та виколок. Вкажемо також, що припинення дії ефекту “змащування струмом” із підвищенням напруги і збільшення коефіцієнту тертя (k_T) якраз і пояснюється виникненням і функціонуванням анодних оксидних плівок, а однаковий ступінь підвищення k_T при цьому, у 1,96 разу для БВТС і у 1,98 раз для Т15К6, пов'язаний з особливостями будови анодних плівок на TiC. Дослiдження дозволили встановити наступний механiзм формування анодних плiвок при ЕХШ БВТС. Iз складових твердого сплаву розчиненню пiддається Ni, який переходить у розчин у виглядi Ni(OH)₂ або NiO. Частково цi сполуки затримуються у плiвцi. Карбiд титану пiддається окисленню з утворенням рутилу, а вуглець приймає участь у формуваннi в складi плiвок рiзних солей. У підсумку, на поверхнi сплаву ТН20 формується верхнiй шар, умовно названий “аморфним”, що містить: NiO [або Ni(OH)₂] + TiO₂^рутил + cіль з наявністю вуглецю, а пiд ним утворюється дефектний шар сплаву iз зниженим вмiстом Ni та карбідами у областi гомогенностi TiC_1-Х, оскiльки виникають умови переважного витоку вуглецю з карбiду. Наявнiсть такого карбіду у поверхневому шарi БВТС внаслiдок ослаблення його механiчних характеристик якраз і призводить при фрiкцiйнiй взаємодiї зі зв'язкою кругу або стружкою до появи трiщин та виколок. Для уникнення такого небажаного явища необхідно, по-перше, анодне розчинення, у відповідності з нашим положенням про поділ спрямова-ності, звести до мінімуму шляхом використання неактивного складу електроліту, а по-друге, для компенсації більших втрат вуглецю у склад електроліту ввести речовини, активні по відношенню до титану. Для цього, нами у склад електроліту запропоновано вводити соль бромістого амонію (А.с. 1710236). Тим самим, погіршень, пов'язаних з утворенням ТіС_1-Х, для умов електрошліфування можливо уникнути. А компенсувати втрату нікелю можливо за рахунок використання ефекту зміни градієнту зв'язуючої фази, який описаний нами у розділі 5.

Встановлено, що наявність анодної плівки впливає також і на шорсткість обробної поверхні, змінюючи її наповненість (мал. 1). Характерно, що плівка розподіляється дещо нерівномірно: більш густа на виступах, і менш у западинах мікронерівностей. Як наслідок, параметр R_max при наявності плівки виявляється завищеним у 1,3...1,4 рази.

Таким чином, за рахунок викладених у цьому розділі положень з'яв-ляється можливість значно підвищити продуктивність обробки інструме-нтальних матеріалів, що містять карбіди металів IVb - Vb підгруп, без втрати якості обробної поверхні, на відміну від відомих традиційних процесів, шляхом усунення негативних проявів електрохімічного і електрофізичного впливу, як на обробну поверхню, так і на поверхню кругу.

Четвертий роздiл. Підвищення продуктивності обробки в свою чергу вимагає вирішення вказаного нами у розділі 1 протиріччя, пов'язаного із різким зростанням при цьому зносу кругів. Як встановлено нашими до-слiдженнями, за умов жорсткого торцьового шліфування, як у радiальному, так i в коловому напрямку ріжуча поверхня кругу піддається формозміні, викликаної тим, що із підвищенням продуктивності збільшується площа робочої поверхні круга необхідна для з'єму припуску. Наприклад, у радіальному перерізі ріжучого шару кругу це спостерігається по зменшенню кута нахилу головного ріжучого конусу (). При цьому знос кругу залишається стабільним і не підвищується. Але, при подальшому збільшенні продуктивності, резерви ріжучої поверхні круга вичерпуються і його знос починає зростати. Таким чином, на кривій “продуктивність - знос” (мал. 2) ми можемо спостерігати дві зони: стабільного зносу (С), де ще має місце явище формозміни ріжучої поверхні, і підвищеного зносу (П), де такі явища відсутні, розділені перегином кривої Q - q_P. На такі зміни ріжучої поверхні майже не зверталася увага, тому для екс-периментів переважно застосовувалися круги не з вихідною формою, а з будь-якою іншою, а обробка провадилася без урахування формозмін у широкому діапа-зоні продуктивностей (також і у зоні П) і, як наслідок, знос кругу майже монотонно зростав з підвищенням продуктивності.

Вести пошук шляхів зменшення зносу кругів для конкретної продуктив-ності при такому підході неможливо. Вихід тільки один - зменшення продуктив-ності. Нами, запропонований інший підхід, на основі урахування наведених формозмін, сформульований у положенні про те, що характерний перегин кривої “продуктивність шліфування - знос кругу” при торцьовому шліфуванні з подовжньою подачею є межею між зоною роботи кругу з наявністю явища формозміни ріжучої поверхні у радіальному напрямку та зоною відсутності такого явища, а продуктивність, що відповідає цьому перегіну, визначена, як критична продуктивність шлiфування (Q_K). Наведене положення дає нам можливість вести пошук шляхів зменшення зносу кругу у напрямку підвищення значення критичної продуктивності, а це, в свою чергу, дозволить перевести знос кругу з т.1 у т.2 (див. мал. 2). Реальну можливість це зробити надає аналіз отриманої нами (на основі цього положення та теорії абразивного зносу зерен Крагельского) фор-мули для розрахунку величини критичної продуктивності шліфування:

, м³/с, ( 5 )

де: S_П - поперечна подача, Z - зернистість НТМ, Н_Р - показник міцності зерен НТМ, Н_М - твердість обробного матеріалу, v_K - швидкість обертання кругу. Нарівні з цим у формулу (5) входять також коефіцієнти, що вимагають окремого пояснення.

Так, нарівні із формозмінами у радіальному напрямку, не менш важливі зміни на поверхні кругу відбуваються і у коловому напрямку вздовж ріжучої поверхні, які в формулі (5) враховані коефіцієнтом - k_F. У переважній більшості випадків на них майже не звертається увага і вважається, що вся ріжуча поверхня кругу є відповідальною за з'єм припуску за оберт кругу. Таке нехтування призводить до досить суттєвої похибки. А пов'язано це з тим, що форма профілю ріжучої поверхні кругу у коловому напрямку набуває форму хвилі і реально за з'єм припуску відповідає лише її фронт. Вкажемо, що наявність такої хвильової формозміни відзначена деякими дослідниками як на кругах з НТМ, так і із звичайних абразивів. При цьому, лише на звичайних абразивних кругах раніше був зафіксований рух цієї хвилі. Наведене явище пов'язувалося дослідниками лише з нежорсткістю технологічної системи, а рух хвилі вважали випадковим явищем, викликаним випадковим дотиком різних ділянок поверхні кругу з обробним виробом при шліфуванні.

Нами вперше сформульований підхід до згаданого явища, як до за-кономірної формозміни ріжучої поверхні кругу, а наявність хвилі - необхідна складова механізму з'єму припуску. На основі такого підходу нами показано, що хвиля переміщується у коловому напрямку вздовж ріжучої поверхні кругу і, як нами вперше виявлено, переміщується нерівномірно, змінюючи при цьому протяжність фронту. Для оцiнки нерiвномiрностi такого руху нами введено поняття коефiцiєнту хвильової формозміни (k), який є відношенням проекцій на вісь абсцис довжин фронту хвилі (L_F) до її антифронту (L_AF).

Саме нерівномірністю руху хвильвої формозміни можливо пояснити пульсуючий характер зносу кругів. На мал. 3 наведені закономiрностi змiни зносу кругу (q) та коефiцiєнту хвильвої формозміни (k) вiд маси зшліфованого за крок пульсації (S_m) матерiалу. На першому етапі величина L_F зростає, підвищується і k. Круг поступово розподiляє навантаження на свою робочу поверхню. Коли профiль досягає максимального значення L_F вiн вже вичерпує

резерви подальшого підвищен-ня площі робочої поверхнi. Починає зростати навантаження, що приводить до зриву гребеня хвилi.

Надалі йде процес самозаточування ріжучої поверхнi i при переході до L_Fmin знос природньо зростає, аж поки перехід профілю від L_Fmin до L_Fmax не перевищить половину шляху. Максимум зносу припадає на k1,25. Iз перевищенням цього значення знос зменшується, і, таким чином, процес самозаточування закiнчується. Характерно, що кроки коливальної змiни значень k та q спiвпадають. Всі ці три фактори: наявність хвилі, її рух та нерівномірність цього руху, є, на наш погляд, виключно важливими, оскільки прояснюють механізм з'єму припуску. Круг розподіляє навантаження на зерна (хвиля), вводить з часом нові поверхні у роботу, вивільняючи на певний час ті, що були в роботі (рух хвилі), і, насамкінець, є механізм самозаточування (нерівномірність руху). Вкажемо, що нами, незважаючи на такий пульсуючий рух хвилі, виявлено, що існує кореляційний зв'язок між зносом кругу та швидкістю руху хвилі, який, наприклад, для умов багатопрохідного шлiфування без охолодження сталi Р6М5Ф3 наведений на мал. 4, а це означає, що iз збiльшенням зносу кругу швидкiсть руху хвилi зростає, або навпаки. Наведене, дозволило сформулювати положення про те, що для підвищення зносостійкості кругів необхідно обмежувати швид-кість руху хвилі у коловому напрямку. Для цього, нами запропоновано умови, яких треба дотримуватися. По-перше, внести хаотичнiсть у процес руху хвилi, щоб зменшити швидкiсть руху; по-друге, роздiлити хвилю, як мiнiмум на двi, щоб збалансувати зриви її гребеню. Для реалiзацiї цих умов нами запропонована нова конструкцiя кругу з чергуючимися шарами у коловому напрямку, причому перiодичнiсть чергування нерiвномiрна (А.с. 1437169). Це дозволило досягти підвищення зносостійкості кругів з НТМ у 1,8...2,4 рази у порівнянні з серійними, або підвищити продуктивність шліфування у 1,5...1,6 рази при однаковій із серійними зносостійкості кругів.

Таким чином, наведенi дослідження дозволяють стверджувати, що з урахуванням описаних вище змiн профiлю у радіальному та коловому напрямку, реальна площа ріжучої поверхні кругу, відповідальна за з'єм матеріалу за його оберт, при жорсткому торцьовому шліфуванні, змен-шується до 40 % від загальної. А це якраз і дається взнаки. Адже, коли ми підвищуємо продуктивність обробки, то стикаємося з відсутністю резерву площі ріжучої поверхні і, як наслідок, зростанням навантажень у зоні контакту. В свою чергу, інструментальні матеріали, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, реагують на це виколками та припалами, а круги з НТМ ще і відчутним підвищенням їх зносу.

Для отримання формули (5) та проведення розрахунків по ній, уточнено деякі моделі. Так, додатково вивчена форма профiлю зерен, яка обрахована за допомогою розробленої програми на мовi Фортран77. Пiдтверджено, що iз найменшою похибкою за базову модель зерна слiд приймати елiпсоїд обертання, стиснення якого враховане показником k_СТ. Аналiз експериментальних та розрахункових даних показав, що коефiцiєнт стиснення елiпсоїда-зерна залежить вiд зернистостi k_СТ=0,796 - 6,094 10^-5 Z (похибка 3,9 %) та мiцностi зерен k_СТ=0,786 - 1,133 10^-4 H_Р (3,8 %). Видно, що чим бiльше Z та H_Р, тим бiльше стисненi зерна.

Мiж тим, обрахунок мiцностi зерен, згiдно нормального закону роз-подiлу, закладеного у ГОСТ 9206-80, як нами виявлено, дає досить вiдчутну похибку. Тому нами, вперше, на великих масивах вибірок вiд 500 до 5000 зерен для дiапазону шлiфпорошкiв, якi найбiльше використовуються при шлiфуваннi, встановлено за допомогою програми YPCON, що отриманi нами емпiричнi розподiлення значень показника мiцностi зерен із найбiльшою ймовiрнiстю описуються логарифмiчно-нормальним законом розподiлу. Розглядалися також розподiли: Лапласа-Шарльє, гамма-розподiлу, Вейбула, рiвномiрний та нормальний.

Оскільки зерна найкраще описуються еліпсоїдом, то їх більша вісь має певний напрямок у просторі. Здебільшого дослідники у теоретичних розробках розташовують зерна вертикально, але у реальних умовах це не так. Нашими дослідженнями з аналізу розташування 162 зерен, як по усій сукупності, так i по конкретним характеристикам, виявлено, що кут нахилу зерен у зв'язці знаходиться у районі 45^О i зерно нахилено у обидва боки на цей кут відносно осі ординат, яка співпадає з напрямком зусилля пресування. Вперше досліджено вплив процесу виготовлення кругу (пресування та спікання) на кут нахилу. Пресування приводить до збільшення куту, а наявність рідкої фази при спіканні, до деякого випрямлення зерна. Наведене свідчить, що практично завжди, для звичайних методів засипки шихти у прес-форму, зерна НТМ будуть мати нахил, що викликано їх просторовою формою, а надалі вже сам процес пресування ще більше нахиляє зерно. Крім усіх негараздiв, це призводить до зменшення перерізу зрізу зерном, що враховано у формулі (5) коефіцієнтом k_nep=k_ЗР/k⁹⁰_ЗР, де коефіцієнт зрізу для будь якого кута нахилу зерен, як нами встановлено, з похибкою 6 % може бути обрахований по залежності k_ЗР=6,8410^-2 + 1,9110^-3 - 1,1410^-52, та створенню специфічного напруженого стану системи “зерно-зв'язка”, який впливає на стійкість самого зерна.