Наукові основи шліфування інструментальних матеріалів із спрямованою зміною характеристик контактних поверхонь

Нами вперше проведені розрахунки напружень, що виникають у зв'язці на межі “зерно-зв'язка” з урахуванням реальних кутів нахилу зерен і коефіцієнту абразивного різання (f_а). При цьому, вирішувалася система рівнянь рівноваги, співвідношення Коші та закону Гуку методом кінцевих елементiв за використанням ППП “Термопружнiсть”. Нарівні із зменшенням максимальних напружень важливо мати рiвномірний напружений стан навколо зерна. Для його оцінки використаний показник перепаду напружень - _max.

Аналіз даних по впливу кута розташування зерен у діапазоні кутів від 35^О до 145^О на показник _max та еквівалентні напруження у т. 1 та 2 (мал. 5) свідчить, що мінімальні значення наведених показників забезпечує кут =75^О, і т.ч. у ідеалі, зерно повинно мати деякий кут нахилу назустріч тангенціальному зусиллю. Виявлено також, що у діапазоні кутів від 45 до 105^О (без урахування оптимального кута у 75^О) перепад напружень практично однаковий (різниця 8%) і реальний нахил половини зерен у 45^О ще не так відчутно позначається на їх утриманні, то нахил другої половини зерен у 135^О припадає на вкрай несприятливу зону (мал. 5), де напруження перевищують допустимі значення для відомих складів зв'язок. За умов продуктивності шліфування, що дорівнює, або більше критичної, від цих зерен важко чекати реальної участі у з'ємі матеріалу. Наведене вище враховане у формулі (5) коефіцієнтом k_H.

Аналіз формули критичної продуктивності вказує на те, що для під-вищення її значення, а відтак зниження зносу кругу, необхідно прагнути до збільшення: площі ріжучої поверхні, швидкості обертання кругу, глибини шліфування та міцності зерен НТМ. Варіант підвищення площі реалізований нами при розробці спеціальних кругів і описаний у розділі 6. А як бути у тому випадку, коли ми вимушено попадаємо у зону підвищеного зносу при збільшенні продуктивності? Допомогти зернам “триматися” у цьому випадку ми повинні технологічними засобами.

По-перше, для поліпшення напруженого стану системи “зерно-зв'язка” і, відповідно зниження зносу кругу, необхідно зменшувати навантаження, які діють на зв'язку через зерена НТМ. При високих продуктивностях шліфування зробити це не реально. А ось змінити структуру цього навантаження можливо зміною відношення основних складових зусилля різання - Р_Z та Р_У, які подаються через f_a=Р_Z/Р_У - коефіцієн абразивного різання. Проведеними дослідженнями напруженого стану системи “зерно-зв'язка” встановлено, що необхідно праг-нути у процесі шліфування до підвищення величини f_a (мал. 6). При цьому, бажано зменшувати складову Р_у, або стримувати її від зростання. А ось складову Р_z необ-хідно підвищувати. Реально це можливо зробити шляхом максимального зменшення контакту зв'язки з обробним матеріалом (за рахунок використання положення про поділ спрямованості процесів, див. розділ 3), а також, як нами встановлено при дослідженні силових закономірностей процесів шліфування керамік, твердих сплавів та БВТС, збільшенням зернистості та концентрації НТМ, зменшенням глибини шліфування та швидкості обертання кругу. Вкажемо, на підтвердження наведеного положення, що із зростанням f_a знос кругу зменшується. Так, наприклад, для твердих сплавів ця залежність має вигляд:

q = 149,58 - 467,16 f_a.

Другим технологiчним засобом є пряме збiльшення показникiв мiцностi зв'язок i композитiв з них. Нами у великому обсязi встановлено фiзичнi властивостi зв'язок та ріжучого шару кругiв: границi мiцностi на стиснення, згин, розтягнення, коефiцiєнт лiнiйного термiчного розширення, електропровідність, твердість, і також виявлені залежності їх властивостей від характеристики алмазвмiстських композитiв, якi зiбранi у базу даних по шліфувальним кругам. Аналіз формули критичної продуктивності (5) свідчить, що для підвищення її значення необхідно прагнути до збільшення показника міцності зерен. Але, пряме підвищення міцності зерен увійде у протиріччя із утриманням цих зерен. А відтак, необхідно підвищувати твердість зв'язки, яка у значній мiрi визначає утримання зерен НТМ. Нарiвнi з цим, як встановлено нашими дослідженнями, з твердістю пов'язані і iншi властивостi. Так, iз зростанням твердостi металополімерних зв'язок знижується коефiцiєнт тертя: f_МП = 5,9610^-2 - 6,9610^-4 H_З, що також свідчить про необхідність підвищення твердостi робочого шару композитів. Але, тепер вже пряме підвищення твердості зв'язок увійде у протиріччя з ріжучою здатністю кругу, адже із збільшенням твердості вона погіршується. Та, в нашому випадку, це протиріччя не має місця, оскільки ріжуча здатність забезпечується положенням про поділ спрямованості (див. розділ 3). Вкажемо, що реально досягти такого підвищення традиційними методами доволі складно. Тому, нами запропонований інший підхід, пов'язаний з використанням внутрішнього порового простору ріжучого шару кругів та ефектів зміни градієнту рухомої фази приповерхневого шару композитів.

П'ятий розділ. Для підвищення твердості необхідно такий простір заповнити речовиною. Реально цього можливо досягти: по-перше, при безпосередньому виготовленні кругу - за рахунок введення легкоплавкого скла у зв'язку (твердість підвищується з 90...93 до 100..105 HRB); по-друге, при термообробці ріжучого шару - за рахунок ефекту зміни градієнту рухомої фази, що діє за умов, коли є каркас і відносно легкоплавка складова (зв'язки системи Cu - Sn- Sb) і дозволяє підвищити твердість з 92...93 до 102...114 HRB; по-третє, за рахунок вперше нами дослідженого ефекту водопоглинання ріжучим шаром кругів з НТМ, що дозволяє підвищити твердість кругів на металевих зв'язках на 6...17, а на полімерних на 9...15 од. HRB. Нашими дослідженнями виявлені умови, коли просочування водою ріжучого шару кругів дозволяє гарантовано знизити їх знос у 2...2,5 рази. Всі наведені вище засоби захищені нами А.с. № 1054733, 1066791, 1437169, 1779569 і патентом України № 23784.

Нарівні з наведеними вище, нами досліджені умови зміни фазового складу приповерхневого шару інструментальних композитів, наприклад, для відновлення втрат нікелю за умов формування анодних плівок (див. розділ 3. Вкажемо, що проблема підвищення вмісту Ni у поверхневому шарі БВТС є більш широкою, бо вона виникає і при електроіскровій обробці, коли з лунок розряду втрачається Ni, і навіть при звичайному шліфуванні пластин, коли зшліфовується спечений поверхневий шар із підвищеним вмістом нікелю. Для вирішення цієї задачи нами було висунуто гіпотезу про можливість зміни градієнту концентрації зв'язуючого у поверхневому шарі за рахунок викорис- тання внутрішніх напружень, що формуються при спіканні у фазах композиту. Для того, щоб реалізувати цей ефект, необхiдно щоб нікель став пластичним, а цього можливо досягти термообробкою пластин БВТС. Нами вперше (А.с. № 1572755), встановлені умови, які дозволяють гарантовано під вищувати вміст нікелю у поверхневому шарі пластин у 2,4...4,6 рази (таблиця), що, в свою чергу, дозволяє досягти збільшення зносостiйкостi пластин при рiзаннi, наприклад, при точiннi сталi У8 пластинами зі сплаву ТН20, у 1,6 рази.

Розглянутий вище ефект використаний нами для розробки спiльно з ДІЦТС ”Свiткермет” нового поколiння iнструментальних керамiк - бага-тошарової рiжучої керамiки, яка поєднує керамiку та БВТС, як підкладку (А.с. 1469702). У цьому випадку, на межi мiж керамiкою та БВТС цiлеспрямовано формується перехiдна зона завширшки вiд 30 до 200 мкм з пiдвищеним вмiстом Ni. Наявнiсть такої своєрiдної пластичної зони дозволяє досягти доброго зчеплення керамiк з БВТС та отримати ефект пiдвищення мiцності при згинi пластин. Спiввiдношення товщини шарiв розраховувалося нами з урахуванням розподiлу температур та напружень, що виникають при шлiфуваннi багатошарових пластин. Для цього, нами вивченi тепловi закономiрностi процесу алмазного шлiфування керамiк та твердих сплавів и показаний вплив характеристики кругiв та пластин на температуру обробки. Пiдвищення температур особливо небезпечно для керамiк з точки зору виникнення трiщин та виколок на кромках пластин, внаслідок небажаного розподiлу поля напружень у таких пластинах. Щоб уникнути цього, нами розроблено принципи змiни величин спiввiдношення товщини шарiв, що дозволило відсунути небезпечнi напруження вiд краю пластин.

Шостий роздiл. Нарівні із вирішенням питання зниження зносу кругів, важливим є урегулювання питання погіршення шорсткості при збільшенні продуктивності обробки. Для уникнення цього, нами розроблена низка конструкцiй кругiв, захищених А.с. № 1006197, 1006198, 1168398, якi дозволяють враховувати нерівномірність формозміни ріжучої поверхні. Визначено вплив умов контактування при шлiфуваннi на шорсткiсть поверхнi і показано, що вона у значній мірі пов'язана з фізичними властивостями обробних матеріалів. Наведене дозволяє прогнозувати напрямок змiни показника шорсткостi обробної поверхнi у випадках, коли на одному крузі відбувається обробка різних марок сплавів.

Параметр шорсткостi R_а є найбiльш поширеним показником, але у багатьох випадках існує необхiднiсть у знаннi iнших параметрiв. Нами, при шліфуванні інструментальних матеріалів, отримано великий масив даних (біля 4500 точок), що дозволило вперше визначити біля 70 кореляційних залежностей, що вiдображають зв'язок параметрiв шорсткостi: R_р, S_m, R_max, t₂₀, t₅₀ з параметром R_а. Аналiз отриманих залежностей дозволяє визначити, яким способом чи методом шліфування можливо отримати, наприклад, різні значення кроку мiкронерiвностей за певного значення параметра R_а (мал. 7). Аналогiчно проаналiзованi i iншi па-раметри. Це дозволяє по визначеному (теоретично або експериментально) значенню R_а, оцiнювати iншi параметри шорсткостi i вибирати шляхи регулю-вання їх величин.

Як було вказано вище, на основі положення про критичну продуктив-ність, розроблено більше 10 конструк-цій кругів форм 6А2 і 12А2 з підвищеною шириною робочого шару (від 40 до 100 мм) та його товщиною (від 5 до 8 мм) для шліфування пластин з БВТС, твердих сплавів та інструментальних керамік (А.с. №№ 1548014, 1593936). Наведені круги є конкурентоспроможними з кругами фірм “Вендт” (Німеччина) та “Агатон” (Швейцарія). Для випадку розробки та використання багатошарових кругів для поліпшення поєднання шарів нами був застосований, описаний у розділі 5, ефект зміни градієнту рухомої фази.

Оскільки, у наведених вище випадках ми маємо справу із спеціальними конструкціями кругів, то нами на основі положень теорії пружньо-зігнутих тіл і вирішення осесиметричної задачі теорії пружньості ізотропного тіла стосовно конструкцій шліфувальних кругів розроблено методико-програмне забезпечення визначення вісьової жорсткості кругів і запропоновані нові показники інформаційної структури кругів: показники питомої та відносної вісьової жорсткості, критерій її достатньос-ті F (мал. 8), що дозволяє визначити можливості використання більш дешевих і менш дефіцитних матеріалів у корпусах шліфувальних кругів без втрати, на відміну від відомих рішень, необхідної праце-здатності таких кругів.

Сьомий розділ. Обгрунтований нами у розділі 3 єдиний підхід по досягненню визначеної мети по підвищенню ефективності процесів шліфування інструментальних матеріалів, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb під-груп, на основі триботехнічних принципів зміни характеристик контактних повер-хонь у вигляді врахування факторів: фор-мування плівок на них (розділ 3), їх формозміни (розділи 4 та 6), зміни фазового складу поверхневого шару (розділ 5), реалізований у викладених вище наукових положеннях, дозволив досягти підвищення продуктивності обробки таких матеріалів, зниження зносу кругів та енергоємності процесу обробки. Наприклад, процес електрошліфування пластин з БВТС дозволив підвищити продуктивність їх обробки з 1200 до 2000 мм³/хв. і знизити знос кругів при цьому у 3...6 раз, при відсутності тріщин та виколок на обробній поверхні.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень, наведених вище, розроблено 11 технологічних процесів шліфування інструментальних та композиційних матеріалів, наприклад як: шліфування та електрошліфування твердосплавного інструменту спеціальними багатошаровими кругами форми 12А2-45^О, шліфування опорних поверхонь пластин з твердих сплавів, БВТС та кераміки спеціальними кругами форми 6А2 діаметрами 400 та 500 мм, шліфування граней та радіусів багатогранних пластин спеціальними кругами форми 6А2 діаметрами 250 та 350 мм, шліфування зміцнюючих фасок багатогранних пластин з твердих сплавів спеціальними алмазними кругами форми 12А9В та 12А2-25^О діаметрами 250 і 150 мм та ін.

Розробки впроваджено в Україні: Луганський завод колінчастих валів, Київський мотозавод, СКТС та ТМ (м. Світловодськ) та ін. та Росії: завод “Победит” (м. Владикавказ), МКТС, СП “МКТС-Хертель” (м. Москва), МОЗ ТМ та ТС (м. Москва). Впровадження дозволило назагал: підвищити продуктивність шліфування у 1,3...1,8 рази, збільшити стійкість кругів у 1,5...2,2 рази, досягти економії валютних коштів за рахунок вилучення імпортних кругів фірм “Вендт” (ФРН) та “Агатон”(Швейцарія), підвищити стійкість обробного ріжучого інструменту у 1,2...1,6 рази.

Розроблено науково-методологічний підхід до комп'ютерної розробки технологій алмазно-абразивної обробки, який реалізований у створеній програмній системі ”РЗБП-Експерт” автоматизованого комп'ютерного проектування технології шліфування пластин з твердих сплавів та інстру-ментальних керамік, що має приблизно 50 програмних модулів загальним обсягом біля 3000 операторів мовою Фортран77.

Розроблено та надруковано у вигляді брошур методичні рекомендації з шліфування найбільш поширених інструментальних матеріалів, що вміщують карбід титану: БВТС, твердих сплавів, різальної кераміки. Надруковано та розповсюджено по підприємствам 9 інформаційних листків з нових технологічних процесів обробки. Три конструкції кругів отримали свідоцтва на промислові зразки.

Основні висновки та результати роботи

В результаті проведених досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема суттєвого підвищення ефективності процесів шліфування важкооброблюваних інструментальних матеріалів, які вміщують у структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, за рахунок цілеспрямованої зміни характеристик поверхонь системи “круг - обробний вироб” у процесі обробки та розробці на цій основі енергоекономних технологій і нових інструментів, що має велике народно-господарське значення.

Основні наукові та практичні результати:

1. В основу підвищення ефективності процесів шліфування виробів з інструментальних матеріалів, які містять у структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, покладена концепція спрямованого і регульованого використання сукупності механічних, електрофізичних та електрохімічних процесів при електрошліфуванні. При цьому, електроерозійні процеси спрямовуються виключно на підтримання високої ріжучої здатності кругу з НТМ, механічні процеси різання зернами забезпечують збільшення з'єму обробного матеріалу, а електродна поляризація спрямовується на формування анодних та катодних плівок, які визначають умови електрофізичного контакту. Наведене дозволяє уникнути руйнування електророзрядами обробної поверхні виробу.

2. Виявлені закономірності хвильової формозміни ріжучої поверхні кругів з НТМ при шліфуванні, що дозволило уточнити механізм з'єму матеріалу при шліфуванні та вивести аналітично рівняння критичної продуктивності шліфування та визначити умови зниження зносу кругів при перевищенні значення такої продуктивності.

3. На основі аналізу геометричної форми зерен НТМ отримані їх математичні моделі і підтверджено, що вони найкраще описуються еліпсоїдом обертання, тобто їх вісь повинна мати певне розташування у ро-бочому шарі кругу. Дослiдженнями з аналiзу розташування зерен виявлено, що кут нахилу зерен у зв'язцi знаходиться у межах 45^О i зерно нахилено у обидва боки на цей кут вiдносно вici ординат, яка спiвпадає з напрямком зусилля пресування. Вперше дослiджено вплив процесу виготовлення кругу (пресування та спiкання) на кут нахилу і встановлено, що пресування призводить до збiльшення куту нахилу, а наявнiсть рiдкої фази при спiканнi, до деякого зпрямлення зерна.

4. Вперше, з урахуванням реальних кутів нахилу зерен та коефіцієнту абразивного різання, досліджено напружений стан системи “зерно-зв'язка” за допомогою вирішення методом кінцевих елементів системи рівнянь рівноваги, співвідношення Коші та закону Гуку та визначено, що для його поліпшення необхідно прагнути у процесі шліфування до підвищення значення величини коефіцієнту абразивного різання.

5. Показано, що для умов високопродуктивного електрошліфування необхідно прагнути підвищення твердості робочого шару кругів. Для ре-алізації цього, вперше визначено умови заповнення порового простору робочого шару кругів за рахунок ефектів зміни градієнту рухомої фази і водопоглинання, що дозволяє змінити властивості таких композитів та винайти умови підвищення їх зносостійкості.

6. На основі моделі хвильової формозміни ріжучої поверхні кругу визначено умови стабілізації форми профілю та розроблено 22 типорозміри спеціальних кругів з НТМ та документація на їх виробництво.

7. На основі концепції поділу спрямованості та положень триботехніки електричних ковзаючих контактів отримані теоретично і підтверджені експериментально залежності для розрахунку величин електрохімічного та електроерозійного струмів i показано, що хоча частка першого у загальному струмі складає лише 8...15 %, але вiн є важливим регулятором подiлу спрямованостi за рахунок керованого створення електродних плівок.

8. На основі вивчення кинетики катодних процесів висунуте положення про пріоритетність катодних процесів при електрошліфуванні та їх керуючу роль, визначено склад і позитивну роль катодних плівок та встановлена можливість їх формування за умов неявної поляризації.

9. Вперше визначені діапазони напруг технологічного струму, при яких діє ефект “змащування струмом” і показано, що він діє за умов відсутності анодних оксидних плівок. Визначено, що анодна плівка сприяє формуванню на поверхні БВТС карбіду титану в області гомогенності та втраті нікелю, чого слід уникати.

10. Розроблено нові показники інформаційної структури шліфува-льних кругів та бази даних по експлуатаційним властивостям композитів з НТМ стосовно САПР шліфкругів та технологій шліфування.

11. На основі результатів досліджень розроблено 11 технологічних процесів шліфування інструментальних матеріалів, що вміщують карбіди металів IVb - Vb підгрупи, спеціальними кругами з НТМ, що дозволяє забезпечити підвищення продуктивності шліфування у 1,3...1,8 рази, збі-льшити стійкість кругів у 1,5...2,2 рази, досягти економії валютних коштів за рахунок вилучення імпортних кругів, підвищити стійкість ріжучого інструменту, що піддається обробці, у 1,2... 1,6 разу.

12. Наукові та практичні результати впроваджені на 17 підприємствах України та Росії.

Основні результати роботи висвітлено у наступних публікаціях

1. Лавриненко В.И. Электрошлифование инструментальных материалов. К.: Наукова думка, 1993. 155 с.

2. Захаренко И.П., Савченко Ю.Я., Лавриненко В.И., Дегтяренко С.М. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов. К.: Техніка, 1990. 152 с.

3. Захаренко И.П., Савченко Ю.Я., Лавриненко В.И. Глубинное шлифование кругами из СТМ. М.: Машиностроение, 1988. 56 с.

4. Захаренко И.П., Савченко Ю.Я., Лавриненко В.И., Меркулов В.Н. Ресурсосберегающие технологии обработки высокопрочных материалов К.: УкрНИИНТИ, 1988. 37 с.

5. Алмазное шлифование безвольфрамовых твердых сплавов: Методические рекомендации/ И.П.Захаренко, Ю.Я.Савченко, С.М.Дегтяренко, В.И.Лавриненко, В.Ю.Солод // М.: ВНИИТЭМР, 1988. 24 с.

6. Методические указания по электрохимическому глубинному шлифованию сменных многогранных пластин из БВТС / И.П. Захаренко, В.Ю. Солод, А.А. Шепелев. В.Т. Чалый, В.И. Лавриненко. К.: ИСМ АН УССР, 1987. 16 с.

7. Лавриненко В.И., Шепелев А.А., Чалый В.Т. Методические указания по алмазному шлифованию сменных многогранных пластин из режущей керамики. К.: ИСМ АН УССР. 1988. 16 с.

8. Лавриненко В.И., Шепелев А.А. Выбор характеристики кругов для шлифования инструментальных материалов К.: ИСМ. -1989. 11 с.

9. Методические указания по алмазному шлифованию сменных многогранных пластин из твердых сплавов / В.И. Лавриненко, А.А. Шепелев, В.В.Шкляренко и др. К.: ИСМ АН Украины. 1991. 15 с.

10. Лавриненко В.И. Катодное поведение материалов связок кругов из СТМ // Получение, исследование свойств и применение сверхтвердых материалов: Сб. науч. тр. К.: ИСМ АН УССР, 1984. -С.133-135.

11. Лавриненко В.И. Выбор эффективного метода шлифования инструментальных материалов кругами из СТМ // Сверхтвердые материалы. 1985. № 6. С. 57 60.

12. Лавриненко В.И. Шероховатость поверхности при шлифовании инструментальных материалов//Повышение качества поверхности деталей при физико-механической обработке: Сб. науч. трудов. К.: ИСМ АН УССР. 1990. С. 32 39.

13. Лавриненко В.И. Иcпользование ЭПФ в рабочих процессах высоких технологий // Резание и инструмент. 1993. Вып. 48. С. 3-5.

14. Лавриненко В.И. Пространственное расположение зерен СТМ в абразивсодержащем слое круга // Сверхтвердые материалы. 1997. № 5. С. 72 79.

15. Лавріненко В.І. Моделі зерен шліфпорошків НТМ: геометрія, міцність зерен, сукупність // Современные проблемы механической обработки и качество поверхности деталей машин: Сб. науч. тр. К.: ИСМ НАН Украины. 1998. С. 46 51.

16. Лавріненко В.І. Катодні плівки при електрохімічному шліфуванні кругами з НТМ та їх цілеспрямоване формування // Вопросы химии и химической технологии. 1999. № 1. С. 214 216.

17. Лавріненко В.І. Особливості зміни коефіцієнту абразивного різання при шліфуванні інструментальних матеріалів // Резание и инструмент в технологических системах. 1999. Вып. 55. С. 152 154.

18. Лавріненко В.І. Спеціальні круги із НТМ для шліфування інструментальних матеріалів // Вісник ЖІТІ, 1999. № 10 /Технічні науки. С. 40 42.

19. Лавриненко В.И., Зленко А.А., Сытник А.А. Алмазное шлифование режущей керамики ВОК60 //Сверхтвердые материалы. 1985. № 4. С. 45 47.

20. Глубинное алмазное шлифование безвольфрамовых твердых сплавов группы ТН / Ю.Я. Савченко, И.П. Захаренко, В.И. Лавриненко, С.М. Дегтяренко // Сверхтвердые материалы. 1985. № 5. С. 53 55.

21. Лавриненко В.И., Туркевич В.З. Температура плавления и теп-лоемкость связок, применяемых при электрошлифовании //Сверхтвердые и тугоплавкие материалы: Сб. науч. тр. К.: ИСМ АН УССР. 1985. С. 177 180.

22. Лавриненко В.И., Солод В.Ю. Теоретические предпосылки расчета величины МЭЗ при ЭХШ кругами из СТМ // Получение и применение сверхтвердых материалов: Сб науч. трудов. К.: ИСМ АН УССР. 1986. С. 122 125.

23. Работоспособность алмазных секторных кругов при шлифовании многогранных пластин / Ю.Я. Савченко, В.И. Лавриненко, Ф.Г. Рубан, А.А. Зленко. А.А. Сытник // Сверхтвердые материалы. 1986. № 2. С. 32 35.

24. Электрохимическое шлифование безвольфрамовых твердых сплавов кругами из СТМ / И.П. Захаренко, В.И. Лавриненко, В.Ю. Солод, А.А. Сытник // Сверхтвердые материалы. 1986. № 3. С. 61 64.

25. Исследование структуры и обрабатываемости слоистой режущей керамики / В.И. Лавриненко, А.Н. Ващенко, И.В. Лещук, А.А. Зленко, А.В. Беляев // Сверхтвердые материалы. 1987. № 4. С. 57 61.

26. Физические свойства и износостойкость алмазных кругов на токопроводящих полимерных связках / В.И. Лавриненко, В.Ю. Солод, В.Т. Чалый, И.Д. Цыганов // Сверхтвердые материалы. 1987. № 6. С.41 45.

27. Лавриненко В.И., Селезнева Н.П., Зленко А.А. Оценка электросопротивления режущей керамики и ее электроалмазное шлифование // Сверхтвердые материалы. 1988.№ 4. С. 49 53.

28. Лавриненко В.И., Дегтяренко С.М., Удод Е.Т. О выборе эффек-тивного состава СОЖ для алмазного шлифования безвольфрамовых инструментальных материалов // Резание и инструмент. 1988. Вып. 39. С. 62 68.

29. Лавриненко В.И., Дегтяренко С.М. О законе распределения по-казателя прочности зерен // Резание и инструмент. -1988. -Вып.40. -С.105 110.

30. Двустороннее алмазное шлифование опорных поверхностей пластин из режущей керамики / В.И. Лавриненко, В.Т. Чалый, А.А. Зленко, А.А. Сытник // Сверхтвердые материалы. 1989. № 4. С. 60 64.

31. Состав и структура анодных оксидных пленок при АЭШ БВТС / В.И. Лавриненко, Э.А. Пугач, С.И. Филипченко, В.Ю.Солод, Г.Г.Постолова // Физика и химия обработки материалов. 1989. № 2. С. 76 82.

32. Лавриненко В.И., Цыганов И.Д., Шкляренко В.В. Электросоп-ротивление алмазсодержащих композитов // Алмазсодержащие материалы и инструмент: Сб. науч. тр. К.: ИСМ АН УССР, 1989. С. 9497.

33. Supertwarde sciernice ze spoiwem polimerowym do obrobki materialow niemetalowych / A.E.Szylo, W.T.Czalyj, A.A.Szepielew, V.I.Lawrinenko // IV Miedzynarodowa Konferencja “Obrobka materialow niemetalowych”. Rzeszow (Poland). 1990. P. 23 26.

34. Лавриненко В.И., Шепелев А.А. Закономерности процесса сов-местного электрошлифования закаленной и незакаленной стали кругами из КНБ // Сверхтвердые материалы. 1990. № 2. С. 51 54.

35. Лавриненко В.И., Сытник А.А., Шкляренко В.В. Силовые зако-номерности алмазного шлифования инструментальной керамики // Сверхтвердые материалы. 1990. № 3. С.48 51.

36. Термическая прочность зерен шлифпорошка из кубического ни-трида бора / Э.А. Пугач, В.И. Лавриненко, Г.Г. Постолова, Ю.Я. Савченко, Л.Н. Лавриненко, С.И. Филипченко // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1990. Т. 26. № 8. С. 1658 1661.

37. Лавриненко В.И., Высоцкий А.С., Еременко Н.Д. Шлифование литого пористого белого чугуна кругами из СТМ // Сверхтвердые материалы. 1990. № 5. С. 61 66.

38. Шероховатость поверхности керамических пластин при их ал-мазном шлифовании / В.И. Лавриненко, А.А. Сытник, А.А. Зленко, В.И. Письменный, О.С. Мальцев // Станки и инструмент. 1990 № 10. С. 28 29.

39. Лавриненко В.И., Лавриненко Л.Н., Пугач Э.А. Окисление инструментальной керамики // Известия АН СССР. Неорганические материалы. 1990. Т. 26. № 5. С. 1079 1081.

40. Водопоглощение алмазсодержащих композитов применительно к электрошлифованию кругами из СТМ / В.И. Лавриненко, А.А. Зленко, А.А. Сытник, А.А. Цыганский, В.В. Шкляренко, В.А. Гурьева // Электронная обработка материалов. 1991. № 3. С. 39 41.

41. Лавриненко В.И., Сытник А.А., Шкляренко В.В. Тепловые закономерности алмазного шлифования инструментальной керамики // Сверхтвердые материалы. 1992. № 5. С. 40 43.

42. Лавриненко В.И., Кулаковский В.Н., Ламашевская Н.В.,Сытник А.А. Поля температур и напряжений в слоистой керамике при ее алмазном шлифовании // Сверхтвердые материалы. 1992. № 6. С.5255.

43. Лавриненко В.И., Шепелев А.А., Шкляренко В.В. Особенности алмазного шлифования магнитотвердых сплавов // Сверхтвердые материалы. 1993. № 1. С. 52 55.

44. Петасюк Г.А.,Лавриненко В.И. Осевая жесткость шлифовальных кругов прямого профиля из СТМ // Сверхтвердые материалы. 1993. № 6. С. 47 52.

45. Лавриненко В.И., Шепелев А.А., Чалый В.Т. Эффективность алмазного шлифования режущих многогранных пластин // Інформатизація та нові технології. 1994. № 1-2. С. 44.

46. Петасюк Г.А., Лавриненко В.И., Петасюк О.У. Осевая жесткость стандартизированных шлифовальных кругов формы 12А2-45 из СТМ // Сверхтвердые материалы. 1994. № 4. С. 28 31.

47. Лавриненко В.И., Дегтяренко С.М., Шкляренко В.В. Особенности электрической правки шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов//Электронная обработка материалов. 1994. № 6. С.5455.

48. Лавриненко В.И., Чалый В.Т., Шкляренко В.В. Антифрикционные свойства связок на полимерной основе // Композиционные материалы на основе алмазов и кубического нитрида бора для изготовления инструмента:

Сб. науч. трудов. К.: ИСМ НАН Украины, 1994. С. 17-24.

49. Шепелев А.А., Петасюк Г.А., Лавриненко В.И., Петасюк О.У. Программная система автоматизированного компьютерного проектирования технологии шлифования РСМП из твердого сплава и режущей керамики // Сверхтвердые материалы. 1995. № 3. С. 46 49.

50. Лавриненко В.И., Кулаковский В.Н., Ламашевская Н.В., Сытник А.А. Напряженное состояние в зоне взаимодействия зерна со связкой круга // Сверхтвердые материалы. 1995. № 4. С. 46 49.

51. Лавриненко В.И., Шепелев А.А., Солод В.Ю. Особенности фрикционного контакта связок кругов из СТМ и обрабатываемых материалов // Сверхтвердые материалы. 1995. № 5. С. 26 29.

52. Шепелєв А., Петасюк Г., Лавріненко В.І, Петасюк О. Автома-тизоване проектування технологій алмазно-абразивної обробки // Ін-форматизація та нові технології. 1995. № 3-4. С. 22 23.

53. Шепелев А.А., Лавриненко В.И. Особенности массопереноса тве-рдого сплава на режущую поверхность при алмазном шлифовании // Резание и инструмент в технологических системах. 1996. -Вып. 50. С. 204 206.

54. Рыжов Э.В., Лавриненко В.И. Электрошлифование материалов кругами из сверхтвердых материалов // Інформатизація та нові технології. 1996. № 1. С. 34 36.

55. Лавриненко В.И., Рыжов Э.В., Солод В.Ю. Контактное взаимо-действие поверхностей круга и обрабатываемого материала при элек-трошлифовании // Трение и износ. 1997. Т. 18, № 1. С. 89 91.

56. Лавріненко В.І., Шепелєв А.О. Міцність зерен НТМ, як фактор процесу шліфування // Высокие технологии в машиностроении: Сб. науч. тр. ХГПУ. Харьков: ХГПУ. 1998. С. 209 211.

57. А.с. 1830342 Украина, МКИ В 24 В 49/00. Способ определения режущей способности шлифовального круга из СТМ / В.И.Лавриненко (Украина).2 с.; Заявлено 30.03.89; Опубл. 30.07.93. Бюл. № 28.

58. Патент 23784 А Україна, МКІ В24D 3/34. Спосіб підвищення експлуатаційних властивостей шліфувального інструменту / В.І.Лавріненко (Україна); ІНМ НАН України. № 97020573, Заявл. 11.02.97; Опубл. 16.06.98.

59. Свидетельство на промышленный образец № 32370 СССР Алмазный шлифовальный круг / В.И. Лавриненко, С.М. Дегтяренко, В.Т. Чалый, М.П. Пеший (СССР). Приоритет 11.12.89; Зарегистрирован 26.09.90.

60. Свидетельство на промышленный образец № 33332 (СССР). Шлифовальный круг из сверхтвердых материалов / В.И. Лавриненко, И.В. Лещук, М.П. Пеший,С.И. Лищинский(СССР). Приоритет 09.04.90; Зарегистрирован 28.12.90.

61. Свидетельство на промышленный образец № 36424 (СССР). Круг абразивный из сверхтвердых материалов / В.И. Лавриненко, М.П. Пеший (СССР). Приоритет 05.03.91; Зарегистрирован 27.09.91.

Анотації

Лавріненко В.І. Наукові основи шліфування інструментальних матеріалів із спрямованою зміною характеристик контактних поверхонь. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Інститут надтвердих матеріалів НАН України, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено питанням підвищення ефективності процесів шліфування інструментальних матеріалів, які містять в структурі карбіди металів IVb - Vb підгруп, за рахунок зміни характеристик контактних поверхонь кругу та обробного виробу шляхом керування характером контактних процесів у зоні обробки, використовуючи: формування електродних плівок, формозміну поверхонь, зміну фазового складу поверхневого шару. Наукову основу рішень склали вперше встановлені уявлення про: процес обробки, як процес у основу якого, покладена концепція спрямованого і регульованого використання сукупності механічних, фізичних та хімічних впливів; хвильову формозміну ріжучої поверхні кругу та механізм з'єму при цьому у процесі шліфування; концепцію пріоритетності катодних процесів у зниженні енергоемності обробки. Розроблені нові шліфувальні круги, склади технологічних рідин, процеси ефективного шліфування інструментальних матеріалів впроваджено у виробництво.

Ключові слова: шліфування, інструментальні матеріали, електродні плівки, формозміна, продуктивність, знос кругу.

Lavrinenko V.I. Scientific basis of grinding tool materials with directional changes of characteristics of surfaces being in contact. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.03.01 - Machining processes, machines and tools. - The Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.

The thesis is concerned with an increase of the efficiency of processes of grinding tool materials, which contain carbides of the IVb - Vb metals, due to the change of characteristics of wheel and workpiece surfaces being in contact by controlling the contact processes behavior in the machining zone with the use of the formation of electrode films, surface forming and changes in the surface layer phase composition. The scientific basis of the fulfillment of the above problem was formed by the first-established conceptions of: a machining process as a process, which is based on the idea of directional and controlled usage of a set of mechanical, physical and chemical effects; wavy forming of the wheel cutting surface and the material removal mechanism in grinding, the idea of the priority of cathodic processes in reducing the energy consumption in grinding. Developed new grinding wheels, compositions of cutting lubricants, processes of efficient grinding of tool materials are put into production.

Key words: grinding, tool materials, electrode films, forming, efficiency, wheel wear.

Лавриненко В.И. Научные основы шлифования инструментальных материалов с направленным изменением характеристик контактных поверхностей. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 - Процессы механической обработки, станки и инструменты. Институт сверхтвердых материалов НАН Украины, Киев, 1999.

Дисертация посвящена разработке научных основ повышения эффек-тивности процессов шлифования труднообрабатываемых инструментальных материалов по критериям производительности и качества обработки за счет изменения характеристик контактных поверхностей круга и обрабатываемого изделия. Шлифование таких материалов, содержащих в структуре карбиды металлов IVb - Vb подгрупп - карбиды титана, тантала, ванадия, ниобия, циркония (безвольфрамовые твердые сплавы, оксидно-карбидная керамика, современные сложнолегированные твердые сплавы и быстрорежущие стали), характеризуется быстрой потерей кругом режущей способности, повышением, вследствие этого, силовых и температурных факторов процесса шлифования, что приводит к снижению механических характеристик поверхностного слоя, возникновению трещин и сколов. В связи с этим, производительность шлифования остается невысокой, а учитывая, что доля их в общем выпуске инструментальных материалов составляет более 25 %, решение проблемы эффективной их обработки является актуальным и важным.

Для интенсификации процесса обработки таких материалов, необ-ходимо снижать контактные нагрузки в зоне шлифования, за счет макси-мального снижения контакта связки и обрабатываемого материала, например, введением в зону обработки дополнительной энергии (процессы электрошлифования), что позволит управлять характером контактных процессов в зоне обработки, используя: изменение состояния и состава пленок на контактных поверхностях, формоизменение режущей поверхности кругов, эффекты изменения концентрации подвижной фазы инструментальных композитов. Тем самим, в основу дисертационной работы положены триботехнические принципы изменения характеристик контактных поверхностей системы “круг - обрабатываемое изделие”.

В основу повышения эффективности процессов шлифования изделий из инструментальных материалов, содержащих карбиды металлов IVb - Vb подгрупп, положена концепция направленного и регулируемого использования совокупности механических, электрофизических и элект-рохимических процессов при электрошлифовании. При этом электроэро-зионные процессы направляются исключительно на поддержание высокой режущей способности круга из СТМ, механические процессы резания зернами обеспечивают повышение съема обрабатываемого материала, а электродная поляризация формирует анодные и катодные пленки, определяющие условия электрофизического контакта, что позволяет избежать разрушения обработанной поверхности электроразрядами.

Выявлены закономерности волнового формоизменения режущей поверхности кругов из СТМ, которые приводят к реальному снижению площади поверхности, ответственной за съем припуска. Впервые установлена неравномерность движения волны в окружном направлении и определен ее механизм, что позволило уточнить механизм съема материала при торцовом шлифовании и получить аналитически уравнение критической производительности шлифования. Показано, что для повышения ее величины и, соответственно, снижения износа кругов необходимо стремиться: к увеличению величины коэффициента абразивного резания, твердости рабочего слоя круга, показателя прочности зерен СТМ и созданию специальных кругов с измененной рабочей поверхностью. Изложенное позволило определить условия стабилизации формы профиля и разработать 22 типоразмера специальных конструкций кругов из СТМ и техническую документацию на их производство.

На основе концепций разделения направленности и триботехники скользящих электрических контактов получены теоретически и подтвер-ждены экспериментально зависимости для расчета величин электрохими-ческой и электроэрозионной составляющей технологического тока и по-казано, что хотя доля электрохимического тока в общем составляет лишь 8...15 %, но он является важным регулятором разделения направленности за счет управляемого создания необходимых электродных пленок на контактных поверхностях. Выдвинуто положение о приоритетности катодных процессов при электрошлифовании и их управляющей роли, определены состав, защитная роль катодных пленок и установлены условия их формирования в условиях неявной поляризации, что позволило достичь снижения энергоемкости обработки до 4 раз и износа кругов до 2 раз при одновременном повышении производительности шлифования.

На основе результатов исследований разработано 11 технологических процессов шлифования инструментальных материалов, в т.ч. специальными кругами из СТМ, что позволяет обеспечить повышение производительности шлифования в 1,3...1,8 раза, увеличение стойкости кругов в 1,5...2,2 раза, экономию валютных средств за счет замены импортных кругов отечественными, повысить стойкость режущего инструмента в 1,2...1,6 раза.

Ключевые слова: шлифовaние, инструментальные материалы, электродные пленки, формоизменение, производительность, износ круга.

Размещено на Allbest.ru