Наукові основи формоутворення прецизійних керамічних виробів спрямованою зміною швидкісно-силових параметрів процесу алмазного доведення

В розділі показано також, що більш простим, ніж спрямована зміна швидкісних параметрів процесу доведення, але не менш ефективним засобом зміни характеру розподілення припуску по профілю виробу є спрямована зміна силових параметрів процесу доведення, а саме: додаткове силове навантаження зони притирання спеціально створюваним моментом сили притискання відносно центра виробу в напрямку зниження швидкості зняття припуску по профілю виробу (рис. 19). Як видно з порівняння рис. 12, а й рис. 20, спрямованою зміною силових параметрів процесу доведення забезпечується змінювання розподілення швидкості лінійного зняття припуску по профілю виробу від такого, що забезпечує переважне зняття припуску на периферії виробу до такого, що забезпечує переважне зняття припуску на її вершині. При цьому не потрібно збільшення сили притискання, а лише використано можливість перерозподілу контактного тиску в зоні притирання для його збільшення у зазначеному напрямку під дією створюваного моменту сили притискання.

Експериментальними дослідженнями величини припуску, що знімається в осьовому й нормальному до нього напрямку виробу типу усічена куля з кераміки при її алмазному доведенні зі зміною плеча дії сили притискання показано, що при використанні широкого діапазону зернистостей алмазних паст марки АСМ від 28/20 до 7/5 швидкість лінійного зняття припуску по нормалі до осі виробу практично лінійно залежить від змінювання плеча дії сили притискання (рис. 21).

У той же час характер залежності швидкості лінійного зняття припуску уздовж осі виробу й швидкості об'ємного зняття припуску від змінювання плеча дії сили притискання нелінійний. При цьому положення екстремума швидкості об'ємного зняття припуску залежить від зернистості використовуваної алмазної пасти й величини плеча дії сили притискання притиру. Показано також, що змінювання величини плеча дії сили притискання впливає в основному на швидкість лінійного зняття припуску уздовж осі виробу.

У шостому розділі показано, що практичним використанням висунутого наукового положення про використання спрямованої зміни силових параметрів процесу доведення для вирівнювання швидкості зняття припуску по профілю виробу стала розробка прогресивних способів процесу алмазного доведення виробів типу усічена куля з кераміки й штучного сапфіру, захищених патентами України й 2 заявками на європейські патенти (рис. 22).

Низка способів абразивної обробки (див. рис. 22, д-е), напрацьованих принципів спрямованої зміни швидкісно-силових параметрів процесу алмазного доведення для вирівнювання швидкості зняття припуску по профілю виробу (див. рис. 12, 20) стали науковим обґрунтуванням розробленого технологічного процесу алмазного доведення ортопедичних голівок з кераміки й штучного сапфіру, для реалізації якого на універсальному обладнанні розроблена технологічна інструкція й технологічні рекомендації. Вони стали також науковим підґрунтям конструктивних рішень для проектування автоматизованого устаткування для алмазної обробки ортопедичних голівок ендопротезів з кераміки й штучного сапфіру та основних принципів ведення процесу доведення. У теперішній час фірмою BAROSZ GWIMET (Польща) у співробітництві з Інститутом надтвердих матеріалів НАН України й Краківським технічним університетом проектується обробний центр, на якому послідовно реалізуються операція попереднього формоутворення ортопедичних голівок з кубічної або циліндричної заготівок трубчастим інструментом й наступна операція фінішної алмазної обробки в кілька переходів.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

На основі проведених досліджень запропоновано нове рішення науково-технічної проблеми формоутворення прецизійних виробів з кераміки й штучного сапфіру шляхом спрямованої зміни швидкісно-силових параметрів процесу їх алмазного доведення, суть якого розкрита на прикладі процесу доведення прецизійних виробів типу усічена куля із забезпеченням їх сферичності менше 1 мкм, і яке поширюється на процеси алмазної обробки за методом вільного притирання плоских, асферичних, деяких фасонних поверхонь.

Основні науково-практичні результати виконаної дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Вперше поставлена й вирішена чисельним методом 3-вимірна контактна задача процесу алмазного доведення прецизійних виробів типу усічена куля з кераміки й сапфіру з урахуванням взаємного впливу змінюваної геометрії контакту, кінематики і динаміки процесу доведення, через дію тертя й абразивного зношування тіл.

2. Розроблено чисельно-аналітичну модель процесу алмазного доведення виробів типу усічена куля з кераміки й сапфіру, яка враховує взаємний вплив змінюваних факторів процесу доведення. Це дозволило виявити і експериментально підтвердити основні закономірності формоутворення прецизійних виробів в умовах спрямованої зміни швидкісно-силових параметрів процесу їх доведення.

3. Вперше отримані такі аналітичні вираження складових векторів швидкості ковзання поверхонь, що притираються, які дозволяють встановити напрямок векторів сил різання в кільцевій зоні притирання, і дослідити умови входження алмазних зерен у зону притирання.

4. Вперше показано, що спрямованою зміною швидкісних параметрів процесу доведення, а саме: збільшенням передатного відношення в діапазоні 0,5…1,0 забезпечується вирівнювання швидкості зняття припуску по профілю виробу.

5. Вперше показано також, що при переміщенні притира уздовж виробу з рівномірною швидкістю подачі вирівнювання швидкостей алмазних зерен на зовнішній і внутрішній крайках притиру досягається при квадратичній залежності передатного відношення швидкостей обертання притира і виробу від кута ? перетинання осей притира й виробу з максимальним значенням при наближенні до ? = 35?.

При переміщенні притира уздовж виробу зі змінною швидкістю подачі, але при постійному передатному відношенні ?, вирівнювання швидкостей алмазних зерен на зовнішній і внутрішній крайках притиру досягається при змінюванні швидкості подачі за гармонійним законом, близьким до синусоїдального, і з максимальним значенням швидкості подачі при наближенні до ? = 35?, а мінімальних - при наближенні до ? = 1? і ? = 80?.

6. Досліджено закономірності процесу алмазного доведення виробу типу усічена куля з кераміки, основними з яких є наступні:

- в процесі доведення виробу типу усічена куля з Al2O3- і ZrO2-кераміки алмазною пастою марки АСМ зі зменшенням зернистості пасти від 28/20 до 7/5 розподілення швидкості зняття припуску по профілю виробу змінюється від такого, що забезпечує переважне зняття припуску на периферії виробу до такого, що забезпечує переважне зняття припуску на її вершині, й приводить до зниження продуктивності процесу;

- швидкість притирання лінійно зростає в 1,9 рази зі збільшенням кутової швидкості виробу з 66,0 до 130,9 с-1 й в 1,4 рази зі збільшенням співвідношення швидкостей зношування притира й зняття припуску з виробу з 0,1 до 0,5;

- для всіх досліджених рівнів варіювання кутової швидкості виробу залежність швидкості зняття припуску з виробу від площі зони притирання має екстремум - точку мінімуму, обумовлену існуванням оптимального поєднання розмірних характеристик контакту з погляду зносостійкості притиру.

7. Показано, що особливістю кінетики притирання поверхонь є, по-перше, поступове монотонне дроблення від стадії до стадії ділянок профілю виробу, що перебувають у контакті зі сполученою поверхнею притиру, і, по-друге, також поступове наближення поточного розподілення швидкості лінійного зняття матеріалу по профілю виробу до отриманого експериментально.

8. Вперше встановлено, що спрямованою зміною силових параметрів процесу доведення, а саме: додатковим силовим навантаженням зони притирання спеціально створюваним моментом сили притискання притиру, забезпечується вирівнювання розподілення швидкості лінійного зняття припуску по профілю виробу.

Встановлено також, що залежність швидкості лінійного зняття припуску від змінювання моменту сили притискання притиру має практично лінійний характер по нормалі до осі виробу й нелінійний (як і швидкості об'ємного зняття припуску) - вдовж осі виробу. При цьому положення екстремуму залежить від зернистості алмазної пасти й величини моменту сили притискання притиру.

9. Отримані експериментальні й теоретичні результати дозволили розробити прогресивні способи алмазного доведення й технологічний процес фінішної алмазної обробки сферичної поверхні ортопедичних голівок ендопротезів суглобів з кераміки й штучного сапфіру із забезпеченням сферичності 0,5-1,0 мкм і шорсткості поверхні Rа 0,03...0,01 мкм, для реалізації якого на універсальному обладнанні розроблена технологічна інструкція й технологічні рекомендації.

10. Низка способів абразивної обробки, напрацьованих принципів спрямованої зміни швидкісно-силових параметрів процесу алмазного доведення ортопедичних голівок з кераміки, штучного сапфіру для ендопротезів суглобів застосовано для проектування фірмою BAROSZ GWIMET (Польща) у співробітництві з ІНМ НАН України й Краківським технічним університетом обробного центра, на якому послідовно реалізуються операція попереднього формоутворення голівок трубчастим алмазним інструментом і наступна операція фінішної алмазної обробки в кілька переходів.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ВИКЛАДЕНІ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Сохань С. В. Особенности финишной алмазно-абразивной обработки сферических поверхностей деталей из керамики / Сверхтвердые материалы, получение и применение: Монография в 6 томах / Под общ. ред. Н.В. Новикова. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, 2006 / Том 4: Инструменты и технологические процессы в прецизионной финишной обработке / Под общ. ред. В. В. Рогова. - Киев: ИСМ им. В.Н. Бакуля, ИПЦ “АЛКОН” НАНУ, 2006. - С. 100-108.

2. Особенности алмазной доводки торцевых уплотнений из карбида кремния // Орап А. А., Стахнив Н. Е., Сохань С. В., Сенченко Е. В. // Сверхтв. материалы. - 1995. - №1. - С.56-61.

3. Сохань С. В. Расчетные зависимости контактной задачи применительно к алмазной доводке керамических шаровых головок // Сверхтв. материалы. - 1997. - №5. - С.34-42.

4. Сохань С. В. О поле скорости резания при абразивной обработке шарообразных деталей // Сверхтв. материалы. - 1999. - №5. - С. 49-56.

5. Сохань С. В. О траекториях зерен при абразивной обработке деталей шарообразной формы // Сверхтв. материалы. - 2000. - №3. - С. 51-61.

6. Сохань С. В. О кинематике инструмента при алмазной доводке керамических головок из оксида алюминия // Сверхтв. материалы. - 2000. - №4. - С.49-56.

7. Сохань С. В. Условия нагружения притира при алмазно-абразивной доводке деталей шарообразной формы//Сверхтв.материалы.- 2001.- №4.- С. 55-62.

8. Сохань С. В. Особенности алмазно-абразивной обработки шарообразных деталей из керамики // Сверхтв. материалы. - 2001. - №6. - С. 69-75.

9. Сохань С. В. Саморегулювання швидкості обертання інструмента під час фінішної алмазної обробки деталей кульоподібної форми // Вісник Житомирського держ. тех. ун-ту. Серія: Технічні науки. - 2001. - Вип.16. - С. 75-81.

10. Сохань С. В. Расчет износа притира при алмазной доводке деталей шарообразной формы // Сверхтвердые материалы. - 2002. - №3. - С.64-74.

11. Сохань С. В. Моделирование кинетики притирки поверхностей при доводке шарообразной керамической детали // Сучасні процеси механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин: Зб. наук. праць. Серія Г: Процеси механічної обробки, верстати та інструменти // НАН України. ІНМ ім. В. М. Бакуля. - Київ, 2003. - С.150-156.

12. Сохань С. В., Розенберг О. А. Влияние конструктивных характеристик на показатели абразивной доводки шарообразных деталей // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоградського держ. тех. ун-ту. - Кіровоград, 2003. - Вип.12. - С. 296-301.

13. Розенберг О. А., Сохань С. В. Особенности стабилизации работы съема припуска при абразивной доводке шарообразных поверхностей деталей // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоградського держ. тех. ун-ту. - Кіровоград, 2003. - Вип.13. - С. 3-8.

14. Сохань С. В. Закономерности алмазно-абразивной доводки сферической поверхности керамических деталей // Сверхтв. материалы. - 2004. - №3. - С. 64-83.

15. Сохань С. В. Моделирование кинетики алмазно-абразивной доводки шаровой поверхности керамической детали // Високі технології в машинобуду-ванні: Зб. наук. пр. Нац. тех. ун-ту "Харківський політехнічний інститут" (НТУ "ХПІ"). - Харків, 2004. - Вип.1(8) - С. 145-150.

16. Научные подходы к разработке эндопротезов суставов из современных керамических материалов // Розенберг О. А., Возный В. В., Сохань С. В., Гавлик Й., Немчевска М., Риневич А. // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. НТУ "ХПІ". - Харків, 2004. - Вип.2(9) - С. 183-194.

17. Розенберг О. А., Сохань С. В., Пузырёв А. Л. Влияние материала притира на производительность алмазной доводки керамических материалов медицинского назначения // Сверхтв. материалы. - 2005. - №5. - С. 71-78.

18. Трибологические свойства сапфира применительно к использованию в эндопротезах тазобедренного сустава // Новиков Н. В., Розенберг О. А., Возный В. В., Сохань С. В. // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. НТУ "ХПІ". - Харків, 2005. - Вип. 2(11) - С.336-347.

19. Сохань С. В. Теория кинематически подвижного притира для алмазной доводки усеченных сферических объектов из керамики // Резание и инструмент в технологических системах: Зб. наук. пр. НТУ "ХПІ". - Харків, 2005. - Вип.69 - С. 275-286.

20. Розенберг О. А., Сохань С. В., Пузырёв А. Л. Выравнивание съема припуска при алмазной доводки деталей типа "усеченный шар" из керамики // Вісник Сумського держ. ун-ту: Технічні науки. - 2005. - №11(83). - С.135-139.

21. Сохань С. В. Расчет съема материала при алмазной доводке шарообразной детали из керамики // Сучасні процеси механічної обробки інструментами з НТМ та якість поверхні деталей машин: Зб. наук. пр. Серія Г: Процеси механічної обробки, верстати та інструменти // НАН України. ІНМ ім. В. М. Бакуля. - Київ, 2006. - С.136-144.

22. Пат. № 61729 А Україна, 7 B 24 B 11/10. Спосіб обробки сферичних поверхонь та пристрій для його реалізації. М. В. Новіков, О. О. Розенберг, С. В. Сохань. Заявл. 09.04.2003; Опубл.17.11.2003, Промислова власність, Бюл. №11.

23. Пат. № 61730 А Україна, 7 B 24 B 11/10. Спосіб обробки сферичних поверхонь та пристрій для його реалізації. С. В. Сохань. Заявл. 09.04.2003; Опубл. 17.11.2003, Промислова власність, Бюл. №11.

24. Пат. № 61731 А Україна, 7 B 24 B 11/10. Спосіб обробки сферичних поверхонь та пристрій для його реалізації. О. О. Розенберг, С. В. Сохань. Заявл. 09.04.2003; Опубл. 17.11.2003, Промислова власність, Бюл. №11.

25. Пат. № 61732 А Україна, 7 B 24 B 11/10. Спосіб обробки сферичних поверхонь та пристрій для його реалізації. О. О. Розенберг, С. В. Сохань. Заявл. 09.04.2003; Опубл. 17.11.2003, Промислова власність, Бюл. №11.

26. Пат. № 61734 А Україна, 7 B 24 B 11/10. Спосіб обробки сферичних поверхонь та пристрій для його реалізації. О. О. Розенберг, С. В. Сохань. Заявл. 09.04.2003; Опубл. 04.02.2004, Промислова власність, Бюл. №2.

27. European patent application EP 1 563 953 A1, 7 B 24 B 11/10. The way of machining of spherical surfaces and the device for its realization. A. Mamalis, N. V. Novikov, O. A. Rozenberg, S. V. Sokhan. Заявл. 10.10.2003; Опубл. 17.08.2005, Bulletin 2005/33.

28. Заявка № Р - 380348 на пат. Польщі. Спосіб та пристрій для фінішної обробки випуклих сферичних поверхонь, зокрема керамічних голівок ендопротезів тазостегнових суглобів. Rozenberg O., Novikov N., Sokhan S., Voznyj S., Gawlik J., Cieciak S., Zajac M. Заявл. 31.07.2007.

29. Сохань С. В. Моделирование процесса обработки шарового эндопротеза из биокерамики // РМ-97: Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии: Сб. тез. докл. - Киев, ИПМ им. И. Н. Францевича, 1997. - С.21.

30. Sokhan S. Simulation for surfacing of spherical ceramic implantants // The 8th International DAAAM Symposium, Dubrovnik, Croatia, 1997, p.321.

31. Fomchenko V., Lashneva V., Sokhan S. Research on producing and surfacing of ceramic prostheses in clinical application // Forum on new materials “CIMTEC'98”, Faenza, Italy, Section S-XI-2.

32. Лашнева В. В., Крючков Ю. Н., Сохань С. В. Биокерамика на основе оксида алюминия // Стекло и керамика, Москва. - 1998. - №11. - С.26-29.

33. Сохань С. В. О кинематике зерен при доводке деталей шарообразной формы связанным абразивом//Вестник машиностроения.- 2001.- №4.- С.52-55.

34. Сохань С. В. Саморегулирование процесса финишной алмазно-абразивной обработки деталей шарообразной формы // Сверхтвердые инструментальные материалы на рубеже тысячелетий: получение, свойства, применение: Материалы Межд. конф. - Киев, ИСМ им. В. Н. Бакуля, 2001. - С.189-191.

35. Rozenberg O. A., Voznyy V. V., Sokhan S. V. Recent news of manufacture hip joint prostheses: problems and solutions // Innovative Superhard materials and Sustainable Coatings for Advanced Manufacturing, NATO Science Series, II. Matematics, Physics and Chemistry - Vol.200, pp.281-293 Proceeding of the NATO Advanced Research Workshop on Innovative Superhard Materials and Sustainable Coatings, Kiev, Ukraine, 12-15 May 2004.

36. Сохань С. В. Закономерности притирки поверхностей при алмазной доводке керамической детали шарообразной формы // Вестник машиностроения. - 2005. - №1. - С. 60-66.

37. Сохань С. В. Технология алмазной прецизионной обработки керамических головок эндопротезов суставов // Технологии механической обработки материалов: Сб. науч. тр. Серия: Процессы механической обработки, станки и инструменты // Отв. ред. Н. В. Новиков; НАН Украины. Ин-т сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля. - К.: 2006. - С.104-112.

38. Trends and developments in the manufacturing of hip joints: an overview // Rozenberg O. A., Voznyy V. V., Sokhan S. V., Mamalis A. G., Gawlik J., Kim D. - J. // Int J Adv Manuf Technol (2006) 27: p. 537-542.

АНОТАЦІЯ

Сохань С. В. Наукові основи формоутворення прецизійних керамічних виробів спрямованою зміною швидкісно-силових параметрів процесу алмазного доведення. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - Процеси механічної обробки,

верстати й інструмент. Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, 2007 р.

У дисертації наведено нове рішення науково-технічної проблеми розробки формоутворення прецизійних виробів з кераміки й штучного сапфіру шляхом спрямованої зміни швидкісно-силових параметрів процесу їх алмазного доведення, суть якого розкрита на прикладі процесу доведення прецизійних виробів типу усічена куля із забезпеченням їх сферичності менше 1 мкм .

Уперше поставлена і вирішена чисельним методом 3-вимірна контактна задача процесу алмазного доведення прецизійних виробів типу усічена куля з кераміки й сапфіру з урахуванням взаємного впливу змінюваної геометрії контакту, кінематики і динаміки процесу внаслідок дії тертя й абразивного зношування тіл. Вперше показано, що вирівнювання розподілення швидкості зняття припуску по профілю виробу забезпечується спрямованою зміною швидкісно-силових параметрів процесу алмазного доведення: або збільшенням передатного відношення обертання виробу до притира, або додатковим силовим навантаженням зони притирання спеціально створюваним моментом сили притискання притиру.

Ключові слова: прецизійний виріб, кераміка, сапфір, алмазне доведення, притир, зона притирання, формоутворення.

ANNOTATION

Sokhan' S. V. Scientific fundamentals of shaping of precision ceramic goods by directional modification of velocity and load parameters of process of diamond lapped finishing. - Manuscript. Thesis for a Doctor of Science (Engineering) degree in the 05.03.01 Speciality - Processes of Mechanical Machining, Machine Tools and Tools. V. Bakul Institute for Superhard Materials National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2007.

In the thesis the new solution has been represented for a scientific and technical problem of shaping of precision goods from ceramics and artificial sapphire with a directional modification of velocity and load parameters of process of diamond lapped finishing and which essence is uncovered on an example of process of lapped finishing of goods of the truncated full-sphere type with sphericity less than 1 ?m. And also a run out of new constructive solutions as well as main principles of support of process of diamond lapped finishing has been carried with its use.

For the first time the applied 3-dimensional contact problem of process of diamond lapped finishing of goods of the truncated full-sphere type from ceramics and sapphire is put and solved by the numerical method which for the first time takes into account mutual influence of changed geometry of contact, kinematics and dynamics of process owing to act of a friction and abrasive wear of bodies. It has been also shown for the first time, that the modification of character of allocation of width of a oversize removal on a profile of a good is ensured with a directional modification of velocity and load parameters: or magnification of a velocity ratio of a rotation of the good to diamond lap, or an additional force loading of zone of lapped finishing by specially ensured moment of hold-down force of the lap, that is important for stabilization of process of lapped finishing and projection of new machine tools.

Keywords: a precision good, a ceramics, a sapphire, diamond lapped finishing, a lap, a zone of lapped finishing, a shaping.

АННОТАЦИЯ

Сохань С. В. Научные основы формообразования прецизионных керамических изделий направленным изменением скоростных и силовых параметров процесса алмазной доводки. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 - Процессы механической обработки, станки и инструмент. Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, 2007 г.

Цель работы определена как формообразование прецизионных изделий типа усеченный шар из керамики медицинского назначения и искусственного сапфира в условиях направленного изменения скоростных и силовых параметров процесса их алмазной доводки с обеспечением сферичности менее 1 мкм.

В диссертации приведено новое решение научно-технической проблемы формообразования прецизионных изделий из керамики медицинского назначения и искусственного сапфира направленным изменением скоростных и силовых параметров процесса алмазной доводки, суть которого раскрыта на примере процесса алмазной доводки изделий типа усеченный шар с обеспечением их сферичности менее 1 мкм.

Для теоретико-экспериментального описания формообразования прецизионных изделий из износостойких материалов впервые поставлена и решена численным методом 3-хмерная контактная задача процесса алмазной доводки изделий типа усеченный шар из керамики и сапфира с учетом взаимного влияния изменяемой геометрии контакта, кинематики и динамики процесса вследствие действия трения и абразивного изнашивания тел. Для решения контактной задачи впервые получены аналитические выражения составляющих векторов скорости скольжения притирающихся поверхностей, что позволило установить направление векторов сил резания в кольцевой зоне притирки, и получить эпюру скорости скольжения в кольцевой зоне притирки.

Скорость скольжения притирающихся поверхностей в кольцевой зоне притирки распределена крайне неравномерно: минимальные значения скорости меньше максимальных, в основном, в 1,10-7,56 раза. Однако в случаях, когда абсолютный минимум скорости скольжения выходит на кромки притира, отношение vmax/vmin резко увеличивается. На наружной кромке притира оно достигает значения 57,40, на внутренней - 81,24, и, следовательно, условия входа алмазных зерен в зону притирки ухудшаются. Выравнивание скорости входа алмазных зерен в зону притирки обеспечивается в случае, когда абсолютный минимум скорости скольжения находится между наружной и внутренней кромками притира, а угловые скорости притира и изделия совпадают.

Показано также, что при перемещении притира вдоль изделия с равномерной скоростью подачи выравнивание скорости входа алмазных зерен в зону притирки обеспечивается при квадратичной зависимости передаточного отношения ? от угла ? пересечения осей притира и изделия с максимальным значением в области ? = 35?. При перемещении притира вдоль изделия с переменной скоростью подачи, но при постоянном передаточном отношении ?, выравнивание скорости входа алмазных зерен в зону притирки обеспечивается изменением скорости подачи по гармоническому закону, близкому к синусоидальному, и с максимальным значением скорости подачи в области ? = 35?, а минимальных - в области ? = 1? и ? = 80?.

С использованием разработанного алгоритма численного решения контактной задачи аналитически определен диапазон изменения коэффициента абразивного резания ? = Pz/Py на элементарных площадках контакта, в котором расчетные значения интегральной силы Pz соответствовали экспериментально определенным в процессе алмазной доводки.

Установлены закономерности процесса алмазной доводки изделия типа усеченный шар из керамики, основными из которых являются следующие:

- скорость притирки, т.е. темп увеличения площади зоны притирки, Al2O3-керамики стандартного состава притиром из серого чугуна марки СЧ-25 примерно на 40% выше, чем притиром из серого чугуна марки СЧ-10. В то же время скорость притирки ZrO2-керамики стандартного состава не зависит от характеристик исследованных марок серого чугуна и ниже скорости притирки Al2O3-керамики притиром из серого чугуна марки СЧ-25 примерно на 7%;

- скорость притирки линейно возрастает в 1,9 раза в диапазоне угловых скоростей изделия 66,0-130,9 с-1 и в 1,4 раза с увеличением соотношения скоростей изнашивания притира и съема припуска с изделия с 0,1 до 0,5;

- зависимость скорости съема припуска с изделия от площади зоны притирки имеет экстремум - точку минимума, обусловленную существованием оптимального сочетания размерных характеристик контакта с точки зрения износостойкости притира.

Показано также, что особенностью кинетики притирки поверхностей является, во-первых, постепенное монотонное дробление от этапа к этапу участков профиля изделия, находящихся в контакте с сопряженной поверхностью притира, и, во-вторых, также постепенное монотонное приближение текущего распределения скоростей линейного съема по профилю изделия к полученному экспериментально.

Впервые показано, что выравнивание распределения толщины снимаемого припуска по профилю изделия обеспечивается направленным изменением скоростных и силовых параметров: или увеличением передаточного отношения вращения изделия притиру, или дополнительным силовым нагружением зоны притирки специально создаваемым моментом силы прижима притира, что важно для стабилизации процесса доводки и проектирования нового оборудования.

Ключевые слова: прецизионное изделие, керамика, сапфир, алмазная доводка, притир, зона притирки, формообразование.

Размещено на Allbest.ru