Full Text

Минералокерамика - это синтетический материал, в основу которого положен технический глинозем (Аl2O3). Широкое применение в настоящее время получила минералокерамика марки ЦМ-332 - микролит. По твердости (НRС 91-93), тепло- и износостойкости он превосходит твердые сплавы. К недостаткам микролита относят низкую прочность и большую хрупкость. Инструменты, оснащенные пластинками микролита, не теряют своей твердости при нагревании в процессе работы до 1200 °С, поэтому их с большой эффективностью применяют в условиях безударной нагрузки при чистовой и получистовой обработке стальных и чугунных деталей, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов при высоких скоростях с небольшими глубинами резания и подачами [1, 2]. Финишную абразивную обработку минералокерамики производят в несколько технологических операций: черновая, чистовая и доводочная. Данные технологические операции отличаются главным образом количеством сошлифованного материала и получаемой шероховатостью обработанной поверхности [3-6]. Исследуемые образцы минералокерамики нами предварительно шлифовались, после шлифования торцы образцов доводились на станке с растровой траекторий движения инструмента (притира) «Растр 220» [7, 8]. Проведены исследования для установления оптимальных значений следующих технологических параметров финишной абразивной обработки: 1. Режимы работы станка, определяющие параметры растровой траектории движения инструмента. 2. Материал абразива. 3. Зернистость абразива. 4. Количество абразивного материала. 5. Удельное давление. 6. Время обработки. 7. Материал доводочного инструмента. Основными параметрами, характеризующими результат финишной обработки, являлись: 1) величина съема материала в единицу времени; 2) шероховатость обработанной поверхности; 3) отклонение от плоскостности обработанной поверхности. Величина съема материала детали определялась как разность высот деталей до и после доводки. Измерения размеров проводились на вертикальном длинномере ИЗВ-2 с ценой деления шкалы 0,001 мм. Шероховатость обработанной поверхности оценивалась по параметрам Ra, Rz (мкм). Измерение проводилось на профилометре-профилографе типа А1, модели 252, ГОСТ 19299-73, изготовитель «Калибр». Отклонение от плоскостности обработанной поверхности определялось интерференционным методом с помощью плоских стеклянных пластин ПИ 120 по ГОСТ 2923-75. Отклонение от плоскостности определяют по величине искривления интерференционных полос. При контроле в белом свете искривление, равное ширине одной полосы, соответствует отклонению от плоскостности 0,27 мкм, двух полос - 0,54 мкм и т.д. Интерференционные полосы становятся видимыми при шероховатости контролируемой поверхности менее Ra = 0,12 мкм [10, 11]. Для рационального выполнения плоской растровой доводки минералокерамики необходимо установление оптимальных условий обработки, обеспечивающих при достаточной производительности и минимальном удельном расходе абразива необходимое качество обработанной поверхности - шероховатость Rz 0,8-1,0 мкм и отклонение от плоскостности не более 0,6 мкм. Известно, что свойства применяемого при доводке абразивного микропорошка оказывают существенное влияние на результаты обработки. Особенно это должно проявляться при доводке такого высокотвердого материала, как минералокерамика [12-14]. Нами проведены сравнительные исследования работоспособности микропорошков электрокорунда белого ЭБМ40, карбида кремния зеленого КЗМ40 и алмаза синтетического АСМ40 при доводке минералокерамики на притирах, изготовленных из различных материалов. Доводка минералокерамики микропорошком ЭБМ40 на притире из перлитного чугуна марки СЧ-28 за 4 мин обработки показала наименьшую величину суммарного съема, немного больше при обработке микропорошком КЗМ40 и в 10 раз больше при доводке микропорошком синтетического алмаза АСМ 40 (рис. 1). Объяснятся это тем, что твердость обрабатываемого материала - минералокерамики - мало уступает твердости микропорошков электрокорунда ЭБМ40 и карбида кремния КЗМ40, однако значительно меньше твердости алмаза синтетического АСМ40. Рис. 1. Зависимость суммарного съема Н (мкм) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от вида абразивного материала микропорошка. Материал притира - чугун СЧ-28 Шероховатость обработанной поверхности мало зависит от рода абразивного материала, что связано, очевидно, с особым характером съема в виде микровыкрашивания при доводке такого хрупкого материала, как минералокерамика. Однако лучшая шероховатость обработанной поверхности наблюдается при доводке электрокорундом ЭБМ40, наихудшая - при обработке алмазом синтетическим АСМ40. Это можно объяснить более активным измельчением абразивных зерен ЭБМ40 по сравнению с зернами алмаза. Отклонение от плоскостности доведенной поверхности не зависит от применяемого абразивного материала и во всех случаях доводки минералокерамики на станке «Растр 220» составляет не более 0,6 мкм. Также результаты по производительности и шероховатости обработанной поверхности получены при доводке на стальном и стеклянном притирах (рис. 2 и 3). Проведенные эксперименты показали, что работоспособность микропорошка алмаза синтетического АСМ40 по величине суммарного съема в 8-30 раз больше по сравнению с работоспособностью микропорошков ЭБМ40 и КЗМ40, по плоскостности обработанной поверхности не отличается от работоспособности микропорошков ЭБМ40 и КЗМ40, наибольшая шероховатость доведенной поверхности получена при доводке порошком из синтетического алмаза. Рис. 2. Зависимость суммарного съема Н (мкм) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от разновидности абразивного материала микропорошка. Материал притира - сталь Рис. 3. Зависимость суммарного съема Н (мкм) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от разновидности абразивного материала микропорошка. Материал притира - стекло оптическое (ЛК-5) Из опыта доводочных и притирочных работ известно, что материал притира оказывает заметное влияние на качество обработанной поверхности и во многом определяет производительность доводки. Существенную роль при этом играет рациональное сочетание свойств материала притира и обрабатываемой детали [15, 16]. Однако в литературе отсутствуют данные об оптимальном сочетании материала детали - материала притира для случая доводки минералокерамики. Вместе с тем известно, что для доводки деталей из твердых материалов предпочтительно использовать притиры из более мягких материалов. Но минералокерамика имеет очень высокую твердость, и по сравнению с ней притиры из чугуна, стали, стекла являются мягкими, поэтому были проведены сравнительные исследования притиров, изготовленных из чугуна перлитного, закаленной стали У7А и стекла оптического (рис. 4). Рис. 4. Зависимость суммарного съема Н (мкм), удельного расхода алмазов K (мг/мм3) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от материала притира. Микропорошок АСМ40, р = 50 кПа, Т = 4 мин Установлено, что наибольшая величина суммарного съема материала обеспечивается при доводке на чугунном притире, меньшая - на стальном притире и самая наименьшая - на стеклянном притире (см. рис. 4). Условный удельный расход алмазов за 4 мин доводки наименьший при обработке на чугуном притире, больший - на стальном притире, и самый большой - на притире из оптического стекла. Шероховатость обработанной поверхности также зависит от материала притира. Наименьшая высота микронеровностей наблюдается при доводке на чугуном притире, более высокая - на стеклянном притире, и самая высокая шероховатость на стальном притире. Это объясняется разным процессом шаржирования абразивных зерен в поверхность притира. Больше всего абразивные зерна шаржируются в поверхность притира, изготовленного из чугуна, и практически не шаржируются в притиры из закаленной стали и оптического стекла. Таким образом, чугунный притир имеет наилучшую работоспособность как по величине суммарного съема, так и по удельному расходу алмазов и шероховатости обработанной поверхности. Следует отметить что при доводке минералокерамики с контактным давлением 50 кПа наблюдается повышенный износ стеклянного притира. С изменением зернистости алмазного микропорошка при прочих равных условиях изменяются размеры и количество алмазных зерен, участвующих в работе, поэтому изменение зернистости микропорошка сказывается на условиях микрорезания и влияет на производительность доводки, удельный расход алмазов и шероховатость обработанной поверхности. Результаты исследования доводки минералокерамики микропорошками различной зернистости показали, что величина суммарного съема возрастает при увеличении зернистости микропорошка от АСМ5 до АСМ40 (рис. 5). Объясняется это тем, что по мере увеличения размеров алмазных зерен уменьшается их общее количество, увеличивается нагрузка на каждое зерно, оно глубже проникает в обрабатываемый материал и срезает микростружки больших размеров. С увеличением зернистости условный удельный расход алмазов снижается, причем особенно интенсивно - при изменении зернистости от АСМ5 до АСМ10. С увеличением зернистости алмазного микропорошка от АСМ5 до АСМ40 высота неровностей доведенной поверхности возрастает от Rz = 0,27 до Rz =1,12. Рис. 5. Зависимость суммарного съема Н (мкм), удельного расхода алмазов K (мг/мм3) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от зернистости микропорошка алмаза синтетического: р = 50 кПа, Т = 4 мин, притир - чугун СЧ-28 Установлено, что при растровой доводке минералокерамики порошками АСМ5, АСМ10, АСМ20, АСМ40 обеспечивается минимальное отклонение от плоскостности до 0,3 мкм. Учитывая, что при доводке микропорошком АСМ20 обеспечивается достаточно высокая производительность, невысокий удельный расход алмазов и требуемая шероховатость поверхности Rz = 0,8…0,9, большинство дальнейших исследований проводили с использованием этого микропорошка. Количество алмазного микропорошка, наносимого на притир, оказывает влияние на результаты процесса и, в первую очередь, на удельный расход алмазов и производительность процесса. При проведении опытов количество алмазного микропорошка АСМ20, наносимого на поверхность чугунного притира, изменялось в пределах от 50 до 175 мг (от 14 до 50 см3). Нами установлено, что по мере увеличения количества алмазного микропорошка возрастает как величина суммарного съема материала, так и условный удельный расход алмазов. Данные представлены на рис. 6. Рис. 6. Зависимость суммарного съема Н (мкм), удельного расхода алмазов K (мг/мм3) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от количества микропорошка алмаза синтетического АМС20; р = 50 кПа, Т = 4 мин, притир - чугун СЧ-28 Однако при увеличении количества микропорошка от 100 до 175 мг величина суммарного съема возрастает незначительно (с 93 до 97 мкм), а условный удельный расход алмазов увеличивается почти вдвое (с 0,52 до 0,85 мг/см3). Шероховатость обработанной поверхности практически не зависит от количества микропорошка и находится в пределах 0,78-1,0 мкм. Также установлено, что изменение количества микропорошка в указанных пределах не оказывает существенного влияния на плоскостность обработанной поверхности. Аналогичные результаты были получены при изменении количества алмазного микропорошка АСМ зернистостью 10 мкм (рис. 7). Рис. 7. Зависимость суммарного съема Н (мкм), удельного расхода алмазов K (мг/мм3) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от количества микропорошка алмаза синтетического АМС10; p = 50 кПа, Т = 4 мин, притир - чугун СЧ-28 Следует лишь отметить, что при увеличении количества микропорошка АСМ10 от 50 до 175 мг величина суммарного съема возрастает незначительно, тогда как удельный расход алмазов увеличивается втрое (с 0,51 до 1,57 мг/см3). Таким образом, при доводке на оборудовании с растровой траекторией движения инструмента деталей из минералокерамики на чугунном притире диаметром 220 мм оптимальное количество алмазного микропорошка для зернистости АСМ10 следует считать 20-45 мг, для зернистости АСМ20 - 40-80 мг. Удельное давление деталей на притир передается через алмазные зерна, находящиеся между ними. Очевидно, что давление определяет величину нагрузки на каждое работающее зерно и влияет на условия микрорезания. Влияние удельного давления при доводке минералокерамики алмазным микропорошком АСМ20 на чугунном притире исследовано в диапазоне от 25 до 150 кПа. Экспериментально установлено, что величина суммарного съема заметно возрастает при увеличении удельного давления с 25 до 50 кПа и мало изменяется при дальнейшем его увеличении до 150 кПа эта зависимость представлена на рис. 8. Последнее обстоятельство можно объяснить интенсивным измельчением алмазных зерен микропорошка под воздействием большой нагрузки. Удельный расход алмазов уменьшается по мере увеличения давления, наибольшее уменьшение расхода алмазов наблюдается при изменении давления с 25 до 50 кПа. Шероховатость обработанной поверхности уменьшается с 1,28 до 0,75 мкм при увеличении удельного давления с 25 до 50 кПа и практически не изменяется при дальнейшем его увеличении до 150 кПа. Последнее обстоятельство подтверждает предположение об интенсивном разрушении - измельчении алмазных зерен при увеличении давления. Рис. 8. Зависимость суммарного съема Н (мкм), удельного расхода алмазов K (мг/мм3) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от удельного давления. Притир - чугун СЧ-28 Следует отметить, что при доводке с удельным давлением, равным 150 кПа, на поверхности чугунного притира появляются надиры и риски. Отклонение от плоскостности доведенной поверхности было в пределах 0,6 мкм. Оптимальное давление при доводке минералокерамики на чугунном притире - 50-100 кПа. С увеличением времени доводки с 2 до 8 мин (без замены алмазного микропорошка) суммарный съем материала детали в начальный период работы возрастает пропорционально, а затем с отставанием от времени (рис. 9). Рис. 9. Зависимость суммарного съема Н (мкм) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от времени доводки. АСМ20, р = 50 кПа Такое отставание съема от времени можно объяснить разрушением и измельчением алмазных зерен, появлением шлама на притире и частичным испарением жидкой среды (СОЖ). По мере увеличения времени доводки шероховатость обработанной поверхности уменьшается с 0,92 до 0,63 мкм, что также связано с постепенным измельчением абразивных зерен. Амплитуда и частота колебаний инструмента (притира) являются важными технологическими параметрами, определяющими скорость резания при доводке на оборудовании с растровой траекторий движения инструмента. При увеличении амплитуд складываемых колебаний притира возрастает величина относительных перемещений обрабатываемой детали и притира, т.е. возрастает скорость резания. Увеличение скорости резания способствует большей интенсивности резания-царапания и влияет на производительность доводки. В проведенных экспериментах амплитуды колебаний притира в обоих направлениях были приняты одинаковыми, расстройка частот была постоянной - 10 %. Установлено, что величина суммарного съема материала детали возрастает пропорционально увеличению амплитуд колебаний притира, эта зависимость представлена на рис. 10. Рис. 10. Зависимость суммарного съема Н (мкм) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от амплитуды колебаний притира. АСМ20, Т = 4 мин, р = 50 кПа Шероховатость обработанной поверхности уменьшается с 1,0 до 0,70 мкм при увеличении амплитуд с 2,5 до 9 мкм. Объясняется это, видимо, некоторым измельчением алмазных зерен вследствие возрастания динамики процесса и относительных перемещений обрабатываемой детали, алмазных зерен и притира. Увеличение частоты колебаний притира сопровождается возрастанием суммарного съема материала (рис. 11). Наибольшее увеличение съема наблюдается при увеличении частоты колебаний с 180 до 270 дв.ход/мин; дальнейшее увеличение частоты колебаний до 540 дв.ход/мин мало влияет на увеличение съема. Объясняется последнее обстоятельство ухудшением удержания жидкой абразивной смеси на притире при большой частоте колебаний. Рис. 11. Зависимость суммарного съема Н (мкм) и шероховатости обработанной поверхности Rz (мкм) от частоты колебаний притира. АСМ20, Т = 4 мин, р = 50 кПа Шероховатость обработанной поверхности изменяется в пределах класса и практически не зависит от изменения частоты колебаний притира от 180 до 540 дв.ход/мин. Отклонение от плоскостности обработанной поверхности было в пределах 0,6 мкм. Проведенное исследование процесса плоской доводки на станке с растровой кинематикой рабочего движения инструмента деталей из минералокерамики марки ЦМ-332 позволило установить влияние параметров характеристик абразивного материала, режима резания и других условий обработки на показатели процесса доводки и установить основные закономерности процесса доводки. На основании результатов исследования представляется возможным сделать следующие выводы: 1. При доводке на станке с растровой кинематикой деталей, изготовленных из минералокерамики марки ЦМ-332, установлено, что работоспособность микропорошка алмаза в 8-30 раз больше по сравнению с работоспособностью микропорошков электрокорунда ЭБМ40 и карбида кремния зеленого КЗМ40. Отклонение от плоскостности практически не зависит от вида абразива, шероховатость поверхности при обработке алмазным микропорошком незначительно выше. Учитывая чрезвычайно высокую работоспособность микропорошка алмаза синтетического по величине съема, предпочтительно его использовать при доводке таких высокотвердых материалов, как минералокерамика. 2. Материал притира оказывает существенное влияние на результаты доводки. При обработке минералокерамики предпочтительней использовать чугунный притир марки СЧ-28, который показал лучшую работоспособность как по величине суммарного съема, так и по удельному расходу алмазов и шероховатости доведенной поверхности по сравнению с притирами, изготовленными из стали У7А и стекла оптического ЛК-5. 3. Зернистость микропорошков синтетического алмаза оказывает существенное влияние на производительность обработки и шероховатость обработанной поверхности. С увеличением зернистости возрастает величина суммарного съема и шероховатость обработанной поверхности. Для получения шероховатости по параметру Rz = 0,8 мкм рекомендуется использовать микропорошок АСМ10. 4. С увеличением количества алмазного микропорошка на поверхности притира возрастает производительность доводки и удельный расход алмазов. Шероховатость обработанной поверхности практически не зависит от изменения количества микропорошка на притире в пределах с 25 до 170 мг. Оптимальное количество микропорошка на поверхности притира диаметром 220-250 мм для зернистости АСМ10 следует считать 20-40 мг. Для зернистости АСМ20 - 40-80 мг. 5. Удельное давление детали на притир оказывает влияние на результаты доводки. С увеличением удельного давления с 25 до 50 кПа заметно возрастает величина суммарного съема, существенно уменьшается удельный расход алмазов и снижается шероховатость обработанной поверхности. Дальнейшее увеличение удельного давления до 150 кПа оказывает менее заметное влияние на параметры. 6. Оптимальное время доводки минералокерамики без замены алмазного микропорошка 6-8 мин. 7. Амплитуда и частота колебаний притира являются основными параметрами режима работы станка. С увеличением амплитуд колебаний пропорционально возрастает величина суммарного съема и несколько снижается шероховатость (в пределах класса) обработанной поверхности. Увеличение частоты колебаний притира с 180 до 270 дв.ход/мин сопровождается заметным увеличением суммарного съема. Шероховатость обработанной поверхности практически не зависит от изменения частоты колебаний с 180 до 540 дв.ход/мин. Доводку минералокерамики предпочтительнее проводить при частоте колебаний притира 270 дв.ход/мин и амплитудах до 10 мм. 8. Плоскостность доведенных поверхностей напрямую зависит от геометрической точности рабочих поверхности притира. Для обеспечения высокой плоскостности поверхности притиров необходимо периодически осуществлять их правку методом трех плит.

About the authors

K. R Muratov

Perm National Research Polytechnic University

E. A Gashev

Perm National Research Polytechnic University

D. M Lagunov

Perm National Research Polytechnic University

E. V Matygullina

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 60

PDF (Russian) - 37

Refbacks

• There are currently no refbacks.