ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОТРЕЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ИНСТРУМЕНТ

Режим №6 (рисунок, е) - режимы спекания образцов, соответствующие этой точке, не могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к режущему инструменту, в первую очередь из-за высокой пористости.

Режим №7 (рисунок, ж, з) - структура образцов, полученная по режимам спекания основной линии, может быть улучшена за счет формирования большой межфазной границы, но этого не достигли, так как нет мелких карбидных зерен, менее 1 мкм, и они не составляют большинства. На-

Физико-механические с

оборот формируются агрегаты зерен, но нет карбидного каркаса. С точки зрения пористости эти режимы удовлетворяют требованиям, предъявляемым материалам для изготовления режущего инструмента, имеется в виду область режимов спекания: Р^ = 35...40 МПа, ^ = 1,2... 1,8 кс, 7"стток = 1648...1673 К.

Основные физико-механические свойства сплава в сравнении со сплавами ТН-20, КНТ-16 и 115Кб приведены в табл. 2.

Таблица 2

йства твердых сплавов

Марка Состав, мас.% асж- P HRA Приме-

TiC Ni Mo МПа МПа 103 чание

ТН 20 79 16 5 3500 1000 5,50 91,0 [51

КТН 16 75 NiMo - 25 3900 1100 5,80 89,5 [5]

TiC NiTi 75 NiTi - 25 3030 1100 5,18 89,0

Т15К6 '18 Co - 5 4200 1100 12,20 90,0 [5]

Очевидно, что по твердости и прочности на изгиб полученный сплав TiC-NiTi не уступает твердым сплавам, используемым в промышленности. Это проявляется в износостойкости и стойкости к сколу и поломкам твердого сплава TiC-NiTi по отношению к используемым в промышленности твердым сплавам.

Сопротивление распространению трещины часто характеризуют критическим коэффициентом интенсивности напряжений [6]

К1С = ал/к с .

В работе [3] получены значения прочности при изгибе и размера зерна карбидной фазы. Из изложенного выше можно оценить величину /С1С для сплава TiC - NiTi при изменении фазового состава, в зависимости от содержания углерода в сплаве. Результаты расчета приведены в табл. 3. Максимальное значение К,с в зависимости от содержания углерода в сплаве находится в интервале 0,6...0,7 СЛ1

Таблица 3

Величина fC1c в зависимости от содержания углерода в сплаве

C/Ti в TiCx - NiTi 0,96 0,75 0,65 0,6 0,53

К1Г, Мпа м1'2 3,9 4,9 6,6 5,6 4,7

Вывод

Оптимизированы режимы горячего прессования спла-

ва ТЮ065 -N¡11 с целью получения структуры сплава, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к матеэиа-лам для изготовления режущего инструмента.

Список литературы

1. Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности в мно гоуровневой постановке // Изв. вузов. Физика. - 1990. - №2. - С. 121-139.

2. Кульков С.Н., Полетика Т.М., Чухломин А.Ю., Панин В.Е. Влияние фазового состава порошковых композиционных материалов "ПС - N¡11 на характер разрушения и механические свойства // Порошковая металлургия - 1984. -№ 8. - С.88-92.

3. Полетика Т.М., Кульков С.Н., Панин В.Е. Структура, фазовый состав и характер разрушения спеченных композиционных материалов ТЮ-ЫПП // Порошковая металлургия. № 7. - С.54-59.

4. Бурков П.В. Применение безвольфрамовых твердых сплавов с демпфирующей связкой для резания металлов / / Практика разработки и внедрения новых прогрессивных методов порошковой металлургии: Труды Всероссийской научно-технической конференции. - Челябинск, 1986. - С. 86-89.

5. Порошковая металлургия. Справочник под ред. И.М. Федорченко. - Киев: Наукова думка, 1985. - 624 с.

6. Келли А. Высокопрочные материалы. - М.: Мир, 19/Ь. - 263 с.

Повышение эксплуатационных возможностей отрезных шлифовальных кругов

Эффективность работы шлифовального круга, в т.ч. и отрезного, непосредственно зависит от работоспособности каждого единичного зерна, находящегося на рабочей поверхности инструмента. В самом деле, любое единичное зерно на поверхности инструмента представляет собой микроскопический режущий клин, который должен срезать микростружку, а общий итог резания инструмен-

С.И. ПЕТРУШИН, профессор, доктор техн. наук, В.А. КОРОТКОВ, аспирант, ТПУ, г. Томск

том представляет собой некую сумму результатов работы каждым отдельным зерном. Между тем исследования показывают, что далеко не все зерна в круге участвуют в совокупном процессе микрорезания или их участие вносит минимальный и даже отрицательный вклад в интегральный результат процесса шлифования. Среди ряда причин, обусловливающих такое положение дел (низкое качество

ИНСТРУМЕНТ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

связки, отсутствие достаточной адгезии между зернами и связкой, низкая прочность зерен и т.д.) на первый план выходит такой показатель, как произвольная и, как следствие, невыгодная геометрия зерен.

В свою очередь, геометрия зерен определяется их формой, которая может изменяться в довольно широком диапазоне - от изометрических до осколочных и иглообразных разновидностей. Такое разнообразие форм зерен характерно для большинства известных технологий производства абразивных материалов и зависит от их физико-механических свойств и способов дробления. Исключение составляют сферо- и формокорунды, которые изготавливают с одинаковой и заранее заданной формой, но они пока широко не используются.

Зерна изометрической фермы независимо от того, какой своей частью они выступают из связки, имеют примерно одинаковые отрицательные передние углы и, хотя и с большими деформациями, способны срезать металл. Что касается зерен осколочной и тем более пластинчатой и иглообразной форм, то резание ими в значительной мере зависит от их конфигурации и конкретного расположения в теле инструмента. Так, например, зерна пластинчатой формы, расположенные на рабочей поверхности инструмента параллельно плоскости резания, имеют настолько неблагоприятную геометрию, что, видимо, вообще не участвуют в процессе резания, лишь деформируют и нагревают металл

Таким образом, упорядочивая форму (а значит, и геометрию зерен), можно заставить большее число зерен участвовать в совокупном процессе резания и тем самым повысить режущую способность инструмента в целом. Кроме того подбирая форму зерен, можно, очевидно, воздействовать и на прочностные характеристики инструмента.

Для проверки этих гипотез изготовлена партия экспериментальных отрезных шлифовальных кругов (60 штук), состоящих из зерен одинаковой и контролируемой форм, с характеристикой:

230x3x32 13А63Н[Кф] СТЗ Б 50 м/с.

В отличие от стандартной маркировки в данном случае в характеристику добавлен параметр Кф (коэффициент формы зерен), с помощью которого количественно идентифицируется конфигурация зерен. Коэффициент равен отношению диаметров описанной и вписанной в проекцию рассматриваемого зерна на некоторую плоскость окружностей. Чем он ближе к единице, тем больше зерно приближается к правильной изометрической форме и наоборот, чем он сильнее отличается от единицы, тем больше зерно приближается к иглообразной разновидности.

Для оценки формы зерен различных марок, зернистос-тей заводов-изготовителей разработана специальная методика, основанная на применении планшетного сканера, компьютера и программного обеспечения (программы <^егпо>; и «Форма»). Согласно методике, рассматриваемые зерна, в количестве не менее 100 штук, кладутся на поверхность сканера, где их проекции считываются и передаются в компьютер, который обрабатывает поступившую информацию, вписывает и описывает в проекцию каждого зерна окружности, рассчитывает текущие значения коэффициентов формы, а затем определяет среднее значение Кф для данной партии зерен.

Для изготовления отрезных шлифовальных кругов с контролируемой формой зерен был использован метод выделения из массы обычного свободного абразива 13АбЗ

фракций зерен с одинаковой формой на модернизированном вибрационном сепараторе (патент РФ № 2248851).

Из отсортированных зерен были изготовлены отрезные круги двух разновидностей: круги из зерен изометрической формы (/Сф=1,35) и круги из зерен игольчатой формы (Кф=1,67). Для обеспечения возможности дальнейшего объективного сравнения экспериментальных и стандартных кругов в тех же условиях и на том же оЬорудовании были изготовлены также круги из несортированных зерен (Кф=1,55).

Круги изготавливались в лабораторных условиях по типовой технологии и на типовых режимах с привлечением специально разработанного и подобранного оборудования, в состав которого входили: смеситель (патент РФ № 2221632) для обеспечения качественного промешивания зерен со связкой, пресс-форма упрощенной конструкции, гидравлический пресс ДБ2428А, электропечь с электронным регулированием графика спекания ТК-96.1300.1..3Ф.

Изготовленные опытные и стандартные отрезные круги оценивались по комплексу параметров таким, как разрывная прочность, режущая способность, время отрезки заготовки, мощность резания, износ круга, коэффициент шлифования.

Для оценки разрывной прочности кругов был использован стандартный динамический метод, когда испытуемый круг постепенно разгоняется до скорости, на которой происходит его разрыв. Величина скорости, при которой происходит разрушение круга, является своеобразным показателем разрывной прочности.

Испытания проводились на станке модели СИП-800, где для оценки прочности кругов с разной фермой зерен было разорвано по 4 круга каждой разновидности (/Сф=1,35; К"ф=1,55; /Сф=1,67). Полученные данные усреднялись, а их итоговый результат представлен на графике, рис. 1.

Разрьвная скорость

90

85

80

92,

89,7

* 'И ,

1.

VI .35 V1-67

Рис.1. Разрывная скорость стандартных и спытных отрезных кругов с разной формой зёрен

Из графика видно, что упорядочение формы зерен в круге в любом случае дает положительный эффект в плане повышения прочности инструмента. Более заметен этот эффект для кругов с игольчатой формой зерен {Кф=1,67), где средняя разрывная скорость увеличилась на 3,6 м/с по отношению к базовому инструменту с несортированными зернами (Кф= 1,55). Меньший прирост разрывной скорости (на 0,6 м/с) наблюдается для кругов с изометрической формой зерен, но и здесь он отчетливо фиксируется.

Для оценки комплекса режущих свойств экспериментальных отрезных кругов использовался испытательный стенд на базе заточного станка модели ЗА64Д. Здесь, согласно ГОСТ 21953-2002, при испытаниях отрезных кругов

№ 4 (29)2005

17

4«

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ИНСТРУМЕНТ

осуществлялась отрезка заготовок трубы из стали 10, с постоянным усилием прижатия (22Н), на скорости 50 м/с. Из партий кругов с разной формой зерен выбирались по два круга, каждым из которых осуществлялось по 25 отрезов упомянутой заготовки. В ходе резания контролировались:

- режущая способность испытуемого круга (От, г/мин), как масса срезанногс металла в единицу времени;

- время отрезки заготовки (Т, с);

- износ шлифовального круга (Д1/, г/проход), как потеря массы круга при выполнении прохода;

- эффективная мощность, затрачиваемая на резание (И/э, Вт), как разница между общей мощностью и мощностью холостого хода;

- коэффициент шлифования (Кш), Кш = АМ!Ат, где АМ и Ат - соответственно массы срезанного металла и изношенного круга при выполнении прохода.

Результаты измерений перечисленных параметров отражены на диаграммах рис. 2-6. Результаты представлены в виде процен~ного соотношения исследуемых параметров, причем за 100 % в каждом случае принимались данные, полученные на кругах из несортированных зерен (Кф=1,55), т.е. такие круги являлись своеобразным эталоном оценки.

Т,%

117 %

юо %

52 %

ш

_

: X у

; 'У

у у у

*

У'у -X У у

**'/ /у

У у

1,35

1,55 1,67 /С

Рис. 2. Режущая способность отрезных кэугов с разной формой зёрен

Ац %

117 %

100 %

-х- У • I л

69°/ у „ ' У * У у " У -X У

1 У у * * * » ; :

1,35 1,55 1,67 Кф

0

Рис. 3. Износ отрезных кругов с разной формой зёрен Кш, %

142 %

Ш

1

1

100

»

86%

1 35

1,55 1,67 /С

Рис. 4. Коэффициент шлифования отрезных кругов с разной формой зёрен

191 %

100%

' V

'/"А

86%

у

0 1,35 1,55 1,67 Кф

Рис. 5. Время отрезки заготовки отрезными кругами с разной формой зёрен

153%

69%

100%

'/"А. '/- *

'/"А.

0 1,35 1,55 1,67 Кф

Рис. 6. Эффективная мощность, потребляемая при резании отрезными кругами с разной формой зёрен

Полученные результаты подтверждают исходную гипотезу о том, что форма зёрен может оказывать существенное влияние на эксплуатационные показатели отрезных кругов. Например, режущая способность и время отрезки кругов с игольчатой формой зёрен соответственно на 17 % больше и на 14 % меньше, чем у стандартных кругов. Вместе с тем круги с игольчатой формой интенсивнее изнашиваются (на 17 %), требуют больших затрат мощности на резание (на 53 %), а их коэффициент шлифования уступает обычным кругам (на 14 %). В целом, более работоспособными показали себя круги с изометрической формой зёрен, у которых коэффициент шлифования выше, чем у обычных кругов в 1,42 раза.

Таким образом, упорядочивая форму зёрен и дифференцированно подходя к её выбору, можно достаточно заметно повысить прочностные и режущие свойства отрезных шлифовальных кругов.

Список литературы

1. Патент РФ № 2248851. Вибрационный сепаратор / А.Н. Короткое, Г.М. Дубив, В.Г. Баштанов - Опубл.: 27.03.2005. Бюл. №9.

2. Патент РФ № 2221632. Смесительная установка для приготовления абразивных масс/ А.Н. Короткое, Д Б. Шать-ко Опубл.: 20.01.2004. Бюл. №2.

3. Свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ. Определение геометрических характеристик шлифовальных зёрен {7.егпо)/ А.Н. Короткое, Д.С. Захаров - Зарег. 22.08.20D3.