CC BY
29
УДК 621.921
А. А. Шепелев, Е. А. Пащенко, С. В. Рябченко, Г. В. Гординский, Н. А. Лапин
ШЛИФОВАЛЬНЫЕ КРУГИ ИЗ СТМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В АВИАЦИОННОМ ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИИ
Рассматривается вопрос разработки шлифовальных кругов на полимерных связках со специальной структурой. Приведены результаты опробования этих кругов при шлифовке специальных сверл на станках с ЧПУ.
Задачи, стоящие перед современным производством, и возможности нового высокотехнологичного оборудования требуют для своей реализации применения новых, адекватных им, абразивных композитов и инструментов. Шлифование твердых, вязких, износостойких инструментальных и конструкционных материалов остается актуальной проблемой машиностроения [2]. По совокупности рабочих характеристик: стойкости, производительности обработки, возможности обеспечения заданных параметров макро- и микрогеометрии обработанных поверхностей, - наилучшим типом шлифовальных композитов, наполненных порошками синтетических алмазов или кубического нитрида бора, можно считать композиты, сочетающие свойства материалов на керамических и полимерных связках.
Широкое использование шлифовальных кругов из СТМ на традиционных керамических связках сдерживается рядом факторов. Это, во-первых, технологические сложности, обусловленные необходимостью спекания композитов, содержащих порошки алмаза и кубического нитрида бора, в присутствии химически активных высокотемпературных расплавов стекол. Во-вторых, применение таких кругов для высокопроизводительного шлифования сопряжено с развитием высоких контактных температур, что может приводить к нежелательным структурным изменениям в поверхностных слоях обработанных материалов.
Исследованный нами альтернативный подход предполагает использование в качестве связующих неорганических полимеров силоксанового строения [1]. Такие связующие позволили нам получить абразивные композиты, структура которых обеспечивает им сочетание преимуществ, свойственных шлифовальным кругам на керамических и полимерных связках.
Неорганические полимеры с силоксановыми цепями (-БнО-БнО-) получали путем конденсации эфиров кремниевой кислоты, главным образом из этилсиликата, который в значительном количестве выпускается отечественной промышленностью. Использование частично гидролизированно-
го этилсиликата в качестве связующего широко известно в мире. Однако физико-механические свойства материалов с использованием такого связующего не позволяют эффективно использовать их в качестве основы для введения абразивных зерен, тем более порошков сверхтвердых материалов [3].
При традиционном подходе в процессе формирования силоксановой структуры при гидролизе этилсиликата образуются олигомеры с неплотной сетчатой структурой. В процессе термообработки они постепенно формируют ультрадисперсные частицы диоксида кремния, которые в процессе спекания образуют каркас композита. Такой механизм реализации потенциальных возможностей связующего автоматически предусматривает низкую адгезию к частицам порошков - наполнителей. Вследствие этого на основе традиционных связующих силоксанового ряда успешно получают краски, литейные формы, фильтры, носители катализаторов, но они непригодны для производства абразивных композитов, предназначенных для работы в условиях значительных циклических нагрузок.
Реализованный нами новый подход предусматривает получение на основе эфиров кремниевой кислоты линейных олигомеров с силоксановыми цепями. Линейные силоксановые макромолекулы обладают значительной гибкостью. Это способствует формированию совершенного адгезионного контакта связующего с поверхностью наполнителя, как за счет сил Ван-дер-Ваальса, так и за счет хемосорбции. При термообработке линейный силоксановый полимер переходит в сетчатую стеклообразную структуру с высокой механической прочностью и термостойкостью.
Варьируя условия спекания композита: давление и температуру термообработки в пресс-форме, а также температуру последующей термообработки вне пресс-формы, - можно получать шлифовальные круги из СТМ, обладающие широким диапазоном свойств (рис. 1).
© А. А. Шепелев, Е. А. Пащенко, С. В. Рябченко, Г. В. Гординский, Н. А. Лапин, 2007 ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения № 2/2007
Рис. 1. Зависимость степени конденсации силоксанового олигомера от температуры термообработки:
1 - силоксановый олигомер, модифицированный ионами Ыа+, 2г4+;
2 - силоксановый олигомер, модифицированный ионами □+, 7г4+;
3 - силоксановый олигомер, модифицированный ионами К+, 7г4+.
Под степенью конденсации силоксанового полимера мы подразумеваем долю исходных органических функциональных групп, удалившихся в ходе термообработки с образованием поперечных сшивок -БнО-Бн. Умеренная степень конденсации, при использовании специальных катализаторов, позволяет получать композиты со свойствами, характерными для термостойких органических полимеров. Шлифовальные круги на их основе обладают высоким уровнем свойств, соответствующих технологической нише абразивных инструментов на полимерных связках. Это - сочетание высокой стойкости с относительно низкой температурой в зоне резания, что обеспечивает благоприятное структурное состояние обработанных поверхностей и режущих кромок изделий из твердых сплавов. Высокая стойкость и равномерность износа позволяет с успехом использовать подобные круги на современных высокоточных станках-автоматах. Повышенная температура термообработки композитов на основе линейных силоксановых олигоме-ров, модифицированных ионами Ы+ и 2г+, позволяет путем твердофазного спекания - конденсации получать кремнекислородные керамические композиты с высокой степенью конденсации силокса-нового полимера, перспективные в качестве керамических связок для СТМ. Эта линия шлифовальных кругов на разработанных нами новых связках позволяет, при работе с СОТС, сочетать большие съемы обрабатываемых материалов с хорошей размерной стойкостью инструмента и высоким
уровнем эксплуатационных свойств обработанных поверхностей.
Для исследования работоспособности кругов, нами были изготовлены алмазные шлифовальные круги различных форм на специальных силоксановых полимерных связках. В качестве абразива использовался алмазный порошок АС6 зернистостью 63/50 с покрытием зерен никелем.
Испытания на работоспособность алмазных кругов проводились при шлифовании рабочей части сверла в сравнении со шлифовальными кругами фирмы «Gabus», Швейцария. Алмазные круги устанавливали на шлифовально-заточной станок-автомат с ЧПУ фирмы «JUNGNER» модели US 600 CNC. Обрабатываемая деталь - сверло диаметром 16 мм. Материал сверла - твердый сплав H10F. Длина стружечной канавки -70 мм. Глубина стружечной канавки - 6,2 мм. Охлаждение- концентрат СОЖ фирмы «BLASER» swisslube Grindex SC 89201.
Режимы обработки:
Число оборотов шлифовального круга - 4200 об/ мин. Глубина шлифования - 0,5 мм.
Подача - 50-60 мм/мин. Количество проходов - 3. Правка алмазного круга не производилась.
При шлифовании задних поверхностей, передних поверхностей и спинок сверл испытывались алмазные шлифовальные круги формы 1А1 размером 125х12х5х 32 зерном АС6 63/50 на связке ПКН 100 % концентрации и сравнивались с кругом фирмы «Gabus» 1А1 125х12х5х32 SDN91-R100 B6-3.
- 11Ц-
Результаты испытаний показали, что износ наружного диаметра круга составил 0,02 мм, что по стойкости соответствовало уровню износа швейцарского круга. Шероховатость обработанной поверхности - Ка = 0,2 мкм.
При шлифовании стружечных канавок сверла испытывались алмазные шлифовальные круги формы 1У1 размером 150х12х3х32 зерном АС6 63/50 на связке ПКН 100 % концентрации и сравнивались с кругом фирмы «ОаЬиэ» 1У1 150х12х3х32 Б0Ы91-К100 В6-3.
Режимы обработки:
Число оборотов шлифовального круга - 3900 об/ мин. Глубина шлифования - 0,775 мм.
Подача - 50-60 мм/мин. Количество проходов - 8. Правка алмазного круга не производилась.
Результаты испытаний показали, что износ наружного диаметра круга составил 0,02 мм, что по стойкости соответствовало уровню износа швейцарского круга. Шероховатость обработанной поверхности - Ка = 0,2 мкм.
Круги показали высокую стойкость и обеспечили требуемую по чертежу шероховатость поверхности. Данный инструмент на связках ПК с покрытием алмазных зерен никелем обеспечивает высокую работоспособность по сравнению с кругами швейцарского производства, и могут быть рекомендованы к использованию на заточных станках с
ЧПУ вместо импортных кругов.
Перечень ссылок
1. Воронков М.Г., Милешкевич В.П., Южелевский Ю.А. Силоксановая связь. - Новосибирск: Наука, 1976. - 413 с.
2. Шепелев А.А., Поладко Е.П., Гржибов-ский Б.Б., Рябченко С.В., Шепелев А.А. Применение кругов из КНБ для шлифования инструментальных сталей. // Оборудование и инструмент для профессионалов. - №3, 2007. - С. 60-63.
3. Шепелев А.А., Пащенко Е.А., Рябченко С.В., Сильченко Я.Л., Лажевская О.В. Разработка абразивних композитов из СТМ на основе си-локсановых полимеров для обработки закаленных сталей. // Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении: Материалы 6-го Международного научно-технического семинара, 21-23 февраля 2006 г., г. Свалява. - Киев: АТМ Украины, 2006. - 232 с.
Поступила в редакцию 11.06.2007
Розглядаеться питання розробки шл1фувальних круг1в на пол1мерних зв'язках 3i специальною структурою. Наведено результати випробування цих кругiв при шлiфуваннi спе-uiальних свердел на верстатах 3i ЧПК.
The question of development of grinding wheels on polymeric bounds with special structure is considered. Results of approbation of these wheels are resulted at polishing special drills on machine tools with CNC.
ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения № 2/2007
- 111 -
