CC BY
1
УДК 622.621.9.047/.048-114
ТЕХНОЛОГИЯ ШЛИФОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
12 2 1
А.С. Янюшкин , С.П. Ереско , В.С. Ереско , А.Р.Янюшкин
1Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова Российская Федерация, 428015, г. Чебоксары, Московский пр-т, д. 15 1Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: eresko07@mail.ru
Предложена технология шлифования композиционных труднообрабатываемых неэлектропроводных и полупроводниковых материалов алмазными кругами на металлической связке, при которой поддержание высоких режущих свойств круга осуществляется непрерывной электрохимической правкой.
Ключевые слова: Шлифование, алмазный круг, электролит, металлическая связка, электрохимическая правка, композиционный материал.
GRINDING TECHNOLOGY OF COMPOSITE MATERIALS
A.S. Yanyushkin1, S.P. Eresko2, V.S. Eresko2, A.R.Yanyushkin1
1Chuvash State University named after I.N. Ulyanova 15, Moskovsky Ave, Cheboksary, 428015, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: *eresko07@mail.ru
The technology of grinding of not electrowire and semiconductor materials by diamond wheels on a metal sheaf at which maintenance of the high cutting properties of a circle is carried out by continuous electrochemical editing is offered.
Keywords: Grinding, diamond wheel, electrolyte, metal sheaf, electrochemical editing.
Проблемой алмазной обработки прочных материалов является повышенный расход дорогостоящих алмазных кругов и недостаточно высокая производительность, в некоторых случаях низкое качество обработанной поверхности и сколы хрупких материалов на выходе круга с обрабатываемой заготовки. Принципиальное решение подобных проблем имеет место при выполнении операций шлифования прочных композиционных неэлектропроводных, полупроводниковых материалов (стёкла, фарфора, керамики, различных камней, включая драгоценные и сверхтвердые материалы (СТМ) и др.) [1].
Применение алмазного инструмента на органических и керамических связках не отвечает поставленным требованиям. А использование алмазного инструмента на металлической связке приводит к потере режущих свойств круга и требует периодической, как правило, механической правки круга, при которой уходит в шлам значительное количество неизношенных алмазных зёрен. Таким образом, во всех случаях обработка композиционных неэлектропроводных материалов традиционными методами сопровождается повышенным расходом алмазного инструмента.
Операции шлифования композиционных неэлектропроводных и полупроводниковых материалов выполняются алмазными кругами на металлической связке, а поддержание
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
высоких режущих свойств круга осуществляется непрерывной электрохимической правкой, осуществляемой по следующей технологии, включающей станочное оборудование и алмазный круг.
Алмазный круг служит анодом, устанавливается на шпинделе станка. К поверхности круга через токосъёмник подаётся положительный потенциал источника тока.
В нижней части стола установлен катод для непрерывной электрохимической правки внутренняя полость которого выполнена с лабиринтными каналами, через которые к алмазоносному слою подаётся электролит. К катоду подключён отрицательный потенциал источника тока.
При подаче электролита в область контакта шлифовального круга с катодом и включении источника постоянного тока образуется замкнутая электрическая цепь, способствующая электрохимическому анодному растворению связки круга, что обеспечивает освобождение затупившихся алмазных зёрен и возобновлению новых неизношенных алмазных зерен на поверхности круга, тем самым обеспечивая высокие и притом постоянные во времени режущие свойства круга. При постоянно включенной электрической цепи обеспечиваются стабильные режущие свойства круга и его работа в режиме самозатачивания.
Степень очистки алмазоносного слоя и интенсивность изнашивания круга зависят от скорости растворения, связки круга, которая в свою очередь определяется целым рядом факторов. Одним из главных является плотность тока правки, определяемая как отношение силы тока правки к эффективной площади катода. В нашем случае сила тока правки подобрана опытным путём, устанавливается с помощью регулятора источника тока в пределах 0,2...0,4 А/см , при напряжении 6...8 вольт и корректируется в зависимости от свойств связки. Скорость растворения, связки круга зависит также от величины межэлектродного зазора между катодом и шлифовальным кругом и устанавливается в пределах 0,05...0,1 мм. Рациональная площадь катода в этих условиях составляет 4.. .6 см2.
Одним из серьёзных факторов, хотя на первый взгляд и кажущимся не принципиальным, который резко ограничивает практическое применение электрохимических методов обработки резанием в промышленности, является сильное разбрызгивание электролита и связанные с этим низкие санитарно-гигиенические условия труда, загрязнение рабочих мест и в целом рабочих участков.
Устранить это препятствие, а именно, предотвратить разбрызгивание электролита и одновременно отвести пары и аэрозоли из зоны обработки удалось при совместном применении катода с лабиринтными полостями и специального турбоциклона, защищенного авторским свидетельством [2]. Лабиринтные полости постоянно наполнены электролитом, позволяют алмазному кругу забирать тонкий слой жидкости, удерживаемой на поверхности круга за счет сил межмолекулярного сцепления. Этого количества электролита вполне достаточно для протекания процесса эквивалентного правке круга и поддержания постоянными, высокие режущие свойства алмазного круга. Для увеличения толщины слоя жидкости и его плотности на поверхности круга можно в состав электролита добавить глицерин. Электролит рекомендуется следующего состава: NN03 - 3%, NN02 - 1%, №2^3 - 0,5%, Н20 - остальное, либо другие аналогичные, в частности [3].
Использование предлагаемой технологии [4-9] шлифования композиционных труднообрабатываемых неэлектропроводных и полупроводниковых материалов обеспечивает возможность повысить производительность шлифования алмазными кругами на металлической связке в 2.. .3 раза при одновременном улучшение качества обработанных поверхностей и снижения расхода шлифовальных кругов.
Установлено, что комбинированное алмазное шлифование с одновременной непрерывной правкой круга способствует повышению режущей способности алмазного инструмента на металлической связке при обработке композиционных труднообрабатываемых неэлектропроводных и полупроводниковых материалов в среднем на 30-40% по сравнению с алмазным шлифованием.
В качестве рекомендаций производственного использования рассматриваемой технологии обработки композиционных труднообрабатываемых неэлектропроводных и полупроводниковых материалов, предложено:
1. Для обеспечения минимального удельного расхода алмазных кругов с металлической связкой и удовлетворительного качества поверхности композиционных труднообрабатываемых неэлектропроводных и полупроводниковых материалов, необходимо применять следующие рациональные режимы: глубина резания I = 0.02 мм, подача £ = 1,5-2,0 м/мин, плотность тока правки гпр = 0.35 А/см2.
2. Также предложена автоматизированная система, которая позволяет значительно повысить производительность проектирования и оценить различные конструкции режущего инструмента в зависимости от условий производства, снизить себестоимость изготавливаемой продукции.
Предварительный расчет экономических составляющих процесса подготовки производства показал, что время на выбор рациональной конструкции режущего инструмента для заданных условий производства при применении программного обеспечения сокращается в среднем на 80.85% и создает существенный экономический эффект.
Библиографические ссылки
1. Скрипняк Е.Г. Керамические нанокомпозиты на основе диборида циркония. /Е.Г. Скрипняк, Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, В.В. Скрипняк, Д.А. Рычков/. Системы. Методы. Технологии. 2011. № 10. С.95-98.
2. А.С. № 956033 (БИ). Турбоциклон. Дмитриев А.В., Никитин А.И., Янюшкин А.С. -Опубл. в Б.И.1982, №33.
3. А.С. № 136332 (БИ). Электролит для электрохимического шлифования / Лавриненко В.И, Янюшкин А.С. и др. Опубл. в Б.И.1988, №2.
4. Янюшкин А. С. Электроалмазное затачивание твердосплавных инструментов/
A.С. Янюшкин, А. А. Сурьев, С.П. Ереско// Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. 2003. Т. 2. С. 100-111.
5. Способ электроабразивной обработки токопроводящим кругом с его одновременной правкой / Янюшкин А.С., Ереско С.П., Сурьев А.А., Ереско В.С., Кузнецов А.М.// Патент РФ на изобретение № 2268118. Опубл. 20.01.2006. Бюл.№ 2.
6. Устройство для электроабразивной обработки с одновременной правкой круга / Янюшкин А.С., Ереско С.П., Сурьев А. А., Ереско В.С., Кузнецов А.М.// Патент на полезную модель № 42193 Опубл. 27.11.2004.
7. Устройство для комбинированной электроалмазной обработки с непрерывной правкой круга / Янюшкин А.С., Ереско С.П., Лобанов Д.В., Сурьев А.А., Кузнецов А.М. //Патент РФ на изобретение №2239525 Опубл. 10.11.2004.Бюл.№31.
8. Механика современных специальных систем /Василенко Н.В., Галибей Н.И., Гупалов
B.К., Ереско С.П., Ереско Т.Т., Ивашов Е.Н., Крайнев А.Ф., Суворинов А.В., Смирнов Н.А., Сугак Е.В., Титов В.А., Тихонов А.Н., Терентьев В.Ф., Усаков В.И., Шабалин С.А., Янюшкин А.С.- Монография в 3-х томах под общей ред Н.В. Василенко, Н.И. Галибея, Красноярск: НИИСУВПТ, 2004.
9. Устройство для шлифования изделий из неэлектропроводных и полупроводниковых материалов / Янюшкин А.С., Ереско С.П. Ереско В.С., Ереско Т.Т., Янюшкин С.А.// Актуальные проблемы авиации и космонавтики [Электронный ресурс] : материалы XII Междунар. науч.-практ. конф.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2016. -с.380-383.
© Янюшкин А.С., Ереско С.П., Ереско В.С., Янюшкин А.Р., 2022
