Влияние модификации углеродными наночастицами на работоспособность алмазных шлифовальных кругов

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

УДК 621.922

Влияние модификации углеродными наночастицами на работоспособность алмазных шлифовальных кругов

З. И. Кремень, Д. А. Поповский, В. В. Чухнов, С. В. Кидалов, Е. П. Головко

Ключевые слова: алмазный круг, углеродная наночастица, шлифование.

В технологии шлифования используются несколько шлифовальных операций, выполняемых без использования смазочно-охлаж-дающих жидкостей; к ним относятся, например, «сухая» заточка режущего инструмента алмазными кругами на органической связке. Повышенный нагрев круга при «сухом» шлифовании приводит к разрушению связки, являющейся смесью смол и, как следствие, к повышенному износу круга, уменьшению его ресурса.

Для устранения указанных недостатков «сухого» шлифования была выполнена модификация алмазных кругов на органической связке углеродными наночастицами, определено влияние такой модификации на результаты шлифования. Данная работа выполнена специалистами ООО «Петербургский абразивный завод "Ильич"», выпускающего алмазные круги, и Физико-технического института (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе Российской Академии наук.

В качестве исходных материалов для на-номодификации были использованы алмазные порошки марки АС6 зернистостью 125/106 и эпоксидные смолы, применяемые для получения органической связки алмазных кругов. Из модифицированных материалов изготавливались шлифовальные круги чашечной формы (тип 12А2-45) с размерами 125х32х32х5х хЗ мм. Концентрация алмаза во всех кругах составляла 100 % (4,4 карата в 1 см3 рабочего слоя круга).

Испытания опытных кругов производились при шлифовании твердого сплава ВК8. Режимы шлифования: скорость круга —15,0 м/с, глубина шлифования — 0,06 мм/дв.ход, скорость подачи — 1,5 м/мин. За один опыт со-шлифовывали 2880 мм3 твердого сплава. Шлифование выполнялось без применения смазочно-охлаждающих жидкостей.

В качестве основного показателя работоспособности круга был принят коэффициент шлифования Кш, мм3/мм3, представляющий

собой отношение объема сошлифованного твердого сплава к объему изношенного слоя алмазного круга. Работа выполнялась в три этапа:

• модификация только алмазного порошка;

• модификация только смолы;

• совместная модификация алмаза и смолы.

Модификация наночастицами осуществлялась по методикам, разработанным в ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН. С этой целью были использованы различные сочетания активно исследуемых в последнее время углеродных наноматериалов, а именно: фуллерены, углеродные нанотрубки, наноалмазы детонационного синтеза, углеродные нановолок-на, наноалмазы, интеркалированные никелем. Всего было исследовано 8 вариантов модификации алмаза (обозначения Ф1А... Ф8А) и 13 вариантов модификации смолы (Ф1С...Ф13С), а также 3 варианта совместной модификации алмаза и смолы.

Исследование влияния содержания нано-модификатора в смоле, которое изменялось от 0,5 до 4,0 % по массе, показало, что его оптимальное значение в данном случае составляет 2,0 % (рис. 1). При увеличении и уменьшении содержания модификатора величина Кш значительно снижается: так, если

500 -| ^ 400 -

300 -щ ^

3 200 i

100 -

0 12 3 4 Содержание наномодификатора, %

Рис. 1. Влияние вида и содержания модификатора на коэффициент шлифования:

1 — серийный круг; 2 — модификатор 1; 3 — модификатор 2

ОАО «Издательство "Политехника"» www.polytechnics.ru

№ 5 (59)/2010

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

Таблица 1

Коэффициент шлифования при модификации одного из компонентов круга

Вариант модификации

Ф7А Ф8А Ф10С Ф13С Серийный круг

Коэффициент шлифования Кш, мм3/мм3

280 370 320 405 230

Таблица 2

Коэффициент шлифования при совместной модификации алмаза и смолы

Вариант модификации

Ф7А+Ф10С Ф8А+Ф10С Ф8А+Ф13С Серийный круг

Коэффициент шлифования Кш, мм3/мм3

475 535 580 230

содержание модификатора составляет 0,5 и 4,0%, Кш равен 150-180 мм3/мм3, тогда как при оптимальных 2,0 % модификатора данный показатель составляет 430 мм3/мм3. Также установлено, что более эффективным является модификатор 1, при использовании модификатора 2 максимальная величина Кш составляет примерно 300 мм3/мм3.

Для выявления влияния модификации на свойства компонентов кругов выполнялась раздельная модификация алмазного порошка (индекс А) и комбинации смол (индекс С), составляющих основу органической связки круга. Результаты испытаний лучших кругов при модификации одной из составляющих исходных материалов приведены в табл. 1. На основе данных табл. 1 была выполнена совместная модификация алмаза и смолы. Результаты испытаний таких кругов приведены в табл. 2.

700 600 % 500

4

^ 400

5 300 ^ 200

100

0

2 3 4 5 6 7 8 Модификация

Рис. 2. Зависимость коэффициента шлифования Кш от условий модификации:

1 — серийный круг; 2, 3 — модификация алмаза: 2 — Ф7А; 3 — Ф8А; 4, 5 — модификация смолы: 4 — Ф10С;

5 — Ф13С; 6-8 — модификация алмаза и смолы: 6 — Ф7А + + Ф10С; 7 — Ф8А + Ф10С; 8 — Ф8А + Ф13С

Очевидно, что совместная модификация алмаза и смолы позволяет получить более высокие значения Кш, чем их раздельная модификация. На рис. 2 представлены итоговые результаты испытаний кругов; очевидно, что наибольшие значения Кш, превышающие соответствующий показатель серийного круга в 2,0-2,5 раза, достигнуты при совместной модификации алмазного порошка и органической связки углеродными нанома-териалами. Мощность привода круга, затрачиваемая при шлифовании с интенсивностью съема твердого сплава 90 мм3/мин • мм, составляет 0,12-0,16 кВт/мм.

С нашей точки зрения улучшение коэффициента шлифования может быть связано с увеличением теплопроводности рабочего слоя круга при его модификации. Полученные результаты показывают, что модификация исходных компонентов кругов углеродными наноматериалами является основой повышения стойкости алмазных кругов на операциях «сухой» заточки твердосплавного режущего инструмента.

Авторы благодарят профессора А. Я. Вуля за содействие работе.

Архив журнала «Металлообработка» — в Вашу электронную библиотеку!

На сайте издательства «Политехника» www.polytechnics.ru в свободном доступе находятся тексты статей (в формате PDF) номеров журнала «Металлообработка», вышедших с 2001 по 2003 годы. Там же есть рефераты всех статей с первого по текущий номера. Чтобы получить тексты статей номеров 2004-2010 гг., надо прислать заявку в редакцию по e-mail: mo@polytechnics.ru. Стоимость одной статьи в формате PDF 55 рублей. Оплата производится по квитанции (см. на сайте) в отделении сбербанка или по счету (присылается редакцией). Копию оплаченной квитанции или платежного поручения с отметкой банка вышлите вместе с заявкой по факсу (812)312-57-68 или электронной почте.

Также можно приобрести весь архив журнала на CD за 2001-2009 годы. Статьи объединены по тематическим разделам. Цена 1100 руб.

№ 5 (59)/2010

ОАО «Издательство "Политехника"» www.polytechnics.ru

ГШ