Исследование механизма износа абразивного материала в процессе микрорезания

УДК 621.92 061.62

В.М. Шумячер, Л.Н. Куликова, И.В. Надеева, Я.В. Гришин ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ИЗНОСА АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ МИКРОРЕЗАНИЯ

Предложен метод исследования износостойкости абразивного материала в процессе микрорезания единичным зерном. Для оценки износостойкости учитывается распределение шаржированных частиц и линейный абразивный износ зерен. Эти характеристики чувствительны к физической природе абразива.

V.M. Shumacher, L.N. Kulikova, I.V. Nadeeva, Y.V. Grishin

THE ABRASIVE MATERIAL WEAR-RESISTANCE RESEARCH IN ACT OF MICRO-CUTTING

A research method of wear-resistance of abrasive in act of micro-cutting by single grain is suggested here. Distribution of the fixed particles and linear abrasive wear of grain is taken into consideration for the wear-resistance evaluation. These features are sensitive to physical nature of abrasive.

В практике шлифования оценку эффективности абразивного материала производят обычно на шлифовальных станках. Такая оценка не является однозначной, так как несовершенства изготовления инструмента, подбор неоптимальной структуры круга и режимов обработки могут снивелировать (а иногда и полностью скрыть) достоинства или недостатки того или иного вида абразивного материала, что, естественно, затрудняет решение задачи формирования научно обоснованных норм подбора вида абразивного материала для того или иного класса обрабатываемых материалов. Хотя следует отметить, что окончательным критерием правильности решения задачи, после всех исследований и косвенных выводов, является все-таки процесс шлифования.

Предлагаемый метод исследования процессов микрорезания единичным зерном позволяет, во-первых, почти полностью воспроизвести температурно-деформационные условия процесса шлифования в зоне резания, а, следовательно, и возможные процессы физико-химического взаимодействия, вносящие основной вклад в износ абразива; во-вторых, исключить влияние несовершенств изготовления и подбора абразивного инструмента и, в-третьих, одновременно исследовать физико-механические характеристики зерна до и после актов микрорезания с целью установления возможной корреляции их с износостойкостью.

Основные преимущества предлагаемой методики определения износостойкости абразивных материалов заключаются в том, что она наиболее близка к реальному процессу шлифования, а также позволяет дать оценку работоспособности абразивных материалов на конкретных сталях и сплавах. Испытанию подвергалась та часть зерна, которая по существующим представлениям является основным режущим элементом в круге.

В предлагаемой методике оценивалось сопротивление разрушению как макро-, так и микрообъемов материала. Под сопротивлением разрушению макрообъемов материала понимается нагрузка, которую выдерживает зерно перед сколом, наблюдаемым при

увеличении объема снимаемого материала. Под сопротивлением разрушению микрообъемов материала понимается удаление объема материала на единицу пути процесса резания - истирания.

Механизм износа оценивался различными методами. Применялся микрорентгено-спектральный метод исследования шаржирования поверхностей рисок при микрорезании с использованием в качестве количественных критериев: плотность распределения и средний размер шаржированных частиц. Для качественной оценки износа проводились электронномикроскопические исследования (растровая микроскопия) рельефа поверхностей абразивных материалов после микрорезания.

Параллельно была проведена оценка износостойкости как отношение износа зерна, определяемого по линейным размерам рисок и значениям скоростей микрорезания, к длине пути резания. Глубина микрорезания h рассчитывалась по формуле (1), исходя из общих закономерностей соотношения параметров при плоском шлифовании:

h =

l2

D„

60К

кр

10-

где l - длина риски, мм; Dкр - диаметр режущего элемента, мм; Ус - скорость стола, м/мин; ¥кр - скорость круга, м/с.

Знак «плюс» либо «минус» берется в зависимости от направления подачи при микрорезании.

Исследования проводились по четырем основным группам электрокорундовых материалов: рубин (монокристалл корунда, легированный хромом), белый электрокорунд, а также электрокорунд хромотитанистый после термообработки.

В качестве рабочей гипотезы было взято предположение, что износ абразива за счет скола (в противовес износу за счет адгезионного взаимодействия) должен приводить к увеличению среднего размера шаржированных частиц, уменьшению плотности их распределения и износостойкости.

Результаты исследований показали, что белый электрокорунд (рис. 1, а) разрушается преимущественно за счет вырыва сравнительно крупных частиц при небольшой износостойкости, что подтверждает вид рельефа поверхности зерна.

Износ рубина происходит за счет адгезионного вырыва частиц (рис. 1, б). Повышенное значение износостойкости (средней) вызвано сильным разрушением в начальной стадии микрорезания.

3

б

а

Рис. 1. Вид износа исследованных материалов: а - зерна белого электрокорунда; б - зерна рубина; в, г - зерна хромотитанистого электрокорунда

Характерной особенностью износа хромотитанистого электрокорунда является широкий разброс значений всех анализируемых величин, а также различный вид рельефа изношенных зерен, что может указывать на большую неоднородность исходных материалов по физико-механическим характеристикам.

В износе электрокорундов отмечаются определенные закономерности. В материалах встречаются зерна, имеющие типично адгезионный износ (рис. 1, в) с большой износостойкостью (3 и 7 мкм/м) и, соответственно, малым размером шаржированных частиц (0,2 и 0,3 мкм). Однако имеются зерна с обратным характером износа (рис. 1, г), с крупностью частиц, приближающейся или даже превышающей соответствующие значения для белого электрокорунда и, соответственно, износостойкость при этом понижается в 3-10 раз.

Это можно объяснить увеличением сколов крупными частицами, что приводит к уменьшению плотности распределения частиц и подтверждается видом рельефа изношенных поверхностей.

Таким образом, предлагаемый метод исследования процессов микрорезания единичным зерном чувствителен к физической природе абразивного материала.

Шумячер Вячеслав Михайлович -

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой «Технология обработки и производства материалов»

Волжского института строительства и технологий

Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Куликова Лариса Николаевна -

ассистент кафедры «Технология обработки и производства материалов»

Волжского института строительства и технологий

Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Надеева Ирина Владимировна -

кандидат физико-математических наук,

доцент кафедры «Технология обработки и производства материалов»

Волжского института строительства и технологий

Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Гришин Яков Владимирович -

заведующий лабораторией физико-химических исследований Волжского института строительства и технологий

Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета