"Механики XXI веку" №16 2017

Механики XXI веку. №16 2017 г.

ваемых на нашей кафедре. Анализ развития существующей ситуации показал, что в ближайшее вре-

мя одной из главных проблем, препятствующей эффективному использованию и дальнейшему разви-

тию потенциала нанотехнологий в Российской Федерации, будет являться увеличивающееся отстава-

ние от мирового уровня базового, технологического компонента инфраструктуры наноиндустрии.

Другими словами, следствием скачка в области создания новых инструментальных материалов, как

правило, будет являться традиционное отсутствие технологии обработки данных материалов, техно-

логии восстановления их технологических свойств. Разработка и сопровождение инновационной тех-

нологии высокоточной качественной обработки инструментальных, высокопрочных композицион-

ных и наноструктурных материалов составляет суть данных исследований.

Задачи научного исследования:

В числе основных задач, первостепенными являются: ис-

следования природы засаливания абразивных кругов на металлической связке при комбинированной

электроалмазной обработке; исследования процесса формирования поверхностного слоя детали из

новых наноупрочненных материалов при комбинированной электроалмазной обработке; выявление

факторов, влияющих на формирование поверхностного слоя при комбинированной электроалмазной

обработке высокопрочных, труднообрабатываемых композиционных и наноструктурных материалов.

Требуется разработать способ управления процессом комбинированного электроалмазного шлифова-

ния обеспечивающий гарантированное качество обработанной поверхности и изделия в целом. Раз-

работать устройство для автоматического управления процессом непрерывной правки алмазного кру-

га на металлической связке, позволяющее снизить удельный расход алмазных кругов, мощность, си-

лы резания и др. параметры. Определить теоретические модели электрических параметров (плотно-

сти тока правки круга и плотности тока травления), позволяющие рассчитать значения данных пара-

метров, при которых достигается наилучшее качество обработанной поверхности. Получить эмпири-

ческие зависимости удельного съема металла, шероховатости обработанной поверхности, глубины

дефектного слоя, удельного расхода круга, мощности и составляющие силы резания от режимов об-

работки при комбинированном электроалмазном шлифовании. Создать новое оборудование с более

широкими техническими возможностями, отвечающее мировому уровню.

Содержание исследования:

При обработке изделий из высокопрочных наноупрочненных

инструментальных материалов, в процессе затачивания металлорежущего инструмента или шлифо-

вания ответственных поверхностей деталей машин, практически не применяют шлифовальные ал-

мазные круги на металлической связке. Известная справочная литература не рекомендует обрабаты-

вать инструментальные стали алмазным инструментом, за исключением лишь чистовой, окончатель-

ной обработки. В первую очередь это связано с интенсивным засаливанием шлифовального круга и,

как следствие, потери его режущей способности, что влечёт за собой появление на обрабатываемой

поверхности разнообразных дефектов в виде прижогов, макро микротрещин, изменения структуры

поверхностных слоев и т.п. Однако, экспериментальные исследования, проведённые нашим коллек-

тивом, однозначно доказывают: если создать соответствующие специфические и, главное, недорогие

в эксплуатации условия, то алмаз и алмазные инструменты при такой обработке показывает высокие

режущие способности. Так, было доказано, что в процессе шлифования образуется граница контакта,

которая одновременно принадлежит инструментальному и обрабатываемому материалам. Проте-

кающие здесь контактные процессы и реакции ответственны как за засаливание круга, так и образо-

вание дефектного слоя, и работоспособность инструмента в целом. На стадии исследования внешней

картины алмазоносной поверхности шлифовальных кругов и дефектного слоя заточенных пластин из

инструментальных сталей, чётко проявились преимущества комбинированной электроалмазной об-

работки. Круг имеет развитую режущую поверхность, а засаливание практически отсутствует, о чём

говорит развитый рельеф поверхности алмазного круга. Если же рассматривать обычное алмазное

шлифование инструментальных материалов алмазными кругами, то в данном случае происходит по-

степенное засаливание круга. Однако, вопреки сложившемуся мнению, что поры круга и алмазные

зерна всего лишь забиваются компонентами обрабатываемого материала, в засаленном слое наблю-

даются элементы как самой связки круга, так и вторичных соединений, образующихся в результате

адгезионно-диффузионных явлений, химических реакций и рекристаллизации. Зафиксированные в

зоне контакта химические элементы, в частности, алюминий, медь, олово, цинк и железо являются

продуктами диффузии, которые при взаимодействии с углеродом и кислородом, приводят к образо-

ванию новых карбидов и окислов. Усиление же и локализация диффузионных процессов возникает

при интенсификации режимов шлифования, когда не только локальные, но и средние температуры в

зонах контакта достигают высоких значений (более 1000°С). Для исключения большинства подобных

негативных процессов, возникающих при алмазной обработке железоуглеродистых материалов, в том

числе высокопрочных композиционных, и наноструктурных, следует, в первую очередь, создать наи-