Topographic adaptability in the diamond grinding zone of superhard materials

Abstract

A comprehensive theoretical and experimental analysis of technological topographic adaptability is carried out, based on an idealized description of the topographic parameters of the working surface of the grinding wheel, their changes during its wear and experimental laser scanning of the working surface of the grinding wheel and the processed superhard material (SHM). It has been established that the protrusion height of diamond grains affects the intensity of destruction (removal) of stock through a change in the number of working grains and the actual contact area of the SHM with the working part of the grinding wheel surface. In a controlled grinding process, it is possible to stabilize the working height of the grains in any of the 3 stages of their wear intensity, equating this intensity with the intensity of removal of the intergranular bond. A method has been developed for determining the actual contact area of the working surface of the grinding wheel and changing its technological adaptability. It has been established that in the process of topographic adaptability, the actual contact area can change by several orders of magnitude, respectively, the specific pressure at the contact of diamond grains with the SHM will change, and, consequently, the nature and intensity of their mutual destruction.Широке застосування надтвердих матеріалів (НТМ) і організація масового виробництва з них ріжучого, шліфувального, волочильного, свердлильного і вимірювального інструменту вимагають розробки високоефективних і точних методів і технології їх обробки. Актуальність розв'язуваної проблеми продиктована високою трудомісткістю і низькою продуктивністю процесу шліфування НТМ, великою витратою дорогих алмазних зерен шліфувальних кругів і, як наслідок, високою вартістю обробки. Проведено комплексний теоретичний та експериментальний аналіз технологічної топографічної адаптивності, заснований на ідеалізованому описі топографічних параметрів робочої поверхні шліфувального круга, їх зміні при його зносі та експериментальному лазерному скануванні робочої поверхні шліфувального круга та оброблюваного надтвердого матеріалу. Встановлено, що висота виступання алмазних зерен впливає на інтенсивність руйнування (видалення) матеріалу заготовки через зміну кількості робочих зерен і фактичної площі контакту оброблюваного НТМ з робочою частиною поверхні шліфувального круга. У процесі контрольованого шліфування можна стабілізувати робочу висоту зерен на будь-якому з 3-х ступенів інтенсивності їх зносу, прирівнявши цю інтенсивність до інтенсивності зношування алмазоносної зв'язки круга. Розроблено методику визначення фактичної площі контакту робочої поверхні шліфувального круга з поверхнею НТМ та зміни її технологічної адаптивності. Встановлено, що в процесі топографічної адаптивності фактична площа контакту може змінюватися на кілька порядків, відповідно, буде змінюватися питомий тиск при контакті алмазних зерен з НТМ, а, отже, характер і інтенсивність їх взаємного руйнування. Отримано теоретичні залежності, що описують взаємозв'язок і зміну таких параметрів, як робоча висота зерен, число зерен на РПШК і в контакті, їх концентрація в алмазоносному шарі круга, відносна опорна довжина і площа профілю РПШК, фактична площа контакту, питоме навантаження в процесі зносу алмазного круга. Теоретично обґрунтовано і експериментально доведено, що концентрація алмазів у крузі, робоча висота зерен і критична глибина їх залягання в зв'язці є найважливішими факторами в процесі алмазного шліфування НТМ. Зниження концентрації алмазів в крузі до рівня 5 – 20% з відповідним зменшенням робочої висоти зерен до рівня мікронерівностей зв'язки і збільшенням модуля її пружності не призводить до погіршення вихідних показників алмазного шліфування НТМ, так як величина фактичної площі контакту РПШК з НТМ залишається незмінною, але значно знижує питомі витрати і вартість обробки, підвищує ступінь використання алмазних зерен.