Глава 20 РЕЗАНИЕ АЛМАЗНЫМИ ЗЕРНАМИ КРУГА

Процесс резания – царапания алмазными зернами позволяет изучить характер деформации при врезании зерна, внедрении его на полную глубину и в момент выхода единичного зерна из обрабатываемого материала

[115, 117, 173].

Царапины после алмазного зерна по характеру отличаются от царапин, выполненных единичным зерном электрокорунда. Внешнее отличие заключается в том, что после алмаза края царапин получаются более ровными, а весь контур царапин более четко очерчен. Сами царапины состоят из целого ряда рисок.

Снимаемая стружка представляет собой тело, расчлененное на тонкие волосовидные объемы, которые, сходя по неплоской передней поверхности, расходятся веерообразно, окаймляя зерно и доходя до связки.

Единичное алмазное зерно оставляет четкий след на поверхности шлифа минералокерамики, однако, края царапины в этом случае менее ровные, чем у твердых сплавов. Это объясняется повышенной пористостью и высокой хрупкостью минералокерамики.

При шлифовании алмазом типа АСБ и АСПК главную роль играют волновые процессы [117].

Поскольку алмаз имеет высокий модуль упругости и малый удельный вес, то скорости упругих деформаций и связанные с ними скорости хрупкого разрушения значительно больше, чем у материалов с высокой плотностью и малым модулем упругости. При шлифовании алмазное зерно круга ударяет по поликристаллу. При этом на малых глубинах резания наблюдаются следы, напоминающие следы на пластичных материалах, но с повышением нагрузки (глубины) появляются многочисленные микротрещины и хрупкое откалывание в пределах следа режущего зерна, особенно у его краев. Наличие микротрещин, указывает на их затухание с удалением от поверхности контакта.

540

Вследствие развитости субмикрорельефа алмазного зерна его контакт с поликристаллом означает участие в воздействии большого числа микрокромок, производящих «собственные» микроразрушения, суммирование которых определяет процесс разрушения поликристалла в целом.

В процессе шлифования имеет место физико-химическое взаимодействие алмазных зерен с обрабатываемым материалом.

Высокие удельные давления и температуры в зоне резания, а также образование весьма чистых ювенильных поверхностей контактирующих элементов способствуют протеканию окислительных процессов и возникновению адгезионных и диффузионных явлений в контакте.

Адгезионные явления. Как известно, алмаз обладает низким коэффициентом трения, что объясняется наличием на поверхности алмаза прочноудерживающихся адсорбированных пленок. После очистки поверхности алмаза в вакууме коэффициент трения резко возрастает. Можно полагать, что при резании металлов трение свежеобнаженных поверхностей алмаза соответствует условиям трения в вакууме, и при этом может иметь место прилипание частичек металла к алмазу.

При высоких скоростях шлифования имеет место контакт ювенильных поверхностей, так как пленки, препятствующие адгезии, не успевают возобновляться. В результате этого происходит схватывание металла с алмазом.

Диффузионные явления – следствие адгезионной связи. О возможности диффузии углерода из алмаза в обрабатываемый материал указывается во многих литературных источниках [24, 94, 115].

Механизм возникновения и развития диффузии углерода из алмаза в обрабатываемый материал можно представить следующим образом. В результате воздействия высоких температур, возникающих в микрозонах схватывания, может происходить диссоциация кристаллической решетки алмаза, т. е. атом, обладающий достаточной энергией, может переместиться из своего регулярного положения в узле решетки в «иррегулярное». Диффузия – это результат периодических перескоков атомов из одного узла решетки в

541

другой. Средняя частота перескока атома на внешней (свободной) поверхности, участках дислокации и границах зерен гораздо выше, чем в решетке, скорости диффузии в них соответственно также больше.

Диффузия в описанном механизме может происходить в том случае, если алмазные зерна будут ориентированы таким образом, что скол их произойдет по плоскости спайности, которая войдет в контакт с обрабатываемым материалом, либо выход дислокации произойдет в направлении обрабатываемой поверхности. В результате, диффузия углерода из алмазного зерна в стальные материалы может протекать в том случае, когда имеются факторы, облегчающие этот процесс и способствующие ускорению диффузии.

20.1Воздействие алмазных зерен круга на обрабатываемый материал

Следы отдельных алмазных зерен многократно накладываются, а тонкий слой обрабатываемого материала подвергается разогреву в результате суммирования тепла от мгновенных источников. В поверхностном слое происходят изменения, связанные с изменением режущего профиля зерна круга, интенсификацией физико-химических процессов в контактных поверхностях, уменьшением развитости рабочего профиля круга, ухудшаются условия для вмещаемости снимаемых стружек. Все это свидетельствует об изменении условий работы режущих алмазных зерен и, следовательно, о неизбежных различиях в удалении припуска в сравнении с резанием только единичными зернами алмаза [117].

Однако при алмазном шлифовании не обнаруживается оплавленная стружка в виде шариков, которые часто встречаются при шлифовании абразивными кругами. Это характеризует менее напряженный температурный режим при алмазной обработке в сравнении с абразивной.

Ужесточение режимов шлифования усиливает возникновение очагов налипания металла и образование наростов на алмазных зернах.

542

Сход стружки в этом случае затрудняется, поскольку ей приходится перемещаться по поверхности нароста, что резко увеличивает трение.

При обработке твердых сплавов границы отдельных зерен, хорошо наблюдаемые на поверхности хрупкого излома, скрыты. Следов сильного пластического течения не обнаружено, а, следовательно, нет и затекания пластического материала в межзеренные углубления. В результате механического взаимодействия алмазного круга доминирующим видом разрушения зерен карбидов твердых сплавов является срез. Однако он не является единственным видом разрушения. Наблюдалось [117] раскалывание зерен, под воздействием алмазного зерна. Раскалывание приводит к микровырывам.

Наличие среза, как доминирующего вида разрушения структурных составляющих твердых сплавов при алмазном шлифовании, обуславливает уменьшение объемов приповерхностных слоев материала, подвергаемых изменению и способствует формированию поверхностного слоя детали наиболее «здорового» материала, физико-механические свойства которого приближаются к исходным.

543

Глава 21 ШЛИФОВАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, КОЖИ, КЕРАМИКИ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ

21.1Шлифование древесины и древесных материалов

Взавершающей стадии технологического процесса изготовление деталей из древесины и древесных материалов обычно обрабатываются абразивными материалами или инструментами.

Абразивная обработка может вестись незакрепленными зернами (свободным абразивом) или абразивными зернами, связанными в одно целое тело, называемым абразивным инструментом. Процесс абразивной обработки с преобладанием резания называется шлифованием, а процесс с преобладанием истирания – полированием.

Вдеревообработке древесину, древесные материалы и лаковые покрытия шлифуют абразивными инструментами в виде шкурок. Полирование свободным абразивом в виде пасты используют для облагораживания лакокрасочных покрытий.

Разновидности шлифования сводятся к трем группам: шлифование с плоской зоной контакта инструмента и обрабатываемой заготовки; шлифование с цилиндрической зоной контакта; шлифование с профильной зоной контакта.

На рисунках 21.1 и 21.2 приведена классификация схем шлифования и схемы обработки древесных материалов [100].

Шлифовальную шкурку (рисунок 21.3) можно рассматривать как мелкозернистый инструмент с большим числом режущих элементов – кромок абразивных зерен. Зерна 1 из электрокорунда, карбида кремния или других абразивных материалов посредством связки 2 – жидкого стекла (клея), мочевины или фенольной смолы, связаны друг с другом и с основой шкурки 3 (бумагой, тканью, фиброй или комбинацией этих материалов). Вследствие многообразия формы и размещения шлифовальных зерен, а также способов нанесения их на основу, режущие кромки (вершины) отдельных зерен распо-

544