15 мая 2016г.
Развитие современных технологий во многих отраслях промышленности диктует необходимость применение новых высокотвердых керамических материалов, например, на основе карбида кремния. Однако, применение карбидкремниевой керамики в ответственных тяжелонагруженных узлах и агрегатах сдерживается отсутствием современных научно обоснованных технологий их механической обработки. Это связано с тем, что такие материалы обладают высокой твердостью и их механическую обработку возможно вести лишь с применением алмазного инструмента [3]. При этом на поверхности изделия неизбежно возникают различные дефекты: трещины, сколы, прижоги и т. п. (Рисунок 1).
Для получения поверхности
изделий из высокотвердой керамики высокого
качества необходимо включать в процесс их механической обработки финишные операции, например, суперфиниширование. Это позволяет обеспечить не только заданную шероховатость поверхности, но и уменьшить волнистость, некоторые погрешности формы и другие дефекты, образовавшиеся на предыдущих операциях. Особо подчеркнем, что суперфинишированием можно управлять направлением микронеровностей, что существенно повышает эксплуатационных свойств ответственных изделий. Подобные технологические операции осуществляются, в основном, алмазными брусками. Заметим что процесс съема (диспергирования) материала заготовки из высокотвердого керамического материала при суперфинишировании осуществляют только в среде смазочно- охлаждающих жидкостей (СОЖ). Безусловно, применяемая жидкость, несмотря на крайне малые зазоры (до
0,05 мкм) между инструментом и деталью, должна максимально эффективно удалять продукты диспергирования из зоны контакта и
предотвращать
возможную в этих условиях адгезию пары "инструмент – деталь". Это во многом зависит от характера внешнего силового воздействия в среде СОЖ и её гидродинамического влияния на вынос продуктов диспергирования [1].
На самом деле, если рассмотреть схему контакта "брусок- заготовка"
(Рисунок 2) [2]и принять, что в зону контакта (зазор
lр) поступает жидкость со скоростью V, то ввиду изменения скорости частиц на входе и выходе из контактной зоны, изменяется кинетическая энергия жидких и твердых частиц в объеме
W:
Следовательно, в замкнутом объеме W действует гидродинамическая сила FW , пропорциональная объему, плотности и ускорению частиц суспензии, которая и удаляет СОЖ с продуктами диспергирования из зазора lр.
В
своих исследованиях мы выбрали три типа
СОЖ: углеводородные (плотностью ρ = 880 кг/м3 и краевым углом смачивания q = 2о), водные (ρ = 1004 кг/м3 и q = 29о), эмульсии (ρ = 1007 кг/м3 и q = 15о) [1].
Учитывая особенности суперфиниширования алмазными брусками (малые зазоры между связкой инструмента и обрабатываемой поверхностью), в качестве одного из основных требований к СОЖ необходимо считать её способность проникать в зону контакта "инструмент – деталь",
т.е. образование замкнутого объема массы mW и появление на рабочих поверхностях смазочного слоя. Считаем, что смачивающая способность СОЖ является важным показателем для оценки её эффективности в процессах финишных операций обработки высокотвердой технической керамики алмазными брусками. Из анализа свойств выбранных жидкостей можно заключить, что с точки зрения смачивающих свойств наибольшее предпочтение следует отдать углеводородным СОЖ, обладающих наименьшим краевым углом смачивания (q =2о), а с точки зрения удаления продуктов диспергирования (зависимости (3) и (6)) – эмульсионным или водным жидкостям (ρ=1007 –1009 кг/м3). Именно поэтому, несмотря на то, что краевой угол смачивания у эмульсий (q =15о) практически на порядок
больше, чем у углеводородных СОЖ, их можно рекомендовать для применения в операциях суперфиниширования поверхностей из высокотвердых керамических материалов.
Применение водных растворов при финишной обработке изделий из высокотвердой керамики нам представляется нецелесообразным, поскольку они не позволяют получить поверхность высокого качества в силу низких смачивающих и смазывающих характеристик, а это может привести не только к прекращению диспергирования материала, но и к адгезионному схватыванию в зоне контакта "инструмент – деталь" (Рисунок 3).
Таким образом, проведенные исследования позволили сделать вывод о том, что смачивающие и физико- химические свойства эмульсий типа НСК-5У и ИХП-175Э обеспечивают не только эффективную смазку в контакте "инструмент – деталь", но и вынос диспергируемого материала из рабочей
зоны, что, согласно нашим исследованиям, является определяющим фактором при суперфинишировании керамики.
Список литературы
1. Душко, О. В.
Алмазное шлифование карбидкремниевой керамики для машиностроения: моногр. / О. В. Душко, В. М. Шумячер. - Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2009. - 80 с.
2. Душко, О. В. Математическая модель процесса абразивного диспергирования металла / О. В. Душко, В. М. Шумячер, И. В. Башкирцева // Технология машиностроения. - 2005. - № 12. - С. 46–50.
3.
Шальнов, В. А. Шлифование и полирование высокопрочных материалов / В. А. Шальнов. – Москва: Машиностроение, 1972. – 272 с.
