Козакова Наталія Віталіївна. Визначення раціональних характеристик алмазних кругів шляхом 3D моделювання процесів їх виготовлення і шліфування надтвердих матеріалів

Короткий опис

Козакова Наталія Віталіївна. Визначення раціональних характеристик алмазних кругів шляхом 3D моделювання процесів їх виготовлення і шліфування надтвердих матеріалів: дис... канд. техн. наук: 05.03.01 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2004

Козакова Н.В. Визначення раціональних характеристик алмазних кругів шляхом 3D моделювання процесів їх виготовлення і шліфування надтвердих матеріалів. Рукопис.
Дисертація у вигляді рукопису на здобуття ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 процеси механічної обробки, верстати й інструменти. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2004.
Дисертація присвячена вирішенню проблеми підвищення ефективності алмазного шліфування за рахунок визначення раціональних характеристик алмазних кругів на етапах їх виготовлення і експлуатації. На основі комплексного 3D моделювання напружено-деформованого стану елементів зон спікання алмазоносного шару круга, шліфування надтвердих матеріалів (НТМ) і точіння інструментом з НТМ розроблено алгоритм експертної системи визначення характеристик алмазного круга, що забезпечують цілісність його зерен, підвищення продуктивності шліфування, зменшення дефектності НТМ і питомої витрати алмазних зерен, а також зниження експлуатаційних відмов лезового інструмента з НТМ, що заточується.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі підвищення ефективності алмазного шліфування за рахунок визначення раціональних характеристик алмазно-абразивного інструмента на етапах його виготовлення та експлуатації, у результаті якого зроблено наступні висновки:
1. У зв’язку з відсутністю науково обґрунтованих рекомендацій з поєднань марок алмазних зерен, їхньої зернистості, концентрації і марок зв’язки круга для ефективного шліфування матеріалів різної твердості на базі теоретико-експериментальних досліджень розроблено алгоритм експертної системи визначення раціональних характеристик алмазних кругів, в основу якого покладено 3D моделі зони спікання алмазоносного шару круга, зони шліфування НТМ та зони точіння лезовим інструментом з НТМ, які дозволяють аналізувати їх поведінку при різних характеристиках і умовах взаємодії елементів.
2. Розроблено комплексну методику дослідження просторових систем «алмазне зернозв’язка» при спіканні, «НТМзернозв’язка» при шліфуванні і «різець з НТМдеталь» при точінні, що включає 3D моделювання і теоретичне вивчення теплового і напружено-деформованого стану елементів данних систем, а також експериментальне вивчення параметрів поверхонь, що взаємодіють у процесі шліфування.
3. На основі 3D моделювання напружено-деформованого стану алмазоносного шару круга при спіканні встановлено, що міцність металевої зв’язки визначається міцністю алмазних зерен, що спікаються з нею,а також їх концентрацією і зернистістю. Зниження концентрації алмазів у крузі до 5-40% дозволяє при раціональному виборі їхньої марки, зернистості і марки зв’язки зберегти вихідні властивості зерен круга на етапі його виготовлення. Одержано науково обґрунтовані рекомендації з раціональних складів алмазно-металевих композицій для виготовлення шліфувальних кругів.
4. Визначено температури в макро- і мікроб’ємах оброблюваних НТМ для реалістичного моделювання зони шліфування. На основі ЗD моделювання нестаціонарного теплового поля встановлено закономірності зміни температур і температурних градієнтів у залежності від характеристик алмазних кругів і режимів шліфування. Контактування в зоні шліфування рівнотвердих структур і особливості теплофізичних властивостей надтвердих матеріалів визначають високу теплонапруженність процесу алмазного шліфування НТМ (середньооб’ємні температури алмазних і нітридборних НТМ сягають 1000 К і 650 К відповідно, локальні температури в зоні контакту алмазного зерна з поверхнею НТМ 1600 К і 1300 К відповідно) і значну динаміку її зміни (градієнти температур до 800 К/мм, швидкості нагрівання до 2000 К/с).
5. Тривимірний підхід до моделювання зони шліфування дозволив дати кількісну оцінку впливу умов її силового і теплового навантаження, показників фактичної площі контакту, а також фізико-механічних і теплофізичних властивостей її елементів на інтенсивність процесів руйнування при шліфуванні, на підставі якої встановлено раціональні характеристики алмазного круга, що забезпечують підвищення ефективності алмазного шліфування.
6. З метою зниження собівартості алмазного шліфування НТМ запропоновано використовувати склад алмазоносного шару круга із зниженою до 10-45% концентрацією алмазних зерен, який при шліфуванні з їх мінімальною робочою висотою (0,16-0,18 розміру зерна) і раціональному сполученні міцносних і теплових властивостей оброблюваного матеріалу, металевої зв’язки і зерен круга, забезпечує підвищення продуктивності шліфування в 1,4 рази, зниження дефектності НТМ на 30% і питомої витрати алмазних зерен на 40%. У якості додаткового фактора, що обмежує макророзтріскування НТМ, визначено поперечну подачу або нормальний тиск у контакті.
7. Взаємозалежне моделювання напружено-деформованого стану зони точіння інструментом з НТМ і зони його шліфування дозволило визначити характеристики алмазного круга і режими заточування різців з надтвердих матеріалів під конкретні умови наступної експлуатації з метою зниження їх відмов через руйнування різальної частини інструмента.
8. На основі комплексного підходу до 3D моделювання напружено-деформованого стану елементів зони спікання алмазоносного шару круга і зони шліфування НТМ визначено науково обґрунтовані рекомендації з вибору раціональних характеристик алмазного круга для ефективної обробки досліджуваних марок НТМ із керуванням ріжучим рельєфом круга і без нього. Результати роботи впроваджено у ВАТ «Полтавський алмазний завод» з річним економічним ефектом 35 тис. грн. (за даними замовника).