АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ В ТЕХНОЛОГИЯХ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО И ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ШЛИФОВАНИЯ

В современном инструментальном производстве применение сверхтвердых абразивных материалов (СТМ) - синтетического алмаза и кубического нитрида бора (КНБ) - рассматривается как приоритетное направление увеличения производительности и повышения надежности режущих инструментов. С наибольшей эффективностью инструменты из СТМ применяются в технологических процессах алмазно-абразивной обработки, для которых важна их гарантированная стойкость, высокие режущие свойства и производительность. Однако, необходимая в современных условиях эффективность обработки вольфрамовых сплавов, инструментальных сталей и керамики, обеспечивается при производительности шлифования 1000-3000 мм/мин; в то время как станочные системы и промышленные технологии механообработки могут обеспечить производительность 3000-5000 мм3/мин, а в недалеком будущем — 10 000 мм3/мин. Для интенсификации процессов шлифования необходимо создание нового поколения шлифовальных кругов из СТМ и прогрессивных технологических систем.


При обработке твердосплавных и стальных инструментов, используемых в металло и деревообработке, ряде других направлений механообработки, применяются различные технологические процессы шлифования. В результате обширных исследований предложены критерии технологического управления параметрами качества обработанных поверхностей и выбора оптимальных условий работы инструментов из СТМ. Установлено, что одним из наиболее эффективных процессов обработки является алмазное шлифование с применением СОТС или периодическим вводом в зону резания электрического тока низкого напряжения.

Прогнозная оценка современного уровня применения шлифовальных кругов из СТМ позволяет обосновать направления интенсификации процессов шлифования инструментальных материалов. При этом особое значение имеет применение методов вибрационного и волнового воздействия, совмещение механического воздействия с химическими, электрическими и другими процессами обработки, т.е. интенсивное использование совмещенных процессов физико-механической обработки.

1.1. Концепция интенсификации процессов шлифования кругами из СТМ

Интенсификация процессов шлифования - извечная проблема механообработки и, в особенности, алмазно-абразивной обработки, которая лежит в основе создания высоких технологий обработки режущих инструментов и деталей машин.

Проведенный нами анализ патентно-информационных материалов [1, 2, 3] показывает, что сверхтвердые абразивные материалы используются для чистовых и доводочных (финишных) операций обработки деталей машин и инструментов, где требуется обеспечить гарантированное качество, стойкость и надежность, стабильные режущие свойства инструментов из СТМ. Достигнутый уровень производительности не превышает 1000-2000 мм3/мин. В табл. 1.1 и 1.2 приведены данные, характеризующие современный уровень шлифовальных кругов из СТМ и их соответствие прогнозным значениям.
           Патентно-информационные материалы зарубежных стран свидетельствуют об актуальности применения СТМ в инструментальном и основном производствах. В них приводятся характеристики применяемых инструментов из СТМ и описание технологического оборудования. Как правило, зарубежные фирмы, занимающиеся созданием технологического оборудования, стремятся непосредственно в технологическом оборудовании комплексно реализовать новейшие достижения в области высоких технологий шлифования, применять современные инструменты из СТМ, использовать эффективные СОТС, рационально использовать автоматизацию, роботизацию и программное управление технологическими процессами обработки. Такая тенденция промышленной реализации технологий шлифования инструментов и деталей посредством создания специализированного автоматизированного оборудования наглядно демонстрируется на международных специализированных выставках, посвященных инструментам из суперабразивов

            В Украине разработаны технологические процессы шлифования и заточки кругами из СТМ твердосплавного и стального инструмента, используемого в машиностроении, металло- и деревообработке, других отраслях промышленности [4, 5]. Определена возможность технологического управления параметрами качества обработанных поверхностей и выбора оптимальных условий работы инструментов из СТМ. При этом можно констатировать, что одним из наиболее эффективных процессов обработки труднообрабатываемых материалов является алмазное шлифование с применением СОТС или периодическим вводом в зону резания электрического тока низкого напряжения для правки и активации режущей поверхности кругов из СТМ.

Проведенные информационные исследования современных абразивных инструментов из сверхтвердых материалов и технологий их шлифования, анализ тенденций современного развития высоких технологий в машиностроении как вектора развития технологического маркетинга, менеджмента качества и сертификации, а также прогноз научно-технического потенциала машиностроения Украины показывают, что проблема обработки таких труднообрабатываемых материалов, как вольфрамовые, безвольфрамовые и маловольфрамовые сплавы и стали, а также инструментальные стали, конструкционные металлы и сплавы при глубинах шлифования 0,5-1,0 мм и более практически не решена.

Решение проблемы интенсификации процесса шлифования мы связываем с активизацией основного фактора - динамического абразивного воздействия СТМ на обрабатываемый материал. Явления прецессии шлифовального шпинделя технологической системы и возникающие при этом эффекты вибрации и либрации в зоне обработки позволяют обеспечить производительность абразивного резания, равную 5000-10 000 5000-10 000 мм3/мин. Такая концепция разработки научных методов интенсификации процессов шлифования инструментальных материалов кругами из синтетического алмаза и кубонита на основе экспериментально-теоретического исследования обусловливает решение следующих задач:

— разработку и выбор экспериментальных методов и информационно-измерительных систем для исследования технологий шлифования с высокой производительностью обработки;

— создание технологических основ интенсификации процессов шлифования кругами с функционально-ориентированным рабочим слоем из СТМ; установление зависимостей работоспособности шлифовальных кругов от структуры функционально-ориентированного рабочего слоя из СТМ; определение основных характеристик процесса глубинного алмазного шлифования твердых сплавов; оценку влияния смазочно-охлаждающих технологических сред и оптимизация их выбора; технологическое обеспечение качества алмазного шлифования твердых сплавов;

— теоретическую разработку и исследование процесса (метода) вибрационно-прецессионного шлифования кругами из СТМ с учетом особенностей пространственного перемещения оси вращения шпинделя в технологической системе; анализ особенностей динамики и кинематики данного процесса; применение адаптивной системы управления; выбор расчетной модели и аналитическое определение технологических параметров вибрационно-прецессионного шлифования твердосплавного инструмента;

— обоснование характеристики рабочего слоя шлифовальных кругов из СТМ для интенсифицированных процессов шлифования инструментальных материалов; разработку кругов из алмаза и кубонитсодержащих металлополимерных и металлокерамических композитов, оценку их конкурентоспособности и технического уровня, создание компьютерной базы данных шлифовальных кругов из СТМ;

— разработку моделей технологий высокопроизводительного алмазного шлифования режущих инструментов: автоматизированной заточки твердосплавных резцов общего назначения и ножовочных полотен из инструментальных сталей; заточки дисковых дереворежущих пил с пластинками из твердого сплава; шлифования фасонного твердосплавного инструмента, применяемого при производстве подшипников; прецизионной обработки режущих инструментов (сверл, фрез, протяжек, штампов и др.), а также деталей из конструкционной керамики;

— разработку компьютерно-информационной оценки уровня технологий шлифования; разработку и реализацию специализированного оборудования и технологических устройств для высокопроизводительных процессов шлифования кругами из СТМ.

«Алмазно-абразивный инструмент в технологиях механообработки». / Под ред. А.О. Шепелева.- Киев: ИСМ им. В.М. Бакуля. НВЦ «Алкон» НАНУ, 2007.-340с.

(15 - 19 с.)