ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДЕФЕКТНОГО СЛОЯ ПРИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СТЕКЛА
Михайлов А.Н., Калафатова Л.П.
(ДонГТУ, г.Донецк, Украина)
Operation characteristics of pyroceramics goods depend on the defectness of the machined surface which is predetermined by the level of force of grinding. The principles of modelling the tecnological processes of pyroceramics goods abrasive machinig have been worked out. These principles ensure minimal force of grinding on the surface formed.
Технология изготовления ответственных крупногабаритных изделий сложной формы из технических стекол и ситаллов с полным основанием может быть отнесена к сложным иерархическим системам, в которых реализуются технологические процессы (ТП), включающие следующие стадии технологических воздействий: N1 - до механической обработки (получение заготовки), N2 - в период механической обработки, N3 - после механической обработки. Главной задачей, решаемой на каждой из стадий технологических воздействий, является создание в конечном счете качественного изделия при минимальных затратах на его производство.
Наиболее ответственными и трудоемкими, максимально влияющими на технологическую себестоимость изделий, являются этапы механической обработки, в совокупности представленные как комплекс технологических воздействий N2 Здесь предполагается выполнение ряда операций, в частности, предварительного 
и окончательного формообразования 
(для ситаллов, соответственно, чернового и чистового шлифования), а также алмазной притирки 
или полирования (для стекол). Однако применение финишных операций не гарантирует обеспечение отсутствия дефектного слоя, обусловленного обработкой, в поверхностном слое изделия. Поэтому весь дефектный слой должен быть удален на третьей, заключительной стадии технологических воздействий N3 путем реализации дорогостоящих и экологически вредных операций химического травления и ионного упрочнения изделий, трудоемкость которых определяется глубиной и структурой поверхностного дефектного слоя.
Технология получения заготовок из хрупких неметаллических материалов и особенности их физико-механических свойств делают невозможным в серийном производстве получение необходимой точности деталей без последующей механической обработки. Несовпадения конфигурации и размеров заготовки и детали возрастает по мере увеличения сложности формы детали и ее габаритов. Все это предполагает наличие больших припусков на обработку, достигающих в некоторых случаях 10-12 мм на сторону. Для большинства стекломатериалов характерна высокая однородность структуры по всему объему заготовки, включая и приповерхностный слой. Условно можно считать, что поверхность заготовки является бездефектной, то есть 
0. Микродефекты структуры материала 
(например, для ситаллов это микротрещины длиной от 5 до 10 мкм) присущи всему объему заготовки и по размерам не соизмеримы с дефектами, вызванными обработкой.
Механическая обработка в результате силового воздействия инструмента на формируемую поверхность сопровождается трансформацией множества исходных микродефектов заготовки , число и размеры которых зависят от физико-механических характеристик материала, в множество дефектов детали или изделия 
при силовом воздействии инструментов на обрабатываемую поверхность, происходящем на промежуточных операциях технологического процесса. Это положение иллюстрируется рисунком 1.
Приняты следующие обозначения: 
- множество контактов зерен шлифовального круга, взаимодействующих с формируемой поверхностью, производящих съем материала припуска и приводящих к частичному развитию исходных микродефектов - подмножество 1; 
- множество контактов зерен полирующего материала с обрабатываемой поверхностью. В результате формируется подмножество дефектов 2, обусловленных процессом полирования, трансформированных из микродефектов подмножества 1, что соответствует 
. То есть 
.
С точки зрения обеспечения идеального качества обработки множество 
должно быть пустым. Для этого требуется, чтобы выполнялось условие 
.
Рисунок 1. Формирование множества дефектов в обрабатываемом изделии, обусловленных процессами механической обработки стекломатериалов на различных операциях
Физически это означает, что на этапе окончательного формообразования должен быть получен поверхностный слой изделия, содержащий дефекты, не превышающие по размерам и плотности исходные микродефекты ОМ, входящие в множество 
. Роль операции полирования в этом случае сводится к обеспечению требуемой шероховатости обработки. Практически полностью выполнение такого условия невозможно. Однако необходимо стремиться к тому, чтобы уровень дефектности в приповерхностном слое, оставшийся после заключительных операций механической обработки и подлежащий удалению на заключительной стадии технологических воздействий N3, был минимальным.
Технологическая себестоимость получения готовой детали 
складывается из себестоимости получения заготовки 
, механической обработки 
, упрочнения изделия 
. (1)
Учитывая, что стадия получения заготовки нами не рассматривается, считаем, что для всех вариантов производства изделия 
является постоянной. Значительный интерес представляет изменение уровня составляющих , 
, особенно их части, зависящей от условий механической обработки 
,
+ +
, (2)
где 
- соответственно стоимости одной минуты: эксплуатации станка, правки круга, процесса травления; 
- соответственно для 
й операции механической обработки (
меняется от 1 до 
): время простоя, приходящееся на одну деталь, машинное время обработки, время правки круга; 
, 
- соответственно стоимость и стойкость круга; 
- соответственно линейный износ круга, отнесенный к одной детали, зависящий от режимов: шлифования, правки; 
- скорость травления (удаления) нарушенного обработкой слоя изделия, состоящего из 
- соответственно высоты неровностей и глубины дефектного поверхностного слоя, оставшихся после последней операции механической обработки.
может быть снижена в значительной степени за счет уменьшения величины машинного времени 
, которое, в свою очередь, определяется величиной удаляемого минимального припуска 
на конкретной операции или переходе и режимами обработки. Поэтому для крупногабаритных конструкционных изделий разработка и реализация высокоэффективных их обработки невозможны без решения важной технологической задачи - выбора рациональных межоперационных припусков с учетом технологической наследственности предшествующих операций.
Величина зависит от глубины дефектного слоя, сформированного на предшествующей операции. Установлено, что на глубину и структуру нарушенного обработкой слоя материалов на основе стекла влияют следующие технологические факторы: вид обработки; схема шлифования; свойства обрабатываемого материала; характеристики инструмента; режимы обработки; тип применяемой ТС. Проектирование эффективных ТП не возможно без разработки основ теории повышения качества и снижения себестоимости производства изделий из стекломатериалов за счет выбора рациональных условий процесса резания.