ПРЕИМУЩЕСТВА КОМБИНИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ В СРАВНЕНИИ С ТРАДИЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ ЗАТАЧИВАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА

Янюшкин А.С., Лобанов Д.В., Якимов С.А. (БрГУ, г. Братск, РФ)

http://science-bsea.narod.ru/2006/mashin_2006/janushkin_preim.htm

Затачивание поверхностей и формирование режущих лезвий является важным этапом подготовки режущего инструмента к работе. От качества затачивания зависят условия протекания процесса резания, эксплуатационные характеристики инструмента, качество изготовленной продукции.

Технология затачивания инструмента, оснащенного инструментальными твердыми сплавами, используемая на сегодняшний день в производственных условиях, подразумевает использование в качестве инструмента на операциях чернового затачивания круги из карбида кремния чёрного или зелёного, а на доводочных операциях – алмазные круги на органических связках. Однако применение такой технологии для получения инструмента с качественно подготовленным режущим лезвием и поверхностями является нецелесообразным, т.к. круги из карбида кремния, рекомендуемые для затачивания инструмента, оснащенного твердым сплавом, значительно увеличивают температуру обрабатываемой поверхности, наносят серьёзные дефекты инструментальному материалу в виде сколов, макро- и микротрещин [1].

Эти дефекты на рабочих поверхностях инструмента слабо прослеживаются невооруженным глазом (рис. 1, а), однако, при более детальном изучении они четко видны (рис. 1, б, в)

                                         а)                                                   б)                                                              в)  

Рисунок 1- Поверхность твердого сплава ВК8 после затачивания кругом из карбида кремния зеленого:

а) внешний вид (увеличение ×;10); б) шлиф после травления (увеличение ×10);

в) шлиф после травления (увеличение ×15)

 

Что касается трещинообразования, то большинство авторов, исследовавших процесс обработки твердых сплавов, считают, что оно имеет термическое происхождение. Высокие температуры образуются в зоне контакта круга с твердым сплавом, локализация их в верхних слоях последнего вызывает возникновение напряжений. Коэффициенты линейного расширения карбидов и цементирующей фазы различны между собой. Значительный градиент температуры по глубине пластинки и различное расширение карбидов и цементирующей фазы определяют объемные изменения в шлифуемом твердом сплаве. Объемные изменения вызывают возникновение напряжений, которые становятся причиной образования трещин. Наличие таких дефектов на заточенных поверхностях может в дальнейшем привести к разрушению твердого сплава, появлению сколов, а, следовательно, к выходу из строя инструмента. Кроме того, при работе кругами из карбида кремния отмечается большой расход абразивного инструмента и низкая производительность. Круги изнашиваются крайне неравномерно, быстро теряют геометрическую форму профиля.

Использование при затачивании абразивных кругов из синтетических алмазов позволяет частично решить эти проблемы. На практике нашли применение алмазные круги с керамической и органической связками. Но в силу особых свойств этих связок, такие круги также интенсивно и неравномерно изнашиваются. В связи с этим, они в основном используются для доводки твёрдосплавных инструментов без контакта со стальной державкой [2].

Круги на металлической связке обладают высокой теплостойкостью и технологической стойкостью. Однако они пока не нашли широкого применения в промышленности из-за склонности к засаливанию поверхности алмазного круга и потери режущей способности. С появлением комбинированных методов обработки, на основе элекрохимических методов основанных на анодном растворении поверхностных слоёв металла и электроэрозионых методов, область применения кругов на металлической связке значительно расширилась. К таким методам относятся алмазно-электроэрозионное шлифование, алмазно - электрохимическое шлифование, алмазное шлифование с непрерывной правкой круга и электроалмазное шлифование с непрерывной правкой круга.

           а)                                                                        б)                                                             в)

Рисунок 2- Состояние режущих кромок твёрдосплавного инструмента после

 различных методов затачивания (´1600)

а) затачивание методом алмазного электрохимического шлифования;

б) алмазное затачивание с непрерывной электрохимической правкой круга;

в) электроалмазное затачивание комбинированным методом

Нами проведены исследования состояния главной режущей кромки и поверхностей инструмента, заточенного различными методами электроалмазного шлифования (рис. 2). Поверхности твердосплавного инструмента, заточенные методом электрохимического шлифования (рис. 2, а), по внешнему виду дефектны, с сильно растравленными участками. Режущая кромка заточенных пластин неровная, с большими радиусами округления. При затачивании твердосплавного инструмента абразивным инструментом на металлической связке с непрерывной электрохимической правкой круга  на режущей кромке также наблюдаются сколы, вырывы твердого сплава, размеры которых составляют 10…15 мкм (рис. 2, б).

На кафедре «Технология машиностроения» БрГУ разработан комбинированный метод электроалмазной обработки [3]. При этом методе, кроме непосредственной механической обработки алмазным кругом на металлической связке, дополнительно осуществляется анодное растворение поверхности обрабатываемого изделия с параллельной непрерывной электрохимической правкой круга. Данный метод обеспечивает высокую производительность, низкие силы и температуры резания. В результате этого отсутствуют сколы, микро- и макро- трещины, прижоги, обеспечивается высокое качество режущей кромки инструмента и режущая способность шлифовального круга.

После затачивания твердосплавного инструмента комбинированным методом электроалмазного шлифования с одновременной непрерывной правкой поверхности круга режущая кромка имеет неглубокие зазубрины и сколы. Дефекты обработанных поверхностей после затачивания таким методом имеют значительно меньшие размеры, чем у инструментов, заточенных другими методами. Размеры этих дефектов составляют не более 2…5 мкм (рис. 2, в).

По результатам сравнительного анализа выявлены преимущества комбинированного метода электроалмазного шлифования с одновременной непрерывной правкой поверхности круга. В связи с этим, нами рекомендуется комбинированный метод с одновременным электрохимическим травлением затачиваемой поверхности и электрохимической правкой поверхности круга и для обработки других высокопрочных и труднообрабатываемых материалов.

Применение данного метода при затачивании твердосплавного инструмента вместо традиционного затачивания кругами из карбида кремния зеленого с последующей доводкой позволит улучшить качество режущего инструмента, увеличить его стойкость, повысить качество выпускаемой продукции.

Литература

1. Янюшкин А.С., Лобанов Д.В., Кузнецов А.М. Качественные показатели поверхностей и состояние режущей кромки твердосплавного дереворежущего инструмента, заточенного различными методами электроалмазной обработки. Труды Братского государственного университета. – Том 2. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2005. – 285 с. – (Естественные и инженерные науки – развитию регионов).

2. Янюшкин, А.С. Технология комбинированного электроалмазного затачивания твердосплавных инструментов/А.С. Янюшкин.– М.: Машиностроение – 1, 2003. – 242 с.

3. Патент RU 2239525 / МПК С1 В23 Н5/00, В24 В53/00. Устройство для комбинированной электроалмазной обработки с непрерывной правкой круга / Янюшкин А.С., Ереско С.П., Лобанов Д.В., Сурьев А.А., Кузнецов А.М. - № 2003105413, заяв. 2004.02.25- опубл. 2004.11.10