(А.С. Корниенко, студент; В.В. Гусев, канд. техн. наук., доц. Донецкий Национальный Технический Университет)
Эксплуатационные характеристики деталей из технической керамики, наряду с условиями работы и параметрами, характеризующих состав, структуру и механические свойства взаимодействующих поверхностей определяются параметрами, характеризующими состояние поверхностного слоя деталей и зависящие от условий механической обработки заготовок. Из геометрических параметров наиболее изучено влияние на эксплуатационные показатели шероховатости поверхности, которая является простым и надежным критерием оценки состояния технологического процесса механической обработки и условий эксплуатации. Независимо от исходной шероховатости при работе в узлах трения происходит структурная приспосабливаемость материалов находящихся в контакте. Формируется выгоднейшее сочетание механических, физических, химических и геометрических факторов разделительного слоя, что характерно для данной пары и условий трения. Эксплуатационная шероховатость является оптимальной для данной пары трения. И.В. Крагельский и В.С. Комбалов [1] для шероховатости, сформировавшейся в процессе приработки, ввели понятие “равновесной шероховатости”, которая может быть как меньше, так и больше исходной. Микрорельеф поверхности керамики, который получают в результате механической обработки, оказываетвлияние на величину и интенсивность износа детали [2]. Поэтому для деталей, работающих в стационарных условиях, важным является уменьшение и сокращение времени их приработки. Необходимо при механической обработке обеспечить оптимальную структуру поверхностного слоя рабочих поверхностей деталей пары трения. Аналитический подход с использованием имитационных моделей является универсальным, и позволяет визуально исследовать образование микрорельефа при шлифовании деталей, определить влияние на его формирование характеристик круга и параметров рабочей поверхности [3].
Целью настоящей работы является разработка имитационной модели формирования микропрофиля поверхности детали при плоском врезном алмазном шлифовании. Задача работы заключалась в определении влияния хрупкого разрушения материала керамики при микрорезании алмазным зерном на высоту микрорельефа поверхностного слоя после алмазного шлифования.
В основе имитационного моделирования формирования поверхностного слоя керамики при алмазном шлифовании положен принцип формирования микропрофиля поперечного сечения обрабатываемой поверхности посредством наложения поперечных сечений царапин, которые оставляют отдельные зерна шлифовального круга. Модель формирования микрорельефа поверхности керамики была разработана применительно к схеме плоского шлифования периферией круга.
Формирование поверхностного слоя на керамической заготовке происходит в результате удаления материала припуска при копировании формы зерна круга и скола группы зерен керамики в очаге разрушения. При хрупком разрушении в виде скола профиль канавки, оставленной зерном, не имеет сходства с профилем зерна, и параметры канавки превышают теоретическую глубину и ширину резания зерном. Разрушение керамики в виде очагов шириной является случайным процессом, зависящим от режимов резания. При построении модели пользуются следующими ограничениями:
Шероховатость поверхностного слоя оценивалась высотой неровностей Rz по десяти точкам согласно ГОСТ 2789-73:
где 
- сумма высот пяти вершин шероховатого слоя; 
- сумма высот пяти минимальных впадин.
Программа, реализующая алгоритм, написана при помощи САПР MathCAD .
Удаляемый припуск разбивался на вертикальные слои, равностоящие друг от друга на величину Δ (до 1 мкм), и горизонтальные слои. Горизонтальные слои образованы пересечением вертикальных слоев с траекторией движения круга. После формирования профиля заготовки в начальном сечении, его перемещали на величину вертикального и горизонтального разбиения вплоть до окончательного формирования микрорельефа детали. На первом этапе формирование поверхности осуществлялось без учета хрупкого разрушения припуска сколом.
а втором этапе моделирования учитывали возможность появления сколов на поверхности заготовки. Вероятность появления скола материала керамики при его срезании алмазным зерном определяется структурой материала и величиной параметров резания. Так как силы резания на одном зерне зависят от сечения среза материала на нем, то можно предположить, что и средняя ширина скола будет зависеть от площади сечения среза зерном f з . При линейной зависимости силы от сечения среза можно предположить, что элементарная случайная функция ширины скола также имеет линейную зависимость от сечения среза. При наличии скола определяются его размеры. Для моделирования случайной дискретной величины, каковой является число сколов, нами был использован метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). В математической модели, разработанной в работе, появление скола моделировалось по закону Пуассона. Вероятность появления сколов определялась с помощью функции генерации случайных чисел по всем интервалам разбиения припуска, сумма которых составляет глубину резания.
Список литературы:
1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. –М.: Машиностроение, 1977 – 526с.
2. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин –М.: Машиностроение, 200 – 320с.
3. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. – Саратов: Издательство Саратовского университета, 1979. – 232с.
4. Гусев В.В. Повышение качества и долговечности изделий из керамики за счет применения прогрессивных схем шлифования // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Сборник научно-техн. трудов. - Донецк: ДонГТУ. - 1994. - Вып.1. - С.14-24.