In a paper the problems of creation and study of new diamond cutting perforated instrument with an internal intake of a cooling liquid for materials that are difficult to heat are considered.

    Современный уровень требований к производительности и качеству обработки приводит к необходимости применения инструментов с повышенной работоспособностью и износостойкостью. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет алмазное шлифование. Уникальные свойства синтетических алмазов: наивысший модуль упругости и твёрдости, высокая теплопроводность, низкий коэффициент трения, высокая режущая способность и химическая инертность создаёт предпосылки для дальнейшего научно-технического прогресса при обработке материалов шлифованием. Однако условия эксплуатации алмазного инструмента в большинстве случаев такие, что не позволяют полностью использовать потенциальные возможности алмазов.

    Развитие техники в настоящее время связано с созданием и освоением технологии обработки сталей и сплавов, так называемых труднообрабатываемых материалов с особыми физико-механическими свойствами, важнейшими из которых являются коррозионная стойкость в различных средах, жаропрочность и высокая механическая прочность. Наиболее распространёнными из труднообрабатываемых материалов являются титан и высокопрочные стали.

    Основной причиной низкой обрабатываемости труднообрабатываемых материалов является возникновение при их обработке больших сил и высоких температур в зоне контакта резания. Так при обработке жаропрочных сталей и сплавов силы резания в 1,5-3 раза больше, чем при обработке конструкционных термически обработанных сталей. Большие силы при резании деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов обусловливают большое количество теплоты, выделяющееся на единицу срезаемого объёма металла. Кроме того, большинство труднообрабатываемых сталей и сплавов имеют низкую теплопроводность, что приводит к возникновению высоких температур в зоне резания. При обработке деталей из титановых сплавов усадка стружки весьма мала и при определённых условиях происходит не усадка, а удлинение стружки. Это явление названо «отрицательной» усадкой стружки. Причиной малой усадки стружки при резании титановых сплавов является их низкая пластичность. Малая усадка обуславливает малую площадь контакта стружки и передней поверхности инструмента и большую скорость перемещения стружки по передней поверхности, что вызывает высокие контактные давления и температуру, температуры являются основной причиной низкой стойкости инструмента и необходимости использования малых скоростей резания при обработке труднообрабатываемых материалов.

    Установлено [1], что при шлифовании труднообрабатываемых материалов алмазным инструментом имеет место адгезионного взаимодействие микростружек с абразивным зерном. Налипание микростружки на абразивное зерно вследствие адгезии в условиях недостаточного смазывания фрикционного контакта СОТС и продуктами ее термодеструкции.

    Минимуму адгезионного взаимодействия металла и абразива соответствует применение смазочно-охлаждающего технологического средства с ионизационным потенциалом. Увеличение ионизационного потенциала происходит в ряду от водных СОТС к масляным. При этом в той же последовательности происходит повышение смачивающей способности и как, следствие улучшение транспортирования СОТС в контакте «зерно-металл». Проведенные экспериментальные исследования показали, что увеличение средства подаваемого в зону шлифования способствует уменьшению количества микростружек, налипающих на абразивное зерно, что объясняется повышением ионизационного потенциала жидкости вследствие термоактивции.

    Успешное решение сложных задач по совершенствованию подачи смазочно-охлаждающего средства в зону резания достигается за счет специального формообразующего инструмента. Новые методы обработки всегда вносят существенные поправки в конструкцию существующего инструмента и действующего оборудования, способствуя созданию их наиболее прогрессивных типов. Это является обязательным условием наибольшей эффективности применения новых методов обработки. В области алмазной обработки, создание и совершенствование инструмента является одним из направлений в расширении технологических возможностей процесса шлифования.

    Результатом выполненных исследований стало создание алмазных инструментов с режущей перфорированной поверхностью и с внутренним подводом СОТС непосредственно в зону резания [2]. Такой подвод обеспечивает теплоотвод от режущих элементов и создаёт эффект смазки зоне контакта, что обеспечивает снижение температуры в зоне резания 30-40%, уменьшает силы резания 1,2-2 раза, по сравнению с обычным стандартными кругами. Конструктивными особенностями кругов являются внутренняя полость, в которой находится технологическая жидкость отверстия, через которые в зону резания под давлением подаётся СОТС лопасти, расположенные во внутренней полости для повышения давления жидкости на выходе в зону резания.

    Экспериментальными исследованиями по определению работоспособности кругов с внутренним подводом СОТС, было установлено, что отверстия на рабочей поверхности инструмента должны располагаться равномерно, а их количество не должно превышать 30% от общей площади режущей поверхности, т.к. большее количество отверстий снижает стойкость и режущую способность инструмента. Наличие лопастей увеличивает давление жидкости на выходе из полости круга в зону резания на 50-^-70%, что позволяет уменьшить диаметр отверстий, не изменяя расход СОТС, тем самым повысить эффективность действия технологической жидкости.

Рис. 1. Перфорированный шлифовальный инструмент с внутренним подводом СОТС. 1- корпус, 2 - приемный стакан, 3 -лопасти, 4 - алмазоносный слой, 5 -внутренние отверстия для подвода СОТС, 6 - отверстия для подачи СОТС, 7 - полость

    Дополнительные исследования выявили, что при внутреннем подводе СОТС в зоне резания образуется гидродинамический клин с избыточным давлением, который облегчает съём металла, экранирует обрабатываемую поверхность от соприкосновений со связкой круга, способствуй снижению теплонапряжённости резания, снижает амплитуду колебании инструмента. Влияние гидродинамического клина на точность обработки не значительно [3].

    Снижение температуры в зоне шлифования инструментов с режущей перфорированной поверхностью и с внутренним подводом СОТС происходит за счет снижения плотности теплового потока q, уменьшение которой связано с уменьшением тангенциальной составляющей силы резания Рz, а также трения в зоне резания. Температуры, возникающие при работе разработанным инструментом, не превышают допустимых для титановых сплавов величин, поэтому структура поверхности деталей остается неизменной, а тепловые дефекты отсутствуют.

    Изучение зависимостей сил резания Ру, Pz от режимов обработки и характеристик инструмента показало, что при любых значениях глубины шлифования, скорости детали и скорости круга силы резания при шлифовании инструментом с режущей перфорированной поверхностью и с внутренним подводом СОТС значительно меньше, по сравнению с силами при обычном шлифовании. Причем эта разница на отдельных режимах может достигать 20-30%.

    Уменьшение сил резания при шлифовании такими кругами ооъясняется следующим образом. При плоском торцовом шлифовании круг работает неравномерно всей поверхностью: основной припуск снимается участком рабочей поверхности, прилегающий к наружному диаметру, она играет роль режущей кромки.

    В то же время наличие отверстий на рабочей поверхности при использовании инструментов с режущей перфорированной поверхностью имеет лучшие условия для работы алмазных зерен: не требует начального условия на их вдавливание, припуск между отдельными зернами распределяется более равномерно. Все это способствует снижению сил резания. Кроме того, при шлифовании особенно торцом, когда размеры впадин междужду зернами малы по сравнению с размерами контактной площадки, отвод стружки из зоны резания затруднен, Стружка скапливается в зоне контакта с обрабатываемым изделием и забивает поры. Круг засаливается и теряет режущую способность. При шлифовании инструментом с режущей перфорированной поверхностью и с внутренним подводом СОТС кромки отверстий соскребают стружку, и она смывается смазочно-охлаждающим технологическим средством, не забивая поры, интенсивность процесса засаливания резко снижается, режущие свойства круга сохраняются в течение длительного времени. Чем больше глубина шлифования и скорость детали, тем значительнее действие указанных факторов, что ведет к росту разницы сил резания при шлифовании сплошным кругом и перфорированным.

    Установлено, что при работе перфорированным инструментом с внутренним подводом СОТС с увеличением скорости круга до 25 м/с силы резания (Ру и Рz) независимо от глубины шлифования и скорости детали уменьшаются. Однако, в отличие от шлифования кругом со сплошной режущей поверхностью, при работе инструментом с режущей перфорированной поверхностью и с внутренним подводом СОТС эта зависимость имеет менее резко выраженный характер изменения.

    Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования показали, что шлифование перфорированным инструментом с внутренним подводом смазочно-охлаждающего технологического средства обеспечивает значительное повышение производительности и увеличение долговечности деталей из титановых сплавов, и позволили: - разработать методику моделирования многофакторного процесса шлифования перфорированным инструментом с внутренним подводом СОТС труднообрабатываемых титановых сплавов; - сделать выбор методов многокритериальной оптимизации моделей процесса резания и инструмента с использованием лексикографического, декомпозиционного метода последовательных приближений для получения реальных проектов инструмента и назначения оптимальных режимов резания.

    Опыт применения выше рассмотренного инструмента с подачей смазочно-охлаждающего технологического средства в зону резания для уменьшения трения и снижения теплонапряженности в зоне обработки труднообрабатываемых материалов показал, что новые технические решения в области абразивной обработки позволяют более рационально использовать материальные, сырьевые, трудовые и энергетические ресурсы.

    Список литературы:
1. Захаренко И.П. Алмазные инструменты и процессы обработки. Киев: Техника, 1980. 215с.
2. Патент РФ на изобретение № 2095227 / МПК 6 В 24 В 55/02, Д 7/10 Абразивный инструмент для плоского шлифования / Свитковский Ф.Ю., Иванова Т.Н., Осипова Т.И., Курко B.R /Россия/ Опубл. 10.11.1997. Бюл. № 31.
3. Юсупов Г.Х. и др. Расширение технологических возможностей алмазного шлифования. Ижевск: Удмуртия, 1990. 138с.