РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КРУГОВ ИЗ КНБ ПРИ ШЛИФОВАНИИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ.

«Сверхтвердые абразивные материалы в инструментальном производстве» / И. П. Захаренко - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985.-152с.

      В механизме резания зерном из алмаза и кубического нитрида бора много общего. Поверхность зерен этих сверхтвердых материалов имеет высокоразвитый рельеф. Поэтому в работе ими постоянно участвуют несколько режущих кромок, которые оставляют следы на обработанной поверхности, следы отдельных режущих кромок периодически обрываются, затем появляются новые, что свидетельствует о хрупком разрушении и самозатачивании зерен. При работе зернами электрокорунда и карбида кремния такие явления на наблюдаются.

      Наряду с общностью механизма резания при шлифовании различных инструментальных материалов между алмазом и КНБ существуют и различия. При обработке быстрорежущей стали круги из КНБ обладают более высокой режущей способностью, износостойкостью и производительностью, чем алмазные круги, и, наоборот, при шлифовании твердых сплавов и микрокерамики они менее работоспособны, чем алмазные. Такие особенности процесса шлифования вызваны различными формами зерен, свойствами и характером взаимодействия этих сверхтвердых материалов со сталью.

      Алмаз и КНБ относятся к различным видам кубической сингонии. Алмаз, имеет форму октаэдра, кубооктаэдра или куба с достаточно совершенными гранями. Среди зерен КНБ, представляющих собой тетраэдры, октаэдры, комбинации положительных отрицательных тетраэдров, встречаются сростки кристаллов, ограненные частично. В процессе получения β-ВН крупной зернистости возможно округление зерен. Зерна округлой формы без четких граней встречаются больше, чем у алмаза, радиусы округления ρ и углы при вершинах зерен ε повышают долю пластической деформации в общей работе резания, в результате чего растут силы резания, температура и снижается износостойкость кругов. Этому же способствует и меньшая твердость КНБ. Поэтому при обработке твердого сплава, минералокерамики и других твердых хрупких материалов работоспособность КНБ значительно ниже, чем алмаза (рис.40). При обработке инструментальных сталей, особенно быстрорежущих, наоборот, интенсивность съема кругами из КНБ в 5-6 раз выше, а износостойкость в 5-10 раз ниже, чем алмазными. Это объясняется тем, что β-ВН , как бор В и азот N, менее склонны к химическому взаимодействию по сталью и между ними не происходит адгезионного схватывания.

      Рис.40. Зависимость суммарного съема инструментальных материалов от продолжительности шлифования- кругами КР160/125 и АСО160/125: круг АЧК125х10-Б1-100%; V_k=25 м/с; р=0,1 МПа; F=60мм₂; без охлаждения;

      В результате снижаются силы резания и температура, обеспечивается высокая режущая способность и износостойкость кругов. С повышением режимов резания эффективность КНБ по сравнению с алмазом повышается, так как наряду инертною к химическому взаимодействию со сталью сказывается, и высокая термостойкость кубического нитрида бора. При тонком шлифовании инструмента из быстрорежущей стали эффективность КНБ снижается. Это необходимо учитывать при определении области применения алмазов кубического нитрида бора: на тонких доводочных режима резания, где преимущество КНБ незначительно, следует применять алмазные: круги, которые дешевле, чем круги из КНБ, и дают меньшую шероховатость обработанной поверхности. Наличие в быстрорежущих сталях Р14Ф4 и Р10К5Ф5 карбидов ванадия с высокой твердостью снижает интенсивность съема при шлифовании кругами из КНБ по сравнению с обработкой стали Р18 (рис.40).

      Шероховатость поверхности, обработанной кругами из КНБ, несколько больше по сравнению о алмазной, обработкой. Это объясняется большей округлостью и агрегатностью строения зерен КНБ, профиль которых образуется в результате выхода отдельных агрегатов. При этом съем металла производится не только «передней поверхностью» но, и «боковыми гранями», в зависимости от того, как расположены выступающие агрегаты. При положительных передних углах отдельных агрегатов происходит отделение стружки, при отрицательных - как срез, так и выдавливание .металла. В целом зерна распахивают или отделяют стружку по-разному без какой-то закономерности. Износ таких, зерен происходит в результате .микросколов при постоянном самозатачивании его поверхности.

      Характерная особенность КНБ - менее активное наростообразование на его зернах при шлифовании сталей. При обработке металлов наросты образуются на зернах алмаза и кубического нитрида бора, величина которых зависит от обрабатываемого материала, прочности зерен, режимов резания и т.д. Однако, если нарост обрабатываемого материала образуется на всех алмазных зернах, то на зернах КНБ только на их части (≈ 30-40%), или наросты очень малы, а засаливании шлифовального инструмента, не наблюдается. Это связано с различной степенью химического сродства алмаза и КНБ к железу. Интенсивность, налипания металла на вершины зерен заметно уменьшается при шлифовании с охлаждением, из-за того, что жидкость снижает адгезию металла к зерну и механически удаляет образовавшиеся налипы.

      Вид, характер и интенсивность износа зерен кубического нитрида бора при шлифовании инструментальных сталей (Р18, ХВГ и др.) зависят от температуры резания, давления, среды, свойств обрабатываемого материала и других факторов, определяющих физико-химические явления, происходящие в зоне резания. Главный фактор - температура, от которой зависят термическая диссоциация (с выделением атомарных В и N), окисление, интенсивность, образования борного ангидрида В₂O₃, а также фазовые превращения КНБ. При температурах примерно до 550°С условия окисления КНБ затруднены, образующаяся при этом пленка В₂O₃ не имеет сплошности, поэтому превалируют абразивно-механический износ зерен и адгезионные явления, что увеличивает коэффициент трения, силы резания и снижает износостойкость шлифовального инструмента. Вследствие невысоких температур диффузионные явления в зоне резания не могут интенсивно развиваться и влиять на износ КНБ. При повышении температуры в зоне резания образуется тонкая глазурная, прочно связанная с зерном сплошная "самозатачивающая" пленка расплавленного борного ангидрида В₂O₃ которая и предотвращает развитие диффузионного износа, что значительно уменьшает коэффициент трения, силы резания и износ КНБ.

      Наиболее рационально применение КНБ в условиях, образования «самосмазывающей» плёнки оптимальной толщины, близкой к мономолекулярной, состоящей из борного ангидрида В₂O₃ и гексагонального графитоподобного нитрида бора. Образованние составляющих пленки можно осуществлятъ: управлением образования В₂O₃ при наложении направленного электрического поля без применения СОМЖ; получением КНБ необходимого типа проводимости при его синтезе или поликристаллического КНБ равномерной мелкодисперсной структуры с большим содержанием β-ВН; подбором. СОМЖ, интенсивностью и способом подачи ее в зону резания (в данном случае рекомендуются масла, насыщенные окислителями, которые не растворяют углерод, что способствует образованию гексагонального нитрида бора). Пленка снижает силы резания и повышает износостойкость шлифовального инструмента из КНБ. Так, наложение постоянного электрического поля напряженностью около 3000 В/м при шлифовании без осаждения инструмента из быстрорежущей стали кругами на нетокопроводящих связках снижает удельный расход КНБ в 2-2,4 раза.

      При дальнейшем увеличении температуры в зоне резания интенсифицируется окисление, термическая диссоциация и кристаллографические превращения КНБ, испарение В₂O₃ и другие процессы, а в составе пленки появляется больше гексагонального нитрида бора, толщина пленки увеличивается. Все это, несмотря на некоторое снижение коэффициента трения, увеличивает силы резания и износ зерен. КНБ. Диффузионные явления при этом практически отсутствуют.

      Высокая жесткость и относительно низкая прочность КНБ на сжатие в сочетании с высокой режущей способностью способствуют резкому уменьшению деформации поверхностного слоя затачиваемого инструмента, сил и температуры резания. Более высокая, чем у обычных абразивов, теплопроводность обеспечивает интенсивный отвод тепла, возникающий в процессе шлифования, от рабочей поверхности зерен КНБ. В результате снижается температура резания.

      Таким образом, КНБ (кубонит, эльбор) значительно превосходит обычные абразивные материалы (электрокорунд, карбид кремния) по твердости, износостойкости, абразивной способности, теплопроводности и химической стойкости, т.е. по всем основным свойствам, определяющим качество и работоспособность любого инструментального материала, в том числе и абразивного.

      Наряду о КНБ за последнее время намечается тенденция, шлифования и заточки инструмента из быстрорежущих сталей алмазными кругами, так как созданы новые органические, металлические связки и алмазы с различными свойствами и покрытиями. Алмазная обработка быстрорежущего инструмента позволит снизить затраты на шлифовальные круги. Как показано в работе А. А. Сагарда и др.[47], область и эффективность применения синтетических сверхтвёрдых материалов при шлифований сталей зависят от условий контактирования с обрабатываемой деталью, т.е. вида шлифования, так как на работоспособность кругов из этих материалов большое влияние оказывает длина, контакта абразивного, зёрна с обрабатываемым материалом. При шлифовании закаленных сталей Р18 и ШК15 60-64 HRC торцом АЧК125Х5 на металлической связке М016, т.е. при большой длине контакта, применение алмазов нецелесообразно из-за интенсивного теплового износа зерен. В этом случае неоспоримо, преимущество кругов из кубонита. Увеличение длины контакта зерна с обрабатываемым материалом повышает температуру резания и интенсифицирует износ, вызывает образование на них площадок износа. В результате этого составляющие усилия резания резко возрастают, и поэтому превалирующий вид износа алмазных кругов выпадание зерен из связки. Кубонит в значительно меньшей степени подвержен тепловому воздействию и его износ характеризуется механическим разрушением зёрен.

      При наружном круглом шлифовании, когда длина контакта отдельного зёрна значительно меньше, решающим фактором, определяющим интенсивность и характер износа, является прочность режущих зерен. При круглом шлифовании превалирует механическое разрушение режущих граней, которое тем меньше, чем выше прочность зерен. В связи с этим при одинаковых условиях шлифования удельный расход алмазов АСВ особенно АСК меньше, чем кубонита (рис.41). По сравнению о кругами из электрокорунда круглое наружное шлифование стали Р12Ф5М кругами из синтетических алмазов повышает производительность обработки в 6 раз и снижает общие затраты в 2,3 раза (рис.42).

      Производственные испытания и внедрение круглого наружного шлифования инструмента из быстрорежущих сталей Р12Ф5М Р12РЗК10МЗ кругами из синтетических алмазов показало высокую их эффективность. Например, шлифование сверл диаметром 6-10 мм алмазными кругами АПП350х25 из алмазов АСК160/125 на связке М016 100%-й концентрации позволило повысить производитёльность обработки в 4-6 раз, и обработать одним кругом 80 тыс. сверл. Если при шлифовании обычными абразивами подналадка станка на нужный размер производилась 20-30 р в смену, то при алмазном шлифований вследствие малого линейного износа круга подналадка производилась не чаще чем 1 раз в смену. Это позволило значительно, повысить точность обрабатываемых изделий. Экономический эффект доставил 2,8 тыс.р. на один круг, или 5,5 р. на 1 карат синтетических алмазов.