Начиная с 1958…60 г.г. на кафедре
“Теории механической обработки и инструмента” (ныне "Инструментальная техника и технологии – МТ-2)
в МВТУ им. Н.Э.Баумана проводились исследования алмазного шлифования. Сначала инструментами из
природных алмазов, а начиная с1964 г. инструментами из отечественных синтетических алмазов, полученных
из Украинского института сверхтвердых материалов и Томилинского алмазно-абразивного завода. До 1985 г.
было выполнено более 20 научно-исследовательских работ в области алмазного шлифования, причем только
в одной из хоздоговорных тем было испытано 88 кругов различных характеристик, для которых потребовалось
более 5.000 карат синтетических алмазов. Результаты этих работ были использованы при разработке стандартов
на алмазный и эльборовый инструмент в части технических требований и Всесоюзных методик определения износа
и режущих свойств алмазно-абразивного инструмента в лабораторных условиях.
При отработке этих методик были спроектированы и
изготовлены ряд приборов и стендов, хорошо зарекомендовавших себя при исследовании круглого и
плоского шлифования. Эти разработки нашли широкое применение в других исследовательских лабораториях,
в том числе и за рубежом, где они были изготовлены по чертежам, разработанным на кафедре.
На основе выполненных работ сформировалась общепринятая терминология в области абразивной обработки и абразивного инструмента. Результаты научных исследований были доложены на восьми научно-технических конференциях Всесоюзного и международного уровня. Было получено 9 авторских свидетельств на устройства для измерений отдельных параметров, на абразивную массу для изготовления шлифовальных кругов и на способы их изготовления.
По данным, полученным в результате выполнения одной из хоздоговорных тем, было показано, что сила – наиболее важный параметр, определяющий физическую сущность процесса шлифования. Нормальная составляющая силы резания является причиной внедрения алмазного зерна в обрабатываемый материал, под действием тангенциальной составляющей совершается работа срезания слоя, упругое деформирование материала и работа трения контактных поверхностей.
Работа сил резания и сил трения при шлифовании в основном превращается в теплоту, а рабочая температура алмазного круга прямо пропорциональна силе резания. Поэтому нормальная и тангенциальная составляющие силы резания, наряду со скоростью относительного перемещения и характеристикой контактирующих поверхностей, определяют производительность шлифования, износ круга, температуру на поверхности шлифования, шероховатость обработанной поверхности и структурное состояние материала заготовки.
Опыты, проведенные в лаборатории кафедры, показали, что при алмазном шлифовании твердых сплавов между минутным съемом твердого сплава и нормальной силой существует почти прямо пропорциональная зависимость. Было также экспериментально доказано, что минутный съем твердого сплава, отнесенный к нормальной составляющей силы резания, является критерием режущей способности алмазного круга. Величины составляющих силы резания при алмазном шлифовании зависят от физико-механических свойств обрабатываемых материалов, режимов шлифования, характеристики алмазного круга и других условий шлифования.
Экспериментальные исследования этих зависимостей при шлифовании твердых сплавов, ферритов, кварца, керамики, полупроводниковых и других материалов позволили установить оптимальные режимы шлифования и характеристики шлифовальных кругов, обеспечивающие необходимые технологические требования к обрабатываемому изделию при достижении высокой производительности и экономичности обработки.
Для комплексных испытаний алмазно-абразивного инструмента были созданы испытательные стенды на базе заточного, плоскошлифовального и круглошлифовального станков. Все они были оснащены силоизмерительными устройствами (динамометрами) оригинальной конструкции (рис.1) с чувствительными элементами в виде колец с наклеенными на них тензодатчиками.
Рисунок 1 - Принципиальная схема динамометра.
Диапазоны измеряемых сил от 2,5 до 250 Н при жесткости от 1200 до 5600 Н/мм и собственной частоте 220…230 Гц. Тензометрическая станция, к которой подключались динамометры, имела усилитель с блоком питания, фильтр, осциллограф с записью на ультрафиолетовую бумажную ленту, счетчик импульсов, счетно-импульсную схему и реле времени, позволяющие через определенное число циклов автоматически фиксировать составляющие силы резания при шлифовании и крутящие моменты. Стенды позволяли вести испытания, как с постоянной нагрузкой, так и с постоянной интенсивностью съема материала
Кроме измерения составляющих силы резания и крутящих моментов на стенде было реализовано измерение температур в зоне резания с использованием инфракрасного излучения из зоны шлифования через канал предварительно образованный в теле абразивного инструмента. Для фиксации инфракрасного излучения был спроектирован и изготовлен прибор (рис.2), оснащенный охлаждаемым жидким азотом фотосопротивлением на основе селенистого индия.
Рисунок 2 - Принципиальная схема динамометр
где 1-пятно инфракрасного излучения с поверхности шлифуемого образц;
2,3,4-плоские зеркала наружного отражения; 5-диафрагма; 6-вогнутое зеркало; 7-модулятор; 8,10-привод модулятора;
9-ручной привод для тонкой настройки; 11-емкость с жидким азотом; 12-баллон; 13-датчик приемника инфракрасного излучения;
14-шлифовальный круг; 15-шлифуемые образцы.
Прибор устанавливался на стенде и имел тонкую регулировку для точного совмещения оптической оси прибора и отверстия в шлифовальном круге, для получения максимального сигнала теплового излучения с поверхности шлифуемого образца. Прибор позволял измерять температуры от 100 до 1000°С.
Существенный вклад внесла кафедра в методику и приборное оснащение измерения размерного износа и определения удельного расхода сверхтвердых абразивных материалов. Начиная от метода измерения массы изношенного алмазного круга и обоснования его неэффективности; координатного метода с использованием оптического вертикального длинномера с ценой деления 1 мкм, что значительно повышает точность измерений и позволяет сократить продолжительность опыта. И, наконец, метод профилографирования режущей поверхности алмазного круга до и после шлифования, что еще больше позволяет повысить точность, сократить время эксперимента и расходные материалы (алмазный круг и шлифуемые образцы). На один из таких приборов, позволяющий записывать рабочий профиль шлифовального круга непосредственно на заточном станке, было получено авторское свидетельство.
На кафедре была разработана методика определения удельного расхода синтетических алмазов и кубического нитрида бора, предусматривающая определение содержания абразивных зерен в шламе с последующей гранулометрической обработкой рекуперированного абразива. Для определения влияния шлифуемого материала, характеристик круга и режима шлифования на расход абразива введена относительная величина – удельный расход материала абразива по шламу qш (отношение массы рекуперированного абразива Мар к массе шлама Мш, подвергнутого рекуперации).
Исследования по этой методике позволяют установить некоторые закономерности механизма износа алмазного круга и обосновывают возможность повторного использования абразивных порошков. Методика имеет ряд преимуществ перед методиками определения удельного расхода абразива, основанными на расчете массового содержания абразивных зерен в объеме изношенной части инструмента за период опыта. Отпадает необходимость снимать круг со станка перед началом и по окончании опыта, в его чистке, сушке и взвешивании или измерении его размеров. Методику можно использовать для испытания инструментов любых размеров с простым и сложным профилем. Результаты этих исследований были использованы для создания новых композиций алмазсодержащего слоя и выбора рациональных условий шлифования.
На протяжении многих лет кафедра работала над созданием методики и приборов для исследования рельефа режущей поверхности абразивных инструментов. Такие исследования позволяют получить важную информацию о режущей способности шлифовального круга, дают геометрические параметры рельефа рабочей поверхности. Кафедра является пионером профилографирования режущей поверхности шлифовальных кругов. Проведенные в 1957-1958 гг. исследования в этой области опережают подобные работы, выполненные другими авторами, в том числе и за рубежом.
Вся эта огромная работа, проводившаяся в течение более 25 лет, была выполнена большим коллективом сотрудников, принадлежащих к самым разным поколениям – от убеленных сединой до самых юных представителей нашего замечательного студенчества. Все работы выполнялись под общим руководством профессора, доктора технических наук, заведующего кафедрой Грановского Герберта Ивановича.
Непосредственное руководство работами осуществлял доцент, ныне профессор, кандидат технических наук Попов Сергей Александрович. Организатором работ и главным конструктором являлся доцент Николай Петрович Малевский. Исполнителями работ были штатные сотрудники кафедры: Л.М.Терещенко, В.С.Булошников, Ю.М.Мясников, В.Г.Виноградов, А.Н.Логинов, М.И.Шестаков; аспиранты: В.М.Давыдов, Л.К.Лукашев, Л.С.Соколова, Г.Т.Ершова, В.А.Понайоти, Н.В.Баринова, Л.С.Сенченкова; студенты: В.В.Кузнецов, В.В.Белодед, А.А.Гоов, Т.Д.Чарикова, Г.А.Башура, В.П.Тимохин, М.М.Коломин.
Материалы научных исследований легли в основу восьми кандидатских диссертаций, выполненных вышеперечисленными сотрудниками
