1. Ведение
В последнее время, наряду с высоким уровнем требований к шлифовальным системам, таким как шлифовальные центры и ультра-скоростные шлифовальные станки, предъявляются повышенные требования к изготовлению кругов из кубического нитрида бора [1-2].
В этой статье рассмотрены характеристики новых ультрадисперсийных порошков КНБ при их использовании в высокоскоростных инструментах при обработке стали. Эксперимент по обработке V-образного паза на плоскости, за один проход был проведен с использованием новых ультра-дисперсийных и традиционных порошков нормальной зернистости.
2. Свойства ультрадисперсного кристаллического порошка КНБ
На рисунке 1(а) изображен снимок нового поликристаллического КНБ, выполненный с помощью электронного микроскопа (SEM). Этот поликристаллический КНБ состоит из сверхтонких кристаллических зерен и его кристаллическая структура более мелкая, чем у обычного поликристаллического КНБ [3-4]. Далее будем обозначать это ультрадисперсный кристаллический КНБ как КНБ-У. На рисунке 1(б) представлена фотография обычного монокристаллического КНБ. Это обычное зерно используется для сравнения с КНБ-У и далее обозначается КНБ-Б1.
Испытания на прочность двух видов зерен КНБ размером 60/80 проводились с помощью оборудования, предназначенного для измерения силы разрушения одного зерна [4-5]. На диаграмме 2 приведены результаты испытаний на разрушение. Прочность КНБ-У выше в 3,7 раза, чем у КНБ-Б1.
3. Выполнение эксперимента
На рисунке 3 схематична показана иллюстрация эксперементальной установки для измельчения зерен. В этом эксперименте используется V-образная канавка глубиной а мм, угол которой составляет 60 и длина l мм, изготовленная на ровной поверхности. Подробная информация о режимах шлифования представлена в таблице 1. Глубина шлифования и скорость круга постоянны во времени и составляют А=1,5 мм, V=30 м/с соответственно. Для всех кубонитовых кругов была выбрана стекловидная связка, т.к. она обладает высокой правящей способностью. Размер зерна составляет 170/200 и концентрация 125. Правка шлифовального круга осуществлялась с помощью кристаллического блока с электролитическим обогащением (SD60P).
Заготовка выполнена из быстрорежущей инструментальной стали (SKH51/JIS). Силу шлифования определяли с помощью пьезо-электрическго динамометра (9257B/Kistler).
4. Результаты
Профиль зерна играет важную роль в изучении износа, поскольку радиальный износ влияет на точность обработки канавки. При изменении профиля круга, меняется и профиль канавки [6]. На рисунке 4 показан износ круга по краям V-образного профиля. Основные параметры износа профиля оцениваются путем наблюдения за профилем круга с помощью микроскопа. Объемный износ определяется по формуле:
где ds – диаметр колеса;
V – обьемный износ.
На рисунке 5 показаны изменения поперечного сечения профиля в ходе шлифования при использовании зерен КНБ-Б1 и КНБ-У. В процессе шлифования у обоих типов кругов наблюдается износ кромки на обеих боковых сторонах в ходе шлифования и изменение его колеблется от 0 до 2040 мм3. Однако, при использовании КНБ-У износ значительно меньше, чем у КНБ-Б1.
Основные три параметра, которые используются для оценки износа круга показаны на рис. 6. При шлифовании с использованием круга из КНБ-Б1 радиальный и объемный износ быстро увеличиваются от 0 до 2000 мм3, а затем наступает зона равномерного износа курга в диапазоне от 2000 до 6000 мм3. Но износ снова начинает быстро увеличиваться при достижении предела в 6000 мм3.
На рис. 7 показано сравнение удаленного объема металла в процессе шлифования с использованием кругов КНБ-Б1 и КНБ-У.
5. Выводы
В ходе исследования было установлено, что ультрадисперсионные порошки КНБ при скоростном шлифовании быстрорежущих сталей обладают более высокой стойкостью. Результаты можно разделить на:
1. При шлифованиис использованием кругов из КНБ-У радиальный износ значительно меньше и безперерывное шлифование может продолжаться в 4 раза дольше, чем при использовании КНБ-Б
2. При высокоскоростном шлифовании быстрорежущих сталей следует отдавать предпочтение кругам из КНБ-У, так как их износ профиля значительно меньше чем у обычных КНБ, а следовательно точность обработки выше.
1. S. Malkin: Current trends in CBN grinding technology. Ann CIRP, 34, 2 (1985) 557.
2. Y. Ichida, K. Kishi and Y. Suyama, J. Okubo: Study on creep feed grinding with CBN wheels –Characteristics of wheel wear -, J. Japan Soc. Prec. Eng., 55, 8 (1989) 138.
3. Y. Ichida, K. Kishi, M. Suzuki and T. Nikaido: Grinding characteristics of polycrystalline CBN abrasive grits having an ultra fine crystal structure. Trans. Japan Soc. Mech. Eng., 62, 595 (1996) 1169.
4. Y. Ichida and K. Kishi: The development of nanocrystalline CBN for enhanced superalloy grinding performance. ASME J. of Manufacturing Science and Engineering, 119, (1997) 110.
5. H. Yoshikawa and T. Sata: Fracture strength of abrasive grains. J. Japan Soc. Prec. Eng., 26, 8 (1960) 476.(1990).
6. C. Andrew, T. D. Howes and T. R. A. Pearce: Creep feed grinding, Eastbourne, Holt, Rinehart and Winston Ltd, (1985) 151.