Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали
Разработаны и испытаны шлифовальные круги из кубического нитрида бора на керамических связках, в которых содержание зерна изменялась от 25 до 12,5 % объема рабочего слоя инструмента (концентрация 100 и 50 % соответственно). Установлено, что при внутреннем шлифовании втулки из закаленной стали круги...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126131 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали / В.К. Старков, Е.Г. Полканов // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 6. — С. 73-80. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126131 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Старков, В.К. Полканов, Е.Г. 2017-11-15T18:03:37Z 2017-11-15T18:03:37Z 2014 Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали / В.К. Старков, Е.Г. Полканов // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 6. — С. 73-80. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126131 21.922.025 Разработаны и испытаны шлифовальные круги из кубического нитрида бора на керамических связках, в которых содержание зерна изменялась от 25 до 12,5 % объема рабочего слоя инструмента (концентрация 100 и 50 % соответственно). Установлено, что при внутреннем шлифовании втулки из закаленной стали круги с пониженной концентрацией кубического нитрида бора обеспечивают более высокую производительность обработки и удельный расход абразива до 2,5 раз меньший, чем инструмент 100 %-ной концентрации. Розроблено та випробувано шліфувальні круги з кубічного нітриду бору на керамічних зв’язках, в яких вміст зерна змінювався від 25 до 12,5 % обсягу робочого шару інструменту (концентрація 50 і 100 % відповідно). Встановлено, що при внутрішньому шліфуванні втулки з загартованої сталі круги зі зниженою концентрацією кубічного нітриду бору забезпечують більш високу продуктивність обробки і питому витрату абразиву до 2,5 разів меншу, ніж інструмент 100 %-ної концентрації. Developed and tested grinding wheels from cubic boron nitride with ceramic ligaments in which the content of grain varied from 25 to 12,5 % of volume of the worker-layer tool. It is established that for internal grinding bushes made of hardened steel wheels with low concentration of boron nitride ensures higher productivity and specific consumption of abrasive up to 2,5 times less than the tool with 100 % concentration. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Исследование процессов обработки Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали Investigation of the efficiency of tools with a decreased concentration of cubic boron nitride in grinding hardened steel Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали |
| spellingShingle |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали Старков, В.К. Полканов, Е.Г. Исследование процессов обработки |
| title_short |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали |
| title_full |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали |
| title_fullStr |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали |
| title_full_unstemmed |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали |
| title_sort |
исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали |
| author |
Старков, В.К. Полканов, Е.Г. |
| author_facet |
Старков, В.К. Полканов, Е.Г. |
| topic |
Исследование процессов обработки |
| topic_facet |
Исследование процессов обработки |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Investigation of the efficiency of tools with a decreased concentration of cubic boron nitride in grinding hardened steel |
| description |
Разработаны и испытаны шлифовальные круги из кубического нитрида бора на керамических связках, в которых содержание зерна изменялась от 25 до 12,5 % объема рабочего слоя инструмента (концентрация 100 и 50 % соответственно). Установлено, что при внутреннем шлифовании втулки из закаленной стали круги с пониженной концентрацией кубического нитрида бора обеспечивают более высокую производительность обработки и удельный расход абразива до 2,5 раз меньший, чем инструмент 100 %-ной концентрации.
Розроблено та випробувано шліфувальні круги з кубічного нітриду бору на керамічних зв’язках, в яких вміст зерна змінювався від 25 до 12,5 % обсягу робочого шару інструменту (концентрація 50 і 100 % відповідно). Встановлено, що при внутрішньому шліфуванні втулки з загартованої сталі круги зі зниженою концентрацією кубічного нітриду бору забезпечують більш високу продуктивність обробки і питому витрату абразиву до 2,5 разів меншу, ніж інструмент 100 %-ної концентрації.
Developed and tested grinding wheels from cubic boron nitride with ceramic ligaments in which the content of grain varied from 25 to 12,5 % of volume of the worker-layer tool. It is established that for internal grinding bushes made of hardened steel wheels with low concentration of boron nitride ensures higher productivity and specific consumption of abrasive up to 2,5 times less than the tool with 100 % concentration.
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126131 |
| citation_txt |
Исследование работоспособности инструмента с пониженной концентрацией кубического нитрида бора при шлифовании закаленной стали / В.К. Старков, Е.Г. Полканов // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 6. — С. 73-80. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT starkovvk issledovanierabotosposobnostiinstrumentasponižennoikoncentracieikubičeskogonitridaboraprišlifovaniizakalennoistali AT polkanoveg issledovanierabotosposobnostiinstrumentasponižennoikoncentracieikubičeskogonitridaboraprišlifovaniizakalennoistali AT starkovvk investigationoftheefficiencyoftoolswithadecreasedconcentrationofcubicboronnitrideingrindinghardenedsteel AT polkanoveg investigationoftheefficiencyoftoolswithadecreasedconcentrationofcubicboronnitrideingrindinghardenedsteel |
| first_indexed |
2025-11-26T15:21:42Z |
| last_indexed |
2025-11-26T15:21:42Z |
| _version_ |
1850626256677109760 |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 73
Исследование процессов обработки
УДК 621.922.025
В. К. Старков, Е. Г. Полканов (г. Москва, Россия)
v.starkov@stankin.ru
Исследование работоспособности
инструмента с пониженной концентрацией
кубического нитрида бора при шлифовании
закаленной стали
Разработаны и испытаны шлифовальные круги из кубического
нитрида бора на керамических связках, в которых содержание зерна изменялась
от 25 до 12,5 % объема рабочего слоя инструмента (концентрация 100 и 50 %
соответственно). Установлено, что при внутреннем шлифовании втулки из
закаленной стали круги с пониженной концентрацией кубического нитрида бора
обеспечивают более высокую производительность обработки и удельный расход
абразива до 2,5 раз меньший, чем инструмент 100 %-ной концентрации.
Ключевые слова: шлифовальные круги из cBN, внутреннее шли-
фование, концентрация кубического нитрида бора.
ВВЕДЕНИЕ
Структура шлифовальных кругов из корунда и карбида крем-
ния является важным параметром их работоспособности. При повышении
номера структуры с сопутствующим снижением объемного содержания абра-
зива в инструменте уменьшаются усилия, температуры шлифования и расход
абразива. Благоприятная термодинамика процесса съема материала способст-
вует формированию поверхностного слоя обработанных деталей с мини-
мальным наклепом и наведением сжимающих остаточных напряжений и,
соответственно, повышению их эксплуатационных свойств [1–3].
При шлифовании, например, магнитотвердых материалов повышение но-
мера структуры электрокорундового круга с 10 до 14 обеспечило снижение
составляющих силы резания более чем в 2 раза. На операциях глубинного
шлифования хвостовиков турбинных лопаток из жаропрочных никелевых
сплавов повышение структуры инструмента позволило повысить производи-
тельность обработки до 2,7 раз и снизить затраты на абразив в 2,5 раза. При
обработке кругом с 12-ой структурой температура в зоне шлифования нике-
левых сплавов и закаленных сталей снижается на 300–400 град в сравнении с
обработкой кругом 5-ой структуры [4, 5].
© В. К. СТАРКОВ, Е. Г. ПОЛКАНОВ, 2014
www.ism.kiev.ua/stm 74
Эффективность применения высокоструктурного абразивного инструмен-
та обусловлена не только пониженным содержанием зерна, но и связанной с
этим повышенной пористостью. Объемная и поверхностная пористость ста-
новится дополнительным фактором повышения работоспособности высоко-
структурного инструмента, так как способствует охлаждению зоны резания и
складированию образующейся стружки, препятствуя “засаливанию” рабочей
поверхности.
Положительный опыт уменьшения объемной концентрации кубического
нитрида бора (cBN) с 25 до 17 % приведен в [6], где описаны результаты соз-
дания и испытания инструмента на керамической связке для эффективного
шлифования без охлаждения. Инструментом с пониженной концентрацией
cBN удалось реализовать процесс врезного шлифования, имитирующий об-
работку кулачков из закаленной стали распределительных валов автомобиль-
ных двигателей, с энергопотреблением до 30 % меньше, чем при шлифовании
с обильным охлаждением.
В данной статье приведены результаты разработки и применения инстру-
мента из кубического нитрида бора с пониженной его концентрацией для
наиболее приоритетных и наиболее распространенных операций шлифования
деталей из закаленных сталей с охлаждением.
Успешность решения задачи создания такого инструмента безусловно бу-
дет способствовать расширению области его эффективного применения на
операциях профильного шлифования сложнофасонных деталей: зубчатых
колес, протяжек, лопаток турбин и компрессоров и др. Для таких операций
сохраняется актуальность проблемы экономного и ускоренного профилиро-
вания рабочей поверхности кругов из cBN алмазными роликами, трудоем-
кость которой может достигать двух и более часов, а затраты на правку – до
70 % от себестоимости операции шлифования.
УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Были разработаны и изготовлены шлифовальные круги из кубического
нитрида бора высокой прочности (ЛКВ) торговой марки “Эльбор” зернисто-
стью В151 (160/125) на керамической связке К27. В предложенных для испы-
таний рецептурных составах с объемным содержанием cBN от 25 до 12,5 %
были использованы идеи и рекомендации, содержащиеся в [7, 8].
Обычно в состав рабочего слоя, который представляет собой композицию
cBN–абразивный наполнитель–керамическая связка, вводят в технологиче-
ских целях наполнитель в виде зерен карбида кремния или электрокорунда в
количестве близком к содержанию cBN. Чтобы уменьшить долю участия
абразивного наполнителя в шлифовании, рекомендуется [8] существенно
уменьшить его зернистость – на 4–6 номеров меньше зернистости кубическо-
го нитрида бора.
Чтобы уменьшить концентрацию и, соответственно, увеличить пористость
рабочего слоя кругов из cBN, в его состав вводили различные порообразова-
тели, как выгорающие (молотые фруктовые косточки), так и невыгорающие в
виде алюмосиликатных микросфер.
Для испытаний были изготовлены круги типоразмера 1А1 50×8×16 с вы-
сотой рабочего слоя 5 мм. Корпус круга состоял из смеси электрокорунда
белого марки 24А зернистостью F180 и карбида кремния зеленого марки 63С
зернистостью F150 на связке K27. Технология изготовления кругов была
одинаковой для всех составов и соответствовала общепринятой для произ-
водства кругов из cBN на керамических связках.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 75
Твердость рабочего слоя после спекания определяли на твердомере Рок-
велла методом вдавливания шарика в соответствии с ГОСТ Р 52587–2006 и
ГОСТ Р 53923–2010 (ISO 22917:2004).
Было исследовано шесть составов эльборовых композиций, в том числе
стандартный состав эталонного круга. Расчетная пористость кругов была
увеличена с 47 % для эталонного круга 100 %-ной концентрации до 58 % у
нового инструмента. Степень твердости опытных кругов была M, эталонного
круга – на границе N–O (44 HRC).
В таблице приведены основные компоненты состава и твердость рабочего
слоя исследованных кругов, а также данные эталонного образца шлифоваль-
ного круга из cBN (п. 1). Из представленных данных следует, что при умень-
шении концентрации cBN твердость также уменьшается. Причем уменьше-
ние твердости коррелирует с увеличением пористости рабочего слоя круга:
при увеличении объемного содержания пор до 23 % средняя твердость об-
разцов уменьшилась почти на 50 %.
Состав, концентрация и твердость рабочего слоя кругов из cBN
Объемное содержание, % № п/п
cBN связка поры
Концентрация
cBN, %
Твердость
HRC
1
2
3
4
5
6
25,0
18,75
18,75
15,0
12,5
12,5
6,5
7,0
8,0
8,0
7,0
8,0
47
56
58
55
55
54
100
75
75
60
50
50
44
32
24
30
29
33
Наблюдаемое снижение твердости зафиксировано при более высоком со-
держании керамической связки, а соответственно, и пористости (см. табли-
цу). Этот факт является дополнительным свидетельством влияния пористости
на твердость рабочего слоя инструмента.
Действующие стандарты по оценке твердости учитывают связь показаний
твердомера только с зернистостью абразива, не учитывая влияние концен-
трации cBN и пористости связки. Поэтому выявленная взаимосвязь твердости
и пористости является фактором их косвенного влияния на работоспособ-
ность шлифовальных кругов с пониженной концентрации кубического нит-
рида бора.
Испытания опытных высокопористых кругов из cBN проводили при внут-
реннем шлифовании на станке мод. TST 250-4R фирмы “Tripet”, Швейцария.
Обрабатывали втулки из закаленной стали ХВГ (60 HRC ) с наружным диа-
метром 120 мм, шириной 24,8 мм, с исходным диаметром отверстия 56,3 мм.
Втулки крепили в специальной оправке на шпинделе станка. Обработку по
схеме маятникового шлифования с охлаждением масляной эмульсией прово-
дили на постоянном режиме: скорость круга – 30 м/с, скорость вращения
детали – 25 м/мин, скорость продольного перемещения круга – 400 мм/мин.
Характеристики работоспособности инструмента фиксировали при двух зна-
чениях глубины шлифования на один ход круга – 0,002 и 0,005 мм.
С каждой втулки кругом одной характеристики при постоянной глубине
шлифования удалялся припуск, равный 1 мм на диаметр. Время удаления
припуска в опыте составляло 15,5 мин при глубине шлифования 0,002 мм и
6,2 мин при 0,005 мм. Испытания для каждого круга повторяли 3 раза.
www.ism.kiev.ua/stm 76
Правку кругов перед обработкой втулки осуществляли алмазным обкат-
ным роликом со скоростью вращения 20 м/с и скоростью продольного пере-
мещения 600 мм/мин за два прохода.
В процессе испытаний внутренний диаметр кольца измеряли с помощью
нутромера с цифровой индикацией Imicro Tesa type 61.30011. Диаметр шли-
фовального круга фиксировали при помощи микрометра с ценой деления
1 мкм в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяли как
среднее из двух значений [9].
Шероховатость обработанной поверхности отверстия детали после шли-
фования определяли с помощью портативного прибора Mitutoyo SJ-201.
Работоспособность инструмента оценивали по изменению скорости съема
материала Qw (мм3/мин) и скорости изнашивания рабочего слоя круга Qs
(мм3/мин), удельного расхода cBN q (мг/г), а также шероховатости обрабо-
танной поверхности по параметру Ra (мкм).
Количественную оценку характеристик работоспособности разработан-
ных абразивно-керамических композиций на основе cBN проводили по об-
щепринятой методике с учетом рекомендаций по определению удельного
расхода q [8, 10]. Расчеты значений Qw, Qs и q выполняли по изменению фак-
тических размеров отверстия детали и наружного диаметра круга с точно-
стью до 1 мкм.
Полученные опытные данные статистически обрабатывали по рекоменда-
циям [11, 12], а результаты корреляционного и регрессионного анализов ис-
пользовали для объяснения выявленных закономерностей и построения гра-
фиков. Регрессионные модели связи получены в виде нелинейных логариф-
мических полиномов для выявления возможных экстремумов.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 показаны зависимости скорости съема материала Qw от объем-
ного содержания cBN в рабочем слое круга для двух (0,002 и 0,005 мм) зна-
чений глубины шлифования при принятых постоянных условиях обработки.
В обоих вариантах обработки отмечена общая закономерность изменения
скорости съема материала Qw от содержания cBN Vz с наличием экстремаль-
ных значений скорости съема материала при объемном содержании cBN в
рабочем слое инструмента равном 15 % (концентрация – 60 %).
100
150
200
250
300
350
400
450
500
12 14 16 18 20 22 24
1
V
z
, %
Q
w
, мм
3
/мин
2
Рис. 1. Влияние объемного содержания сBN в рабочем слое инструмента на скорость
съема материала при глубинах шлифования 0,002 (1) и 0,005 (2) мм.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 77
Разница между максимальным и минимальным значениями Qw при Vz =
25 % (концентрация 100 %) при двух глубинах шлифования практически
одинакова и составляет 21 % при t = 0,002 мм и 22 % при t = 0,005 мм.
После оценки скорости изнашивания шлифовальных кругов также выяв-
лена экстремальная зависимость Qs от относительного содержания cBN в
рабочем слое инструмента (рис. 2). При шлифовании с глубиной 0,002 мм
минимальная скорость изнашивания в 0,27 мм3/мин была зафиксирована у
круга 100 %-ной концентрации cBN, которая в 1,44 раз была меньше, чем у
круга с Vz = 15 %.
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
12 14 16 18 20 22 24
1
V
z
, %
Q
s
, мм
3
/мин
2
Рис. 2. Влияние объемного содержания сBN в рабочем слое инструмента на скорость его
изнашивания при глубинах шлифования 0,002 (1) и 0,005 (2) мм.
С увеличением глубины шлифования с 0,002 до 0,005 мм или в 2,5 раза
средняя скорость съема материала для шести исследованных характеристик
инструмента увеличилась с 161,9 до 393,6 мм3/мин или в 2,43 раза, а средняя
скорость изнашивания шлифовальных кругов также увеличилась с 0,34 до
0,445 мм3/мин (на 30 %).
Вследствие отмеченной разницы в значениях Qw и Qs их отношение с уче-
том пониженной концентрации cBN в исследованных кругах стало причиной
закономерности q(Vz), представленной на рис. 3. Удельный расход cBN при
глубине шлифования 0,005 мм для всех кругов в среднем оказался в 1,64 раза
меньше, чем при обработке с t = 0,002 мм.
Характер влияния Vz одинаков для обоих вариантов шлифования: с
уменьшением относительного содержания cBN в рабочем слое инструмента
пропорционально снижается его удельный расход. При снижении концентра-
ции cBN от 100 до 50 % на режиме шлифования с глубиной 0,002 мм удель-
ный расход уменьшается с 0,21 до 0,12 мг/г или на 75 %, а при глубине обра-
ботки 0,005 мм – с 0,15 до 0,06 мг/г или в 2,5 раза.
На рис. 4 показано влияние объемного содержания cBN в рабочем слое
инструмента на результаты измерения шероховатости шлифованной поверх-
ности отверстия втулки. Лучшие результаты по величине параметра Ra пока-
зал эталонный круг с концентрацией cBN в 100 % – в пределах 0,27–0,3 мкм.
При более низкой концентрации шероховатость поверхности после обработ-
ки возрастает до значений 0,65–0,95 мкм при t = 0,005 мм.
www.ism.kiev.ua/stm 78
0
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
12 14 16 18 20 22 24
1
V
z
,%
q, мг/г
2
Рис. 3. Влияние объемного содержания сBN в рабочем слое инструмента на его удельный
расход при глубинах шлифования 0,002 (1) и 0,005 (2) мм.
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
12 14 16 18 20 22 24
1
V
z
,%
Ra, мкм
2
Рис. 4. Влияние объемного содержания сBN в рабочем слое инструмента на шеро-
ховатость обработанной поверхности при глубинах шлифования 0,002 (1) и 0,005 (2) мм.
По техническим условиям на обработку отверстия втулки из закаленной
стали ХВГ, которая была использована в экспериментах, требование по ше-
роховатости составляет Ra ≤ 0,63 мкм. Оно обеспечивается чистовым шли-
фованием с глубиной 0,002 мм всеми исследованными кругами.
При анализе полученных результатов необходимо обратить внимание на
следующее обстоятельство. В процессе исследований можно было ожидать,
что на результаты шлифования окажет влияние не только основной иссле-
дуемый параметр круга Vz, который изменялся в диапазоне 12,5–25 %, но и
его твердость. Ее значение колебалось от 44 HRC для эталонного образца с
Vz = 25 % до минимальной твердости 24 HRC у круга с Vz = 18,75 %, который
в экспериментах показал удовлетворительную работоспособность.
По ГОСТ 53929–2010 все пять разработанных и исследованных в данной
работе составов шлифовальных кругов (помимо эталонного образца) соот-
ветствуют одной степени твердости – М (21–32 HRC). Но, с другой стороны,
известно, что твердость как параметр характеристики абразивного инстру-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 79
мента оказывает большое влияние на его работоспособность и особенно на
интенсивность изнашивания.
У пяти исследованных кругов с пониженной концентрацией cBN в рабочем
слое твердость по Роквеллу изменялась от 24 до 33 HRC, а ее среднее значение
в 1,38 раз было меньше твердости эталонного круга с 100 %-ной концентраци-
ей. Поэтому вполне ожидаемо, что на результаты шлифования будет оказывать
влияние не только объемное содержание cBN в инструменте, но и его твер-
дость. Такая возможность косвенно подтверждается наличием большего рас-
сеяния полученных результатов, представленных на рис. 1–4, для кругов с объ-
емным содержанием cBN 12,5 и 18,75 % (концентрация 50 и 75 % соответст-
венно) и с переменной твердостью рабочего слоя (см. таблицу).
Влияние твердости рабочего слоя круга на исследованные характеристики
его работоспособности подтверждается также и результатами корреляцион-
ного анализа.
При шлифовании, например, с глубиной 0,002 мм значения коэффициента
парной корреляции Qw и Qs с твердостью –0,611 и –0,809 соответственно
были больше, чем с объемным содержанием Vz (–0,482 и –0,256). Корреляци-
онная связь удельного расхода cBN и шероховатости обработанной поверх-
ности, напротив, более значима для Vz. Но, с другой стороны, из анализа раз-
работанных регрессионных моделей следует, что содержание cBN в круге и
его твердость противоположно влияют на принятые в данной работе характе-
ристики работоспособности инструмента.
Следует отметить, что испытанный инструмент имел, по сути, случайную
комбинацию значений твердости по Роквеллу и содержания cBN в его рабо-
чем слое. Когда для чистоты эксперимента был выполнен пересчет значений
Qw, Qs, q и Ra для объемного содержания cBN в исследованном диапазоне от
12,5 до 25 % в рабочем слое инструмента с его постоянной твердостью
32 HRC, то оказалось, что характер всех ранее установленных зависимостей,
представленных на рис. 1–4, практически не изменился.
Существенно изменились только результаты расчета для круга с 100 %-ной
концентрацией cBN, у которого твердость условно уменьшили с 44 HRC почти
на 40 %. По расчету получилось, что до 70 % увеличивается скорость изнаши-
вания круга и удельный расход кубического нитрида бора, до 30 % возрастает
величина Ra и только на 1 % уменьшается скорость съема материала.
Таким образом, с учетом проведенной корректировки результатов экспе-
римента установлено, что работоспособность шлифовальных кругов с пони-
женной концентрацией cBN будет заметно выше, чем кругов с концентраци-
ей cBN в 100 %, при условии близких значений их твердости.
Опыт правки кругов с пониженной концентрацией cBN алмазным правя-
щим роликом свидетельствует, что время их профилирования на сложный
профиль сокращается (например, с размерами 100×20×51 в 2 раза) в сравне-
нии с шлифовальными кругами со 100 %-ной концентрацией cBN. Уменьше-
ние времени правки достигается за счет возможности двукратного увеличе-
ния ее глубины с 5 до 10 мкм.
ВЫВОДЫ
Установлено, что круги на керамических связках с пониженной концентра-
цией кубического нитрида бора высокой прочности с зернистостью В151
(160/125) в условиях внутреннего чистового шлифования деталей из закален-
ной стали ХВГ могут обеспечить более высокие результаты по скорости съема
материала и удельному расходу cBN по сравнению с его концентрацией в 100 %.
www.ism.kiev.ua/stm 80
При шлифовании с глубиной 0,002 и 0,005 мм круги с содержанием cBN
от 12,5 до 18,75 % объема рабочего слоя инструмента обеспечили скорость
съема материала до 22 % больше, а удельный расход кубического нитрида
бора высокой прочности до 2,5 раз меньше, чем эталонный круг 100 %-ной
концентрации.
В свою очередь, эталонный круг показал лучшие результаты по скорости
изнашивания рабочего слоя и по шероховатости шлифованной поверхности.
Скорость изнашивания эталонного круга была до 44 %, а шероховатость по
параметру Ra в 2–3 раза меньше, чем при шлифовании кругами с понижен-
ной концентрацией cBN.
Применение кругов с пониженной концентрацией cBN имеет еще одно
важное преимущество – время их правки на сложный профиль уменьшается
до двух раз.
Розроблено та випробувано шліфувальні круги з кубічного нітриду бору
на керамічних зв’язках, в яких вміст зерна змінювався від 25 до 12,5 % обсягу робочого
шару інструменту (концентрація 50 і 100 % відповідно). Встановлено, що при внутріш-
ньому шліфуванні втулки з загартованої сталі круги зі зниженою концентрацією кубічно-
го нітриду бору забезпечують більш високу продуктивність обробки і питому витрату
абразиву до 2,5 разів меншу, ніж інструмент 100 %-ної концентрації.
Ключові слова: шліфувальні круги з cBN, внутрішнє шліфування,
концентрація кубічного нітриду бору.
Developed and tested grinding wheels from cubic boron nitride with ceramic
ligaments in which the content of grain varied from 25 to 12,5 % of volume of the worker-layer
tool. It is established that for internal grinding bushes made of hardened steel wheels with low
concentration of boron nitride ensures higher productivity and specific consumption of abrasive
up to 2,5 times less than the tool with 100 % concentration.
Keywords: cBN grinding wheels, internal grinding, the concentration of
boron nitride.
1. Силин С. С., Хрульков В. А., Лобанов А. В. и др. Глубинное шлифование деталей из
труднообрабатываемых материалов. – М.: Машиностроение, 1984. – 64 с.
2. Starkov V. K. Deep grinding with continuous tool correction // Russ. Engineering Res. – 2010.
– 30, N 12. – P. 1218–1221.
3. Старков В. К., Рябцев С. А., Горин Н. А. Повышение эффективности процессов глубин-
ного шлифования / Под ред. В. К. Старкова. – М.: ФГБОУ ВПО МГТУ “Станкин”,
2012. – 118 с.
4. Старков В. К. Шлифование высокопористыми кругами. – М.: Машиностроение, 2007. –
688 с.
5. Старков В. К., Рябцев С. А., Костров С. В. и др. Высокоструктурные шлифовальные
круги и их эффективное применение / Под ред. В. К. Старкова – М.: ФГБОУ ВПО
МГТУ “Станкин”, 2013. – 213 с.
6. Starkov V. K. Highly porous cubic boron nitride wheels for dry grinding // J. Superhard Mate-
rials. – 2013. – 35, N 5. – P. 298–302.
7. Старков В. К. Высокопористый абразивный инструмент нового поколения // Вестник
машиностроения. – 2002. – № 4. – С. 56–62.
8. Семко М. Ф., Грабченко А. И., Зубкова М. Я. и др. Эльборовое шлифование быстроре-
жущих сталей. – Харьков: Вища школа, 1974. – 136 с.
9. Grigoriev, S. N., Teleshevskii V. I. Measurement problems in technological shaping processes
// Measurement Techniques. – 2011. – 54, N 7. – P. 744–749.
10. Инструменты из сверхтвердых материалов // Под ред. Н. В. Новикова. – К.: ИСМ
НАНУ, 2002. – 528 с.
11. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1969. – 576 с.
12. Starkov V. K., Sergushev G. N. Generalized statistical models of cutting tool life // Russ.
Engineering J. – 1979. – 59, N 6. – P. 42–44.
Московский государственный Поступила 24.02.14
технологический ун-т “СТАНКИН”
|