Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ
Рассмотрен вопрос о важности учета структурной ориентации рабочего слоя шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов. Показаны технологические приемы, используемые при прессовании и спекании рабочего слоя кругов, при которых возможно осуществить изменение структурной ориентации такого слоя. The au...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20690 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ / В.И. Лавриненко, В.Н. Ткач, Б.В. Сытник, О.О. Пасичный // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 2. — С. 87-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859733229541523456 |
|---|---|
| author | Лавриненко, В.И. Ткач, В.Н. Сытник, Б.В. Пасичный, О.О. |
| author_facet | Лавриненко, В.И. Ткач, В.Н. Сытник, Б.В. Пасичный, О.О. |
| citation_txt | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ / В.И. Лавриненко, В.Н. Ткач, Б.В. Сытник, О.О. Пасичный // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 2. — С. 87-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Рассмотрен вопрос о важности учета структурной ориентации рабочего слоя шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов. Показаны технологические приемы, используемые при прессовании и спекании рабочего слоя кругов, при которых возможно осуществить изменение структурной ориентации такого слоя.
The authors of the paper discuss the importance of taking into account the structural orientation of a working layer in grinding wheels of superhard materials—superabrasive grinding wheels. Some manufacturing methods to be used in pressing and sintering of a wheel working layer are put forward, which permit controlling the layer’s structural orientation.
|
| first_indexed | 2025-12-01T14:05:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 87
УДК 621.921
В. И. Лавриненко, В. Н. Ткач, Б. В. Сытник,
О. О. Пасичный (г. Киев)
Технологические аспекты изменения
структурной ориентации рабочего слоя
кругов из СТМ
Рассмотрен вопрос о важности учета структурной ориента-
ции рабочего слоя шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов. Показаны
технологические приемы, используемые при прессовании и спекании рабочего
слоя кругов, при которых возможно осуществить изменение структурной ори-
ентации такого слоя.
Ключевые слова: структура рабочего слоя, структурная ори-
ентация рабочего слоя, регулярность структуры, Фурье-анализ изображения
поверхности, изменение угла ориентации структуры.
Актуальность проблемы. Современная металлообработка
требует применения шлифовальных инструментов гарантированной износо-
стойкости и устойчивой режущей способности. Одним из определяющих
условий достижения этого является регулярность структуры рабочего слоя
шлифовального инструмента — ее изотропность или, например, направлен-
ная анизотропность. Вопрос этот является достаточно сложным и требует
разнонаправленных подходов, что связано с особенностью структуры рабо-
чего слоя шлифовального инструмента, а именно — с наличием связки с
функциональным наполнителем и резко отличающегося по структуре абра-
зивного наполнителя — самих зерен из сверхтвердых материалов (СТМ).
В литературе было обращено внимание [1, 2] на то, что в реальных кругах
из СТМ, получаемых по стандартной технологии спекания и прессования,
уже существует некоторая ориентация как самого рабочего слоя, так и зерен
шлифпорошков СТМ. Было показано для такого случая, что и ориентация
самого рабочего слоя, и ориентация зерен в нем стремятся к углу наклона
45°, т. е. уже существует некоторая структурная ориентация, которая, как
показано в [3], влияет на напряженное состояние в системе зерно—связка.
Указанную выше структурную ориентацию с точки зрения работоспособно-
сти кругов желательно изменять в необходимом разработчикам направлении.
Этот вопрос наиболее актуален для шлифовальных кругов и требует кон-
кретных решений и рекомендаций, поскольку такой инструмент работает в
различных условиях, например, шлифование кромкой, торцом или перифери-
ей круга. Отсутствие таких сведений не позволяет управлять параметрами
процесса обработки, найденными в результате обоснованного выбора харак-
теристик кругов с учетом структурной ориентации их рабочего слоя. Некото-
рые попытки по ее изменению были сделаны, например в [1], однако карди-
нального решения не было найдено.
Цель работы состояла в рассмотрении возможности изменения структур-
ной ориентации рабочего слоя шлифовальных кругов из СТМ в зависимости
от технологии изготовления слоя.
© В. И. ЛАВРИНЕНКО, В. Н. ТКАЧ, Б. В. СЫТНИК, О. О. ПАСИЧНЫЙ, 2008
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 88
Методика исследования. Состояние алмазно-абразивных композитов,
используемых дл изготовления рабочего слоя шлифовальных кругов, харак-
теризуется определенными показателями их структуры, которая формируется
при прессовании и спекании. В процессе разработки таких композитов важно
оценить влияние условий прессования и спекания, для чего введены в качест-
ве основных:
— показатели Фурье-анализа изображения поверхности сечения компози-
тов, которая характеризует как анизотропию, так и ориентацию структуры
рабочего слоя;
— содержание мелких объектов на поверхности среза композита;
— шаг структуры композита.
В работе эти показатели оценивали с помощью изображений, полученных
методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) на электронном микро-
скопе-микроанализаторе BS-340. Для исследования образцов рабочего слоя
готовили шлифы в плоскости среза вдоль усилия прессования. Угол ориента-
ции структуры измеряли в нормальной к вектору действия этого усилия плос-
кости.
Основные результаты работы и их обсуждение. Процесс формирования
рабочего слоя круга может быть исследован на образце, подвергнутом одно-
осному сжатию в процессе прессования. Такой образец в исходном виде изо-
тропен, так как принимаем, что его содержимое в виде связующего и шлифо-
вального порошка из сверхтвердых материалов (алмазов или КНБ) хорошо
перемешано. Определение “композиционный материал” это допускает [4].
Рассмотрим, как будет проходить формирование структуры такого образца
при его деформации в процессе прессования и спекания и что будет происхо-
дить с зернами СТМ, форма которых наилучшим образом может быть описа-
на эллипсоидом вращения.
Известно, что при плоском напряженном состоянии изотропного тела
предельный контур прочности (текучести) имеет оси симметрии, наклонен-
ные к осям координат под углом 45° и проходящие через их начало [4]. Кро-
ме того, согласно энергетической теории прочности Губера-Мизеса-Генки
условия текучести представляют собой уравнение второго порядка. В про-
странстве главных нормальных напряжений предельная поверхность зерна
изображается эллипсоидом вращения, имеющим ось вращения, равнонакло-
ненную к осям координат. При плоском напряженном состоянии предельный
контур зерна изображается эллипсом, симметричным относительно осей,
проходящих через начало координат и наклоненных к осям координат под
углом 45° [4].
Согласно теории текучести в структуре композита, хотя и равномерной,
но содержащей не круглые, а эллипсоидные зерна СТМ, в процессе прессо-
вания и спекания должен повышаться показатель анизотропии и формиро-
ваться определенная ориентация рабочего слоя. Эта ориентация будет вызва-
на пространственным разворотом зерен вдоль линий текучести, т. е. направ-
ления действия касательных напряжений. Исходя из изложенного выше и
работы [4], можно предположить, что наклон зерен должен быть близким к
углу 45°.
Для оценки структуры в качестве основных использованы показатели ани-
зотропии и ориентации рабочего слоя, которые оценивали двумерным Фурье-
спектром изображения поверхности шлифа (рис. 1) по методике, разработан-
ной в Институте сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 89
Установлено (рис. 2), что при стандартных условиях формирования рабо-
чего слоя кругов на полимерных связках показатель ориентации слоя равен
примерно 45 (или 45 + π/2) градусам [5].
а б
Рис. 1. Типичный двумерный Фурье-спектр (а) и исходное изображение (б) поверхности
шлифа композита: анизотропия — 61 %; количество мелких объектов — 8 %; шаг струк-
туры — 5, 6 мкм.
P
а
P
б
Рис. 2. Анизотропия и ориентация рабочего слоя композита на металлической М2-01 (а) и
металлополимерной В2-01-1 (б) связке в плоскости его сечения вдоль вектора действия
усилия прессования при стандартных условиях формирования слоя: анизотропия — 3,3 (а)
и 17,3 (б) %; ориентация — 44 (а) и 135 (б) град.
Приведенные результаты исследования, по мнению авторов, являются
подтверждением ранее высказанных предположений, и важно то, что значе-
ния углов ориентации и наклона зерен [6] для стандартных условий прессо-
вания и спекания рабочего слоя совпадают не только между собой, но и с
ожидаемым углом, который, согласно теории прочности, представляет собой
угол направления действия касательных напряжений в рассматриваемом об-
разце.
Поскольку авторами было высказано предположение о том, что при стан-
дартных условиях прессования и спекания основную роль в формировании
структурной ориентации играют напряжения сжатия, то для изменения угла
ориентации в нужном направлении, например, от 45 к 90º, логично было бы
предположить, что для этого необходимо усилить влияние растягивающих
напряжений и снизить влияние напряжений сжатия. Для реализации такого
предположения было применено предварительное послойное брикетирование
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 90
образцов композита, в связи с чем в процессе прессования и спекания за счет
послойного движения шихты в стороны в брикете наряду с напряжениями
сжатия возникли еще и напряжения растяжения. Такая технология позволяет
достичь угла ориентации структуры рабочего слоя, который будет суммой
двух углов — 45 и 45º/2, т. е. 67,5º. Проверка гипотезы подтвердила эти пред-
положения (рис. 3, а и таблица). Повторные измерения ориентации структу-
ры в других точках образца, кроме 66º, дали значение углов в 76 и 61º, т. е.
средний угол оценки ориентации структуры составил 67,7º.
P
а
P
б
Рис. 3. Анизотропия и ориентация рабочего слоя композита на металлической связке М2-
01 в плоскости его сечения вдоль вектора действия усилия прессования при послойном
брикетировании (а) и при комбинированном формировании слоя (б): анизотропия —
2,4 %; ориентация — 66 (а) и 90 (б) град.
Показатели структуры рабочего слоя композита на связке М2-01
при различных условиях его формирования
Вариант формирования композита
насыпной слоистый комбинированный
P
P
P
Угол ориентации структуры к оси действия усилия прессования
44—45 61—76 85—90
Средние значения анизотропии двумерного Фурье-спектра, %
61 53 48
Средние значения анизотропии структуры, %
4,1 5,0 4,9
Среднее количество мелких объектов в структуре, %
4 3 29
Шаг структуры, мкм
5,3 7,0 14,0
Для оценки возможности большего изменения угла ориентации структуры
рабочего слоя было сделано предположение, что для этого необходимо соз-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 91
дать в брикете комбинированную ситуацию, когда возникает одновременное
движение на растяжение в верхних и нижних слоях брикета и в средней части
— насыпной. При этом жесткость переходных границ резко снижена. Ожи-
даемый угол ориентации — 90º, реальные углы ориентации в разных точках
образца (кроме 90º) — 85 и 92º (см. рис. 3, б и таблицу).
Анализ таблицы показывает, что при таком последовательном изменении
угла ориентации структуры поведение других показателей несколько отлича-
ется. Так, анизотропия структуры во всех трех случаях отличается мало, то-
гда как анизотропия двумерного Фурье-спектра снижается последовательно с
61 до 48 %. Последовательно изменяется и шаг структуры, существенно воз-
растая при комбинированном варианте формирования композита.
Анализ таблицы показывает также, что комбинированный вариант фор-
мирования композита по сравнению со слоистым приводит к более сущест-
венному изменению структуры брикета. Так, если слоистый вариант отлича-
ется от насыпного принципиально только по углу ориентации структуры и
среднему значению анизотропии двумерного Фурье-спектра, при комбиниро-
ванном варианте к этим показателям добавляется еще два принципиальных
отличия — резкое (почти на порядок) возрастание количества мелких объек-
тов в структуре и существенное (почти в три раза) повышение шага структу-
ры.
Выводы
Приведенные выше исследования показывают, что с учетом новых подхо-
дов к формированию рабочего слоя шлифовальных кругов возможно изме-
нять структурную ориентацию рабочего слоя в необходимом для конкретных
шлифовальных кругов направлении и формировать ее в диапазоне углов от
45 до 90º. При этом формируются другие показатели структуры композита с
существенным изменением шага структуры и количества в ней мелких объ-
ектов.
1. Шепелєв А. О., Лавріненко В. І., Гонтар О. Г. та ін. Встановлення закономірностей
формування двокаркасних металополімерних композитів з КНБ за умов їх
програмованого спікання та пресування // Резание и инструмент в технологических
системах. — 2001. — Вып. 60. — С. 258—261.
2. Лавриненко В. И. Угол направления действия касательных напряжений — ключ к
инструменту из СТМ // Сверхтв. материалы. — 2002. — № 2. — С. 71—76.
3. Лавриненко В. И., Кулаковский В. Н. Напряжения, возникающие в зоне контакта зерно—
связка с учетом наклона зерен // Там же. — 2002. — № 4. — С. 71—75.
4. Яценко В. Ф. Прочность композиционных материалов. — Київ: Вища школа, 1988. —
191 с.
5. Лавриненко В. И., Ткач В. Н., Сытник Б. В. и др. К вопросу о формировании структур-
ной ориентации в рабочем слое шлифовальных кругов из СТМ // Резание и инструмент
в технологических системах. — 2007. — Вып. 73. — С. 147—153.
6. Лавриненко В. И. Пространственное расположение зерен СТМ в абразивсодержащем
слое круга // Сверхтв. материалы. — 1997. — № 5. — С. 72—79.
Ин-т сверхтвердых материалов Поступила 13.07.07
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20690 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T14:05:01Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лавриненко, В.И. Ткач, В.Н. Сытник, Б.В. Пасичный, О.О. 2011-06-03T21:28:20Z 2011-06-03T21:28:20Z 2008 Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ / В.И. Лавриненко, В.Н. Ткач, Б.В. Сытник, О.О. Пасичный // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 2. — С. 87-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20690 621.921 Рассмотрен вопрос о важности учета структурной ориентации рабочего слоя шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов. Показаны технологические приемы, используемые при прессовании и спекании рабочего слоя кругов, при которых возможно осуществить изменение структурной ориентации такого слоя. The authors of the paper discuss the importance of taking into account the structural orientation of a working layer in grinding wheels of superhard materials—superabrasive grinding wheels. Some manufacturing methods to be used in pressing and sintering of a wheel working layer are put forward, which permit controlling the layer’s structural orientation. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Инструмент, порошки, пасты Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ Technological aspects of controlling structural orientation of the working layer in superabrasive wheels Article published earlier |
| spellingShingle | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ Лавриненко, В.И. Ткач, В.Н. Сытник, Б.В. Пасичный, О.О. Инструмент, порошки, пасты |
| title | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ |
| title_alt | Technological aspects of controlling structural orientation of the working layer in superabrasive wheels |
| title_full | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ |
| title_fullStr | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ |
| title_full_unstemmed | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ |
| title_short | Технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из СТМ |
| title_sort | технологические аспекты изменения структурной ориентации рабочего слоя кругов из стм |
| topic | Инструмент, порошки, пасты |
| topic_facet | Инструмент, порошки, пасты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20690 |
| work_keys_str_mv | AT lavrinenkovi tehnologičeskieaspektyizmeneniâstrukturnoiorientaciirabočegosloâkrugovizstm AT tkačvn tehnologičeskieaspektyizmeneniâstrukturnoiorientaciirabočegosloâkrugovizstm AT sytnikbv tehnologičeskieaspektyizmeneniâstrukturnoiorientaciirabočegosloâkrugovizstm AT pasičnyioo tehnologičeskieaspektyizmeneniâstrukturnoiorientaciirabočegosloâkrugovizstm AT lavrinenkovi technologicalaspectsofcontrollingstructuralorientationoftheworkinglayerinsuperabrasivewheels AT tkačvn technologicalaspectsofcontrollingstructuralorientationoftheworkinglayerinsuperabrasivewheels AT sytnikbv technologicalaspectsofcontrollingstructuralorientationoftheworkinglayerinsuperabrasivewheels AT pasičnyioo technologicalaspectsofcontrollingstructuralorientationoftheworkinglayerinsuperabrasivewheels |