Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента
The influence mechanism of diamond grit’s retention strength and bond’s wear resistance under action of grinding pulp on a wheel life is suggested. The obtained dependencies allow to predict a functionability of existing bond as well as charateristics of a bond designed to its specific applicatio...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22701 |
| 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: | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента / В.А. Коновалов, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 508-513. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859751376204070912 |
|---|---|
| author | Коновалов, В.А. Шатохин, В.В. |
| author_facet | Коновалов, В.А. Шатохин, В.В. |
| citation_txt | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента / В.А. Коновалов, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 508-513. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The influence mechanism of diamond grit’s retention strength and bond’s wear resistance
under action of grinding pulp on a wheel life is suggested. The obtained dependencies allow to predict
a functionability of existing bond as well as charateristics of a bond designed to its specific
application.
|
| first_indexed | 2025-12-01T23:59:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
508
рументом режущей способности. Гарантированное самозатачивание может быть обеспечено
при разрушении связки перед достижением критического количества нагружений на алмаз-
ное зерно.
Литература
1. Семко М. Ф., Грабченко А. И., Узунян М. Д. Влияние связки на работу алмазного кру-
га // Машиностроитель. – 1965. – № 5 – С. 45–49.
2. Серебренник Ю. Б., Вайнштейн Б. Н. Теоретико-экспериментальные основы выбора
связок брусков для алмазного хонингования // Алмазно-абразивная обработка. –
Пермь, 1967. – C. 69–77.
3. Федорович В. А. Анализ эффективности использования алмазных зерен при шлифо-
вании сверхтвердых материалов // Резание и инструмент в технологических системах:
Междунар. науч.-техн. сб. – Харьков: Изд-во НТУ “ХПИ”, 2001. – № 60. – С. 235-243.
4. Гуцаленко Ю. Г. Аналитические посылки и технологические возможности операций
устойчивого шлифования алмазными кругами на металлических связках // Резание и
инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. сб. – Харьков: Изд-во
НТУ “ХПИ”, 2005. – № 69 – С. 43–55.
5. Коновалов В. А., Александров В. А. Левин М. Д. Влияние прочности алмазоудержа-
ния и скорости абразивного износа связки на работоспособность алмазно-абразивного
инструмента // Синтетические алмазы. – 1975. – Вып. 2. – С. 26–28.
6. Коновалов В. О., Петасюк О. У., Шатохін В. В. Визначення міцності закріплення ал-
мазного зерна у зв'язці при циклічному навантаженні // Вісн. ЖДТУ / Техн. науки. –
2006. – №3 (38). – С. 25–30.
Поступила 27.04.09
УДК 621.923:666.233
В. А. Коновалов, канд. техн. наук; В. В. Шатохин
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЧНОСТИ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗЕРЕН В СВЯЗКЕ
СО СТОЙКОСТЬЮ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
The influence mechanism of diamond grit’s retention strength and bond’s wear resistance
under action of grinding pulp on a wheel life is suggested. The obtained dependencies allow to pre-
dict a functionability of existing bond as well as charateristics of a bond designed to its specific
application.
Актуальность
Одним из основных факторов, определяющих работоспособность алмазно-
абразивного инструмента, является прочность закрепления алмазных зерен в связке рабочего
слоя. Это подтверждается всей практикой применения алмазно-абразивной обработки [1–3].
Однако теоретические и экспериментальные исследования [4–6] касались лишь отдельных
аспектов проблемы, не связанных с воздействием на процесс формирования рабочего слоя.
Естественно, создание инструмента базировалось на чисто эмпирических методах, что обу-
словило разработку большого количества однотипных связок. В этой связи раскрытие при-
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
509
роды влияния алмазоудержания на стойкость инструмента было и остается актуальной зада-
чей.
Состояние вопроса
Стойкость алмазно-абразивоного инструмента напрямую определяется скоростью из-
носа рабочего слоя в процессе шлифования, которая зависит от свойств алмазосодержащего
композиционного материала. При этом наблюдается два процесса изнашивания с различной
природой:
алмазных зерен в результате высокотемпературного трения в паре с обрабатываемым мате-
риалом;
свободных от зерен участков связки под воздействием продуктов шлифования.
Поскольку конкретный процесс обработки определяет первый вид изнашивания (об-
рабатываемый материал, режимы шлифования, марка и объемное содержание алмазов), про-
цесс экономически выгодного самозатачивания рабочего слоя заключается в обеспечении
соответствия износостойкости материала связки и алмазных зерен при разных видах изна-
шивания. Регулирующим элементом при этом может быть только связка.
Влияние связки на стойкость рабочего слоя инструмента обусловливается как собст-
венной сопротивляемостью абразивному износу продуктами шлифования, так и посредством
прочности закрепления алмазных зерен. В частности, такое влияние экспериментально оце-
нено как 2:3 [1]. Это свидетельствует о том, что алмазоудержание в значительной степени
определяет стойкость инструмента. Однако механизм такого явления не был объяснен. Объ-
яснение стало возможным на основании изучения прочности закрепления алмазного зерна в
связке при высокоскоростном циклическом нагружении [7]. В результате исследований ус-
тановлено усталостное нарушение закрепляющей способности связки, определяемое преде-
лом ее выносливости σ0 и, что более важно, количеством циклов нагружения Nкр до его дос-
тижения. При этом четко определены корреляция σо и Nкр с показателями пластичности ма-
териала связки.
Цель настоящей работы – установить взаимосвязь прочности закрепления алмазных
зерен в связке и стойкость рабочего слоя инструмента, работающего в режиме самозатачива-
ния.
Результаты
На основании данных, приведенных в [7], в левой части рис. 1 схематически изобра-
жена усталостная кривая, отражающая зависимость прочности закрепления от количества
циклов нагружения зерна.
Рис. 1. К анализу стойкости алмазного зерна в процессе
самозатачивания инструмента
Точка пересечения наклонной и горизонтальной ветвей кривой определяет предел вы-
носливости связки (σо), соответствующий критической глубине заделки зерна dh крз , а
также количество циклов нагружения. В правой части рис. 1 изображена схема износа еди-
ничной системы “зерно – связка” при шлифовании в условиях самозатачивания. Сопоставле-
ние этих схем показывает, что в реальных условиях зерно может полезно работать с
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
510
момента достижения необходимой высоты выступания dh в до крзh . Следова-
тельно, участком эффективной работы зерна является наклонная ветвь усталостной кривой
ОК, нанесенная пунктиром. Вертикальная проекция этой ветви соответствует эффективному
использованию зерна:
вкр зэ hhdh . (1)
В относительных величинах
кр1 , (2)
где η – коэффициент использования алмаза; ξ – относительное выступание зерна.
Линейная скорость износа зерна равна отношению величины эффективного использо-
вания алмаза к периоду его стойкости Тз:
з
э'
T
h
l
. (3)
Поскольку из формулы (2) dh э , а
крз NDT
ок
, (4)
где ок
D
– время одного оборота инструмента диаметром D, работающего с окружной скоро-
стью ок ; Nкр - количество циклов нагружения зерна до потери режущей способности, имеем
D
d
Nl
ок
кр
'
. (5)
Очевидно, для конкретного процесса шлифования скорость износа зерна определяется
отношением крN , которое имеет определенное значение в зависимости от марки связки и
прикладываемой нагрузки. Величины η и Nкр определяются прочностью закрепления зерна в
связке, поэтому целесообразно обозначить указанное отношение коэффициентом удержи-
вающей способности связки
крN
K
ус
. (6)
Следует отметить, что оценка удерживающей способности связок с помощью коэф-
фициента усK более совершенна по сравнению с пределом выносливости, так как этот коэф-
фициент учитывает временной фактор (по положению точки пересечения участков усталост-
ной кривой на рис. 1). Это видно при сравнении показателей усK и σо при изменении усилия
нагружения (табл. 1). Предел выносливости остается практически неизменным, а усK про-
порционален увеличению нагрузки на зерно. Следовательно, последний показатель полнее
определяет скорость износа алмаза по выражению (5).
Таблица 1. Предел выносливости и коэффициент удерживающей способности металли-
ческих связок
Усилие нагружения, Н
12 16 25 Марка связки
0, МПа Кус·106 0, МПа Кус·106 0, МПа Кус·106
М2-01
М6-14
М6-15
94
99
124
1,02
1,00
0,74
93
99
122
1,81
1,33
0,88
91
96
119
2,49
2,00
1,32
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
511
В идеальном случае эффективная работа инструмента будет обеспечена при пример-
ном равенстве скоростей износа единичного зерна и рабочего слоя в процессе эксплуатации.
Однако в реальных условиях шлифования наблюдаются процессы, повышающие скорость
износа: трение затупленных зерен по ювенильной поверхности обрабатываемого материала,
абразивное (или гидроабразивное) воздействие продуктов шлифования на связку и др. По-
этому в формулу (5) следует ввести относительную износостойкость материала связки при
трении по шламу I и коэффициент А1, учитывающий другие побочные процессы в зоне шли-
фования:
D
d
N
A
l
ок
кр
11 . (7)
В то же время скорость износа рабочего слоя можно рассчитать по основным показа-
телям процесса обработки – производительности Q и стойкости (q – удельный расход алма-
за). Их произведение определеяет скорость износа слоя по массе алмазов
QqМА . (8)
Эту скорость можно преобразовать в линейную скорость износа слоя:
a
222 104
SK
QqA
l , (9)
где А2 – коэффициент соответствия; K – относительная концентрация алмазов; S – площадь
рабочей поверхности; a – плотность алмаза.
Для того, чтобы выявить влияние удерживающей способности связки на стойкость
инструмента, необходимо сравнить расчетную скорость износа рабочего слоя инструмента
по формулам (6) и (10) с конкретными данными. (по испытаниям алмазных дисковых сегме-
нтных кругов при резании гранита Жежелевского месторождения [4]). Резание производили
кругами диаметром 320 мм, оснащенными алмазами АС 50 400/315 относительной концен-
трации 50% при следующих режимах резания: окружная скорость ок = 20 м/с; продольная
подача S = 1,05∙10-2 м/с; глубина резания t = 3,0∙10-2 м, что обеспечило производительность
обработки Q = 1,1∙10-6 м3/с. Результаты испытаний и сравнительные данные о скорости изно-
са рабочего слоя приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты испытаний алмазных дисковых сегментных кругов и сравните-
льные данные по скорости износа
Результаты анализа табличных данных о скорости износа свидетельствует о высокой
корреляции экспериментальных и расчетных значений. Коэффициент корреляции составил
0,96 – 0,99. Это позволяет откорректировать формулы (5) и (9) применительно к процессу
резания гранита введением коэффициентов А1 = 3,27 и А2 = 1,35 с учетом выражения (6):
Скорость линейного износа,
м/с ∙108
Расчетные данные без
учета коэффициентов
А1 и А2 по формуле
Марка
связки
Суммарная
площадь
резания,
м2
Линейный
износ алмазо-
нос-ного слоя,
м∙104
Удель-
ный рас-
ход алма-
зов, кг/м3
∙102
по данным
[4]
(6) (10)
М2-01
М6-14
М6-15
1,92
2,08
2,10
2,75
1,26
1.71
3,75
1,50
2,00
4,53
1,92
2,58
1,31
0,52
0,87
3,53
1,41
1,88
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
512
D
d
I
К
ll
окус1 04,1 ; (10)
а
22 104,5
SK
Qq
ll . (11)
Из равенства (10) и (11) следует, что стойкость инструмента, выраженная через
удельный расход алмазов, пропорциональна отношению IK ус :
I
K
DQ
SКdq усаок5106,2 , (12)
что позволяет использовать его в качестве безразмерного эксплуатационного показателя Кэ.
Левый сомножитель уравнения для данного процесса обработки постоянен.
Значения коэффициента удерживающей способности, относительной износостойко-
сти, эксплуатационного показателя и удельного расхода алмазов применительно к резанию
гранита для металлических связок М2-01, М6-14 и М6-15 приведены в табл. 3.
Таблица 3. Коэффициенты удерживающей способности, относительной износостойкос-
ти, эксплуатационного показателя и удельного расхода алмазов
Результаты анализа данных табл. 3 полностью подтверждают справедливость форму-
лы (12). В то же время невозможно математически оценить долю влияния износостойкости и
удерживающей способности связки на стойкость инструмента. Сравнительная оценка пока-
зывает, что влияние последнего во всяком случае не меньше.
Выводы
На основе сопоставления расчетных скоростей износа алмазного зерна и рабочего
слоя с реальной скоростью износа при эксплуатации установлен механизм влияния удержи-
вающей способности и относительной износостойкости металлической связки при истира-
нии продуктами шлифования на стойкость инструмента.
При всех прочих равных параметрах одна из основных единиц стойкости – удельный
расход алмазов – пропорциональна отношению коэффициента удерживающей способности к
относительной износостойкости связки.
Полученные зависимости позволяют прогнозировать как эксплуатационные парамет-
ры процесса обработки по характеристикам связки, так и показатели алмазоудержания и из-
носостойкости связки в зависимости от необходимых значений производительности и стой-
кости инструмента.
Литература
1. Коновалов В. А., Александров В. А. Левин М. Д. Влияние прочности алмазоудержа-
ния и скорости абразивного износа связки на работоспособность алмазно-абразивного
инструмента // Синтетические алмазы. – 1975. – Вып. 2. – С. 26 –28.
2. Кизиков Э. Д., Коновалов В. А. Металлоабразивные композиты // Синтетические
сверхтвердые материалы: В 3 т. Т.2. Композиционные инструментальные сверхтвер-
дые материалы. – К.: Наук. думка, 1986. С. 96–108.
Марка связки I Kус∙106 Кэ∙106 q, кг/м3 ∙102
М2-01
М6-14
М6-15
1,00
1,86
0,65
1,81
1,33
0,88
1,81
0,72
1,35
3,75
1,50
2,00
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
513
3. Zhang Jianzhi. Designing principle for impregnated tools // 4th Zhengzhou International Su-
perhard Materials & Related Products Conference Proceedings. China Machine Press. –
2003. – P. 386 –393.
4. Александров В.А. Обработка природного камня алмазным дисковым инструментом. –
К.: Наук. думка, 1979. –240 с.
5. Федорович В. А. Анализ эффективности использования алмазных зерен при шлифо-
вании сверхтвердых материалов // Резание и инструмент в технологических системах:
Междунар. науч.-техн. сб. – Харьков: Изд-во НТУ “ХПИ”, 2001. – № 60. – С. 235-243.
6. Гуцаленко Ю. Г. Аналитические посылки и технологические возможности операций
устойчивого шлифования алмазными кругами на металлических связках // Резание и
инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. сб. – Харьков: Изд-во
НТУ “ХПИ”, 2005. – № 69 – С. 43 –55.
7. Коновалов В. О., Петасюк О. У., Шатохін В. В. Визначення міцності закріплення ал-
мазного зерна у зв'язці при циклічному навантаженні // Вісн. ЖДТУ / Техн. науки. –
2006. – № 3(38). – С. 25–30.
Поступила 4.06.09
УДК 004.942:621.785:621.9.025.7
В. А. Дутка, канд. техн. наук
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ
ПРОГНОЗУВАННЯ ЗМІЦНЕННЯ ДЕРЖАВКИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО РІЗЦЯ
В РЕЗУЛЬТАТІ ЗАГАРТУВАННЯ В ПОЛІМЕРНОМУ СЕРЕДОВИЩІ ПІСЛЯ
ІНДУКЦІЙНОГО ПАЯННЯ
The numerical results of prognostication of the hardness and thickness of surface layer of
the steel (35ХГСА) holder in results of the hardening in water solution of polymer Na–KMC and in
machine oil I-20 at 20 ºС are presented. It is establish, that in polymer medium the cooling rate of
the steel holder to temperature of start of the martensite transformation is in 2–3 times greater than
in machine oil. But if cooling duration to temperature of termination of the martensite transforma-
tion is smaller than 70 c, than results of the hardening in polymer medium and in machine oil are
practically identical. It is shown that one way to influence on results of the hardening may be the
choice of the cooling duration in the air after induction heating.
Вступ
Одна з причин широкого використання водних розчинів полімерів як гартовуючих рі-
дин полягає в тому, що, змінюючи їх концентрацію, можна змінювати охолоджувальну влас-
тивість загартовувального середовища в широких межах: від наближеної до води до набли-
женої до мастила [1–3]. Крім того, на відміну від мастил використання полімерних середо-
вищ для загартовування деталей пожежобезпечне. Результати комп’ютерних досліджень за-
гартовування у водному розчині солей і основ, у воді та мастилах сталевої державки (сталь
35ХГСА) твердосплавного різця одразу після індукційного паяння наведені в [4, 5]. Показа-
но, що загартовування у розчині солей і основ та у воді відбувається зі швидкістю охоло-
дження, що набагато більша (майже на порядок), ніж у мастилах. Відповідно в результаті
загартовування в перших двох рідинах можна отримати максимальну для сталі 35ХГСА тве-
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22701 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T23:59:58Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коновалов, В.А. Шатохин, В.В. 2011-06-27T21:33:35Z 2011-06-27T21:33:35Z 2009 Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента / В.А. Коновалов, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 508-513. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22701 621.923:666.233 The influence mechanism of diamond grit’s retention strength and bond’s wear resistance under action of grinding pulp on a wheel life is suggested. The obtained dependencies allow to predict a functionability of existing bond as well as charateristics of a bond designed to its specific application. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента Article published earlier |
| spellingShingle | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента Коновалов, В.А. Шатохин, В.В. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента |
| title_full | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента |
| title_fullStr | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента |
| title_full_unstemmed | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента |
| title_short | Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента |
| title_sort | взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22701 |
| work_keys_str_mv | AT konovalovva vzaimosvâzʹpročnostizakrepleniâzerenvsvâzkesostoikostʹûalmaznoabrazivnogoinstrumenta AT šatohinvv vzaimosvâzʹpročnostizakrepleniâzerenvsvâzkesostoikostʹûalmaznoabrazivnogoinstrumenta |