Введение к работе
Актуальность темы. Перед абразивной промышленностью нашей страны стоит задача получения высокопористого (с пористостью > 40%) абразивного инструмента (АИ) открытой структуры на основе микропорошков абразивных материалов для отделочных операций, в частности брусков для суперфиниширования. Высокопористый суперфинишный АИ открытой структуры, изготовленный по технологии прессования, имеет следующие преимущества перед традиционным суперфинишным АИ с ограниченной пористостью (до 40%), изготовленным как по технологии прессования, так и литья из шликерных масс:
производит резание без образования прижогов на обработанной поверхности;
имеет лучшие условия для удаления отходов обработки из рабочей зоны, так как металлическая стружка, обломки зерен и связки накапливаются в поро-вом пространстве и затем вымываются смазочно-охлаждающими технологическими средствами (СОТС), что намного уменьшает засаливание рабочей поверхности АИ;
обладает повышенными антифрикционными свойствами за счет циркуляции СОТС через сообщающиеся поры АИ, что существенно снижает грение и увеличивает стойкость инструмента;
работает в режиме самозатачивания в течение всего времени обработки и обладает повышенными режущими свойствами.
Известен промышленный способ получения высокопористого АИ путем введения порообразователей, выгорающих в процессе обжига, однако этот способ повышает число замкнутых, а не сообщающихся пор и не применяется для АИ на основе микропорошков.
Диссертационная работа направлена на решение актуальной для современ
ного абразивного производства задачи по созданию АИ из микропорошков с вы
сокой открытой пористостью, разработке технологии его получения, исследова
ния структуры и контроля свойств. *0СшЛАЛ-«« *»НЛЯ !
Библиотека <
С.Петербург Л/ ' 09 lOtt? »«т!
Автор защищает:
-
Методики выбора характеристик и рецептур высокопористых суперфинишных брусков открытой структуры.
-
Разработанную технологию изготовления высокопорисгого АИ открытой структуры.
-
Предложенные методики лабораторных измерений и аналитические методы расчетов физико-механических, фильтрационно-емкостных и эксплуатационных характеристик, способы акустической дефектоскопии АИ.
-
Результаты опытно-промышленных испытаний разработанных высокопористых суперфинишных брусков повышенной износостойкости.
Цель работы: создание высокопористых износостойких суперфинишных брусков открытой сгруктуры на керамической связке из тонких микрошлифпо-рошков с повышенными эксплуатационными характеристиками, разработка технологии их проектирования и изготовления, методик оперативных неразрушаю-щих исследований структуры и свойств.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
-
Обоснован выбор материала высокопористых суперфинишных брусков открытой структуры с помощью математической модели.
-
Рассчитаны рецептуры высокопористого суперфинишного инструмента различных характеристик по номограмме, учитывающей влияние параметров структуры АИ на его технологические параметры.
-
Рассчитан оптимальный режим нагрева и охлаждения брусков по математической модели разрушения АИ (образования трещины огкола) для предотвращения образования термических трещин при спекания.
-
Оптимизирована технолоіия производства суперфинишных брусков для получения инструмента повышенной пористости, открытой структуры, с высокими эксплуатационными характеристиками.
-
Разработаны методики аналитического определения фильтрационно-емкостных и физико-механических характеристик АИ неразрушаю-щим акустическим методом контроля. Изучена возможность качественного и количественного контроля дефектов АИ по изменению его частоты собственных колебаний (ЧСК).
-
Проведены испытания режущей способности, стойкости, удельной производительности разработанных высокопористых суперфинишных брусков.
-
Даны рекомендации по промышленному использованию нового АИ, оценена экономическая эффективность его применения.
Методика исследования: Аналитические методы исследования базировались на положениях теории материаловедения порошковых композиционных материалов (частным случаем которых является АИ), теории упругости и акустики многофазных пористых сред, теории механических напряжений, разрушений и прочности Мора. Экспериментальные исследования выполнены по предложенным методикам определения фильтрационно-ёмкостных свойств АИ методами взвешивания, пропитки и акустического исследования, упругих и прочностных свойств - механическими и акустическими неразрушающими методами с применением математических моделей, методов регрессионного анализа программы Excel 2000. Также использовались специально разработанные компьютерные программы для обработки изображений и математического моделирования.
Научная новизна: Исследована взаимосвязь структурных, физико-механических и фильтрационно-ёмкостных характеристик абразивных суперфинишных брусков, позволившая получить следующие новые результаты:
1. Получена номограмма, объясняющая возможность регулирования пористости АИ при неизменной его твердости и регулирования твердости АИ при неизменной его пористости в широком диапазоне за счет изменения его структуры.
-
Представлена магематичеекая модель оптимизации режима нагрева и охлаждения АИ для предотвращения образования чрезмерных температурных напряжений и трещин откола.
-
Предложены методики аналитического определения фильграционно-емкостных и физико-механических свойств АИ неразрушающим акустическим методом, позволившие исследовать следующие свойства опытных и стандартных образцов: скорости распространения продольных и поперечных акустических волн в материале АИ, общую и открытую пористость, проницаемость, модуль Юнга, модуль сдвига, пределы прочности на изгиб, сжатие и скол.
-
Разработана методика оценки износостойкости АИ путем определения его характеристик трения с обрабатываемой деталью.
Практическая ценность и реализация работы:
-
Впервые получены суперфинишные бруски высокой открытой пористости без введения порообразователей, открытой структуры, с оптимизированными эксплуатационными характеристиками.
-
Предложены методики расчета рецептур высокопористого АИ открытой структуры, регулирования его пористости и плотности при прессовании, удобные для производственной реализации.
-
Оптимизированы традиционные режимы гранулирования, прессования, сушки и спекания для получения инструмента с однородной структурой, высокой пористостью (до 53%) и хорошими прочностными свойствами.
-
Успешно испытан в опытно-промышленных условиях на Самарском подшипниковом заводе (СПЗ) полученный АИ. Даны рекомендации по промышленному применению опытного АИ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте», СамГТУ, г. Самара, 1999 г; Всероссийской научно-практической конференции «Редкие металлы и порошковая металлургия», МИСиС, г. Москва 2001 г; Международной на>чно-технической конференции
«Высокие технологии в машиностроении», СамГТУ, г. Самара 2002 г.; на заседаниях кафедры «Материаловедение в машиностроении» СамГТУ в 1997-2002 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ. Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 120 наименований и 3 приложений. Она включает 174 страницы машинописного текста, 13 таблиц, 37 рисунков.
