Повышение эффективности концевого алмазного абразивного инструмента на металлической связке за счет совершенствования технологии изготовления

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В различных отраслях промышленности все более широкое использование находят труднообрабатываемые материалы с повышенными физико-механическими свойствами. Они применяются в машиностроении для изготовления деталей и узлов машин и механизмов, в производстве и переработке пищевых продуктов, где требуются повышенные эксплуатационные требования. В современном производстве наряду с традиционными методами интенсификации технологических операций применяют комбинированные и гибридные технологии обработки. Для финишной обработки изделий применяется абразивное шлифование алмазным инструментом. Одной из проблем, сдерживающих широкое практическое применение такого метода в промышленности, является высокая себестоимость, вызванная стоимостью используемых при изготовлении материалов и трудоемкость процесса формообразования инструмента. Это ведет к необходимости разработки новой технологии получения алмазного инструмента. Цель работы – повышение эффективности концевого алмазного абразивного инструмента на металлической связке за счет использования в качестве материала корпуса углеродистых сталей, увеличение прочности соединения между корпусом и алмазоносной частью, а также выбор эффективной технологии изготовления инструмента. Методика исследований. Для выполнения поставленной задачи нами разработана и испытана технология изготовления концевого алмазного абразивного инструмента. Применение в качестве материала хвостовика среднеуглеродистых закаленных качественных сталей с твердостью 45...60 HRC позволило использовать технологию конденсаторной сварки для соединения алмазоносной части с хвостовиком. Прочность соединения корпуса с рабочей алмазоносной частью образцов шлифовальных головок определяли методом испытания на растяжение на разрывной машине 1958У10 с максимальной нагрузкой 100 кН. Качество соединения оценивали визуально по наличию несплошностей в соединении, а также исследованием микроструктуры и измерением микротвердости шва и зон термического влияния. Измерение микротвёрдости сварного соединения проводили на полуавтоматическом микротвердомере HMV-G21ST (Шимадзу, Япония) при нагрузке 50 г. Результаты и обсуждение. Таким образом, результаты сравнительных исследований позволяют утверждать, что прочность соединения между хвостовиком и рабочей алмазоносной частью по предлагаемой технологии превосходят аналогичные характеристики прочности соединения между хвостовиком и алмазоносным слоем шлифовальных головок, получаемых способом, выбранным прототипом. Выводы. Предлагаемая технология изготовления алмазных головок увеличивает прочность соединения между корпусом и алмазоносной рабочей частью, снижает затраты на изготовление шлифовальных головок за счет применения закаленных среднеуглеродистых сталей в качестве материала корпуса инструмента взамен быстрорежущих марок сталей, упрощается технология и появляется возможность автоматизации изготовления инструмента.

Об авторах

В. М. Смирнов

Email: vms53@inbox.ru
канд. физи.-мат. наук, доцент, Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, пр. Московский, 15, г. Чебоксары, 428015, Россия, vms53@inbox.ru

Д. В. Лобанов

Email: lobanovdv@list.ru
доктор техн. наук, доцент, Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, пр. Московский, 15, г. Чебоксары, 428015, Россия, lobanovdv@list.ru

В. Ю. Скиба

Email: skeeba_vadim@mail.ru
канд. техн. наук, доцент, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия, skeeba_vadim@mail.ru

И. С. Голюшов

Email: ivan.golyushov.97@mail.ru
Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, пр. Московский, 15, г. Чебоксары, 428015, Россия, ivan.golyushov.97@mail.ru

Список литературы

  1. Владимирова Ю.О., Шалунов Е.П. Разработка жаро- и износостойкого нано-композиционного материала на основе порошковой меди и технологии его изготовления для поршней машин литья под давлением // Новые материалы и перспективные технологии: сборник материалов 4-го междисциплинарного научного форума. – М.: Буки Веди, 2018. – Т. 1. – С. 106–110.
  2. Патент 2195511 Российская Федерация, МПК7 C 22 C 9/01, 1/10 C2. Дисперсно-упрочненный композиционный материал для электроконтактных деталей / Шалунов Е.П., Матросов А.Л., Липатов Я.М., Берент В.Я. – № 2001103228/02; заявл. 05.02.2001; опубл. 27.12.2002.
  3. Шалунов Е.П. Наноструктурные материалы на основе порошковой меди // Литейщик России. – 2016. – № 2. – С. 37–40.
  4. Hard-alloy metal-cutting tool for the finishing of hard materials / D.S. Rechenko, A.Y. Popov, D.Y. Belan, A.A. Kuznetsov // Russian Engineering Research. – 2017. – Vol. 37. – N 2. – P. 148–149. – doi: 10.3103/S1068798X17020162.
  5. Smirnov V.M., Shalunov E.P. The possibilities of creation and the prospects of application of a binder with the matrix-filled structure "tin bronze – the mechanically alloyed granules" for production of diamond tools // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 11, pt. 1. – P. 270–275. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.12.142.
  6. Исследование и внедрение в производство разработок по внутреннему шлифованию глубоких отверстий / Д.П. Салова, Т.Г. Виноградова, М.В. Купцов, Д.А. Юрпалов, И.С. Спиридонова // Высокие технологии в машиностроении: материалы XVI Всероссийской научно-технической конференции. – Самара, 2017. – С. 33–35.
  7. Bratan S., Vladetskaya E., Kharchenko A. Improvement of quality of details at round grinding in the conditions of a floating workshop // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01083. – doi: 10.1051/matecconf/201712901083.
  8. Theoretical-probabilistic model of the rotary belt grinding process / S. Bratan, A. Kolesov, S. Roshchupkin, T. Stadnik // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01078. – doi: 10.1051/matecconf/201712901078.
  9. Бржозовский Б.М., Захаров О.В. Обеспечение технологической надежности при бесцентровой абразивной обработке: монография. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – 216 с. – ISBN 978-5-7433-2220-6.
  10. Probing the effect of abrasive wear on the grinding performance of rail grinding stones / W. Zhang, Ch. Liu, Y. Yuan, P. Zhang, X. Fan, M. Zhu // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 64. – P. 493–507. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.02.014.
  11. Nosenko V.A., Nosenko S.V. Mathematical models of operating time and cutting capacity for various stages of flat creep feed grinding of horizontal surface by circle of direct profile // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2010. – Vol. 39, N 4. – P. 380–385. – doi: 10.3103/S1052618810040138.
  12. Интегральная обработка как эффективное направление решения задачи перехода к ресурсосберегающим технологиям / В.Ю. Скиба, В.В. Иванцивский, Н.П. Зуб, С.В. Туревич // Инновационная деятельность. – 2010. – № 10-1. – С. 66–69.
  13. Li H.N., Axinte D. On the inverse design of discontinuous abrasive surface to lower friction-induced temperature in grinding: an example of engineered abrasive tools // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2018. – Vol. 132. – P. 50–63. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2018.04.006.
  14. Grinding performance and wear of metal bond super-abrasive tools in grinding of Zr-based bulk metallic glass / F.-L. Zhang, G.-W. Huang, J.-M. Liu, Z.-J. Du, S.-X. Wu, C.-Y. Wang // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2021. – Vol. 97. – P. 105501. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2021.105501.
  15. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Пушнин В.Н. Методика назначения режимов обработки при совмещении операций абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2011. – № 4 (53). – С. 19–25.
  16. A strategy on generating structured plateau surface by the sinusoidal oscillatory lapping of the grinding wheel with the phyllotactic pattern of abrasive grains / Y. Lyu, Y. Liu, X. Li, H. Di, H. Wang // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 65. – P. 435–444. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.03.010.
  17. Effects of abrasive material and hardness of grinding wheel on rail grinding behaviors / R.X. Wang, K. Zhou, J.Y. Yang, H.H. Ding, W.J. Wang, J. Guo, Q.Y. Liu // Wear. – 2020. – Vol. 454–455. – P. 20332. – doi: 10.1016/j.wear.2020.203332.
  18. Shekhar M., Yadav S.K.S. Diamond abrasive based cutting tool for processing of advanced engineering materials: a review // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 22, pt. 4. – P. 3126–3135. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.03.449.
  19. Modelling and monitoring of abrasive finishing processes using artificial intelligence techniques: a review / V. Pandiyan, S. Shevchik, K. Wasmer, S. Castagne, T. Tjahjowidodo // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 57. – P. 114–135. – doi: 10.1016/j.jmapro.2020.06.013.
  20. Developing a machining strategy for hard-alloy polyhedral inserts on cnc grinding and sharpening machines / E.V. Vasil'ev, A.Y. Popov, A.A. Lyashkov, P.V. Nazarov // Russian Engineering Research. – 2018. – Vol. 38, N 8. – P. 642–644. – doi: 10.3103/S1068798X18080166.
  21. Grinding of Ti2AlNb intermetallics using silicon carbide and alumina abrasive wheels: tool surface topology effect on grinding force and ground surface quality / X. Xi, T. Yu, W. Ding, J. Xua // Precision Engineering. – 2018. – Vol. 53. – P. 134–145. – doi: 10.1016/j.precisioneng.2018.03.007.
  22. Roshchupkin S., Bratan S., Novosyolov Yu. Modeling of cutting forces in diamond drilling // International Journal of Innovative and Information Manufacturing Technologies. – 2015. – N 2. – P. 59–63.
  23. Grinding force and surface quality in creep feed profile grinding of turbine blade root of nickel-based superalloy with microcrystalline alumina abrasive wheels / Q. Miao, W. Ding, W. Kuang, Ch. Yang // Chinese Journal of Aeronautics. – 2021. – Vol. 34, iss. 2. – P. 576–585. – doi: 10.1016/j.cja.2019.11.006.
  24. Зорина М.М. Выбор материала круга для электрохимической обработки безвольфрамовых твердых сплавов // Journal of Advanced Research in Technical Science. – 2018. – № 9–1. – C. 65–66.
  25. Probabilities of abrasive tool grain wearing during grinding / V.A. Nosenko, E.V. Fedotov, S.V. Nosenko, M.V. Danilenko // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. – 2009. – Vol. 38, N 3. – P. 270–276. – doi: 10.3103/S1052618809030108.
  26. Галицкий В.Н., Курищук А.В., Муровский В.А. Алмазно-абразивный инструмент на металлических связках для обработки твердого сплава и стали. – Киев: Наукова думка, 1986. – 144 с.
  27. Шлифование труднообрабатываемых материалов кругами на связке Б156 / П.М. Салов, Д.П. Салова, Н.В. Мулюхин, В.В. Плотников // Материалы II-ой международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве». – Чебоксары, 2016. – С. 285–288.
  28. Повышение эффективности обработки высокопрочных композиционных материалов / А.С. Янюшкин, В.Ю. Попов, Н.П. Петров, Д.А. Рычков // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. – 2013. – Т. 1. – С. 146–149.
  29. Yanyushkin A.S., Lobanov D.V., Arkhipov P.V. Research of influence of electric conditions of the combined electro-diamond machining on quality of grinding of hard alloys // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – Vol. 91. – P. 012051. – doi: 10.1088/1757-899X/91/1/012051.
  30. Борисов М.А., Мишин В.А., Дементьев Д.А. Разработка программируемого устройства для управления параметрами тока при электрохимической обработке // Материалы III-ей Всероссийской научно-практической конференции «Проектирование и перспективные технологии в машиностроении, металлургии и их кадровое обеспечение». – Чебоксары, 2017. – С. 188–192.
  31. Борисов М.А., Мишин В.А. Аспекты применения электрохимического шлифования зубопротезных металлических изделий // Новые технологии науки, техники, педагогики высшей школы: материалы международной научно-практической конференции «Наука – Общество – Технологии – 2017». – М., 2017. – С. 157–159.
  32. Попов В.Ю., Янюшкин А.С. Формирование поверхностного слоя режущего инструмента при алмазной обработке кругами на металлической связке // Решетневские чтения. – 2014. – Т. 1. – С. 306–308.
  33. Bratan S., Roshchupkin S., Revenko D. Probabilistic approach for modeling electroerosion removal of grinding wheel bond // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1426–1431. – doi: 10.1016/j.proeng.2017.10.656.
  34. Research of influence electric conditions combined electro-diamond processing by on specific consumption of wheel / D.V. Lobanov, P.V. Arkhipov, A.S. Yanyushkin, V.Yu. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 142. – P. 012081. – doi: 10.1088/1757-899X/142/1/012081.
  35. Integrated processing: quality assurance procedure of the surface layer of machine parts during the manufacturing step "diamond smoothing" / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.K. Zhigulev, P.Yu. Skeeba, D.V. Lobanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 125. – P. 012031. – doi: 10.1088/1757-899X/125/1/012031.
  36. The research into the effect of conditions of combined electric powered diamond processing on cutting power / D.V. Lobanov, P.V. Arkhipov, A.S. Yanyushkin, V.Yu. Skeeba // Key Engineering Materials. – 2017. – Vol. 736. – P. 81–85. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.736.81' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.736.81.
  37. O’;Brien R.L. Welding handbook. Vol. 2. Welding processes, pt. 1. – 9th ed. – American Welding Society, 2004. – 720 p. – ISBN 0871717298. – ISBN 978-0871717290.
  38. Голюшов И.С., Смирнов В.М., Цай В.Н. О возможности применения конденсаторной сварки для соединения стального хвостовика с алмазной головкой на наноструктурированных медных связках // Материалы IV международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве» (Чебоксары, 18–19 декабря 2018 г.) – Чебоксары, 2018. – С. 475–481.
  39. Голюшов И.С., Смирнов В.М. О применении конденсаторной сварки в технологии изготовления алмазных головок на наноструктурированных медных связках // Современные технологии: проблемы и перспективы: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции для аспирантов, студентов и молодых ученых (Севастополь, 20–23 мая 2019 г.). – Севастополь, 2019. – Электронное издание № 195/19. – С. 66–72.
  40. Study of weld strength variability for capacitor discharge welding process automation / B.K. Paul, D.D. Wilson, E. McDowell, J. Benjarattananon // Science and Technology of Welding and Joining. – 2001. – Vol. 6, iss. 2. – P. 109–115. – doi: 10.1179/136217101101538613.
  41. Characterization of steel welded joints with hybrid projection and capacitor discharge welding (CDW) processes / F. Palano, S. Chiozzi, F.W. Panella, V. Dattoma // Materials and Manufacturing Processes. – 2012. – Vol. 27, iss. 12. – P. 1387–1391. – doi: 10.1080/10426914.2012.663140.
  42. Magda A., Burcal M., Lego M. Research regarding capacitor discharge stud welding with tip ignition on galvanized thin sheets // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 416. – P. 012015. – doi: 10.1088/1757-899X/416/1/012015.
  43. Oh H.S., Lee J.H., Yoo C.D. Simulation of capacitor discharge stud welding process and void formation // Science and Technology of Welding and Joining. – 2007. – Vol. 12, iss. 3. – P. 274–281. – doi: 10.1179/174329307X166803.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».