Важнейшим фактором обеспечения заданного качества поверхности при изготовлении детали и поддержания его на заданном уровне в процессе эксплуатации является внешняя среда, обладающая специальными физическими и химическими свойствами. В экстремальных условиях контактного взаимодействия внешняя среда вступает во взаимодействие с контактируемыми поверхностями, изменяя их первоначальное состояние [1].
Специфика шлифования стали аустенитного класса, вязких и труднообрабатываемых материалов, связана с процессом экстремального взаимодействия в виду налипания стружки на рабочую поверхность круга, в результате чего контакт носит характер металл по металлу.
Возникает необходимость в исследовании особенности природы контактного взаимодействия протекающего в столь сложных и экстремальных условиях, что позволит вырабатывать механизмы направленного воздействия на процесс с целью его перевода в область резания с наименьшими усилиями.
Наиболее распространенным и информативным методам исследования контактного взаимодействия абразивного зерна с обрабатываемым металлом является электронная микроскопия [2], а для химического анализа поверхностного слоя Оже-спектроскопия [3], микрорентгеноспектральный анализ [4] и др.
Методика эксперимента
Непосредственно получение поверхности для дальнейшего проведения комплекса исследований осуществляли с использованием экспериментального стенда на базе прецизионного профилешлифовального станка с ЧПУ CHEVALIER модель Smart-B1224III. В качестве исследуемого материала использовали аустенитную нержавеющую сталь 12Х18Н10Т с твердостью НВ 200 – 220. Характеристика абразивного инструмента – 24АF60K7V5. Режимы обработки: скорость круга – 30 м/с; скорость стола – 15 м/мин; вертикальная подача – 0,02 мм/дв.ход; величина съема материала – 0,2 мм. Шлифование осуществляли с применением СОЖ – раствор кальцинированной соды (0,3%).
Исследование химического состава и структуры поверхностей обрабатываемого материала проведены на основе последних мировых достижений в области физических методов контроля качества поверхности с использованием растрового двухлучевого электронного микроскопа Versa 3D LoVac при ускоряющем напряжении U = 5 ÷ 20 кВ.
Процесс шлифования сталей данного класса сопровождается налипанием крупных стружек на рабочую поверхность абразивного инструмента. Для более полной оценки протекания физико-химических процессов в зоне резания проводили исследования стружки налипшей на рабочую поверхность круга.
Перед проведением электронно-микроскопических исследований для удаления загрязнений с поверхности, образцы и стружку очищали в этаноле с использованием ультразвуковой ванны (мощность 50 Вт, продолжительность 3 минуты).
Результаты
Электронно-микроскопические исследования обрабатываемой поверхности и контактируемой поверхности стружки чистым абразивным инструментом показали, что процесс взаимодействия происходит через небольшие площадки контакта (рис.1), следовательно, эти площадки будут центрами адгезионного схватывания.
а б
Рисунок 1. Морфология поверхности стружки (а) и обрабатываемого металла (б) при увеличении 30000×
Исследование поверхности стружки контактируемой непосредственно с абразивными зернами и связкой (обратная сторона стружки) подтверждает присутствие вдавленных в нее осколков абразивного материала (рис.2 а). Кроме того, наблюдаются следы адгезионного взаимодействия составляющих абразивного инструмента со стружкой, что говорит о наличие плотного контакта с возможным образованием различных по природе химических соединений (рис.2 б).
а б
Рисунок 2. Общий вид обратной стороны стружки (а) и следы адгезионного взаимодействия с элементами абразивного инструмента (б)
При абразивной обработке нержавеющей стали 12Х18Н10Т чистым инструментом наблюдается процесс налипания стружки на рабочую поверхность круга, в результате чего отмечается значительное по площади контактное взаимодействие металла по металлу, что определяет напряженно-силовой характер шлифования. Механизм разрушения абразивного зерна затрагивает и обрабатываемую поверхность, в результате чего обнаруживаются включения микросколов, которые в дальнейшем будут оказывать влияние на процесс резания и контактного взаимодействия [5].
Поверхность обработанная с помощью импрегнированного инструмента более однородная и в отличии от поверхности прошлифованной стандартным инструментом не имеет следов адгезии. В совокупности характер поверхности указывает о более благоприятном процессе протекающим в зоне контакта при использованиии импрегнированного абразивного инструмента.
Выводы по работе
1. При шлифовании стандартным абразивным инструментом нержавеющей стали 12Х18Н10Т наблюдается процесс налипания (можно сказать вдавливания) крупной стружки на рабочую поверхность круга, в результате чего отмечается значительное по площади контактное взаимодействие металла по металлу, что определяет напряженно-силовой характер шлифования.
2. На обработанной поверхности стружки обнаружены микронеровности являющиеся осколками абразивных зерен и связки абразивного инструмента, что указывает на изменение характера разрушения абразивных материалов при образовании в зоне контакта продуктов термического разложения импрегнатора, тем самым переводя процесс скалывания или вырывания на микро скалывание.
Библиографический список
- Юсупов Г. Х., Колев С. А. Влияние физико-химических явлений на взаимосвязь абразивных зерен с обрабатываемым материалом в процессе резания // Интеллектуальные системы в производстве. – 2010. – № 1. – С. 206-209.
- Wojciech Kapłonek, Krzysztof Nadolny Assessment of the grinding wheel active surface condition using SEM and image analysis techniques // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2013, vol. 35, pp. 207 –215
- Баранов, А.В., Вагнер В.А., Быкова О.В. Спектральный элементный анализ стальных поверхностей трения // Ползуновский альманах. – 2008. – №3. С. 35-36
- Swati Ghosh, M. Kiran Kumar, Vivekanand Kain High temperature oxidation behavior of AISI 304L stainless steel—Effect of surface working operations // Applied Surface Science, 2013, vol. 264, pp. 312– 319
- Митрофанов А.П., Крутикова А.А., Паршева К.А. Исследование состояния рельефа и химического состава поверхностного слоя коррозионно-стойкой стали в процессе экстремального взаимодействия при шлифовании // Металлообработка. – 2016. – № 6 (100). – C. 34-37
Количество просмотров публикации: Please wait