Obrabotka Metallov. 2016 no. 4(73)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (73) 2016 18 ОБОРУДОВАНИЕ. инструменты Атомистическое моделирование Традиционное математическое описание не обладает достаточной наглядностью для де- монстрации трудных для понимания аспектов атомистической трибологии резания металлов, где одновременно протекают разные по своей физической природе процессы. Единственным способом восполнить этот пробел является мо- лекулярно-динамическое (МД) моделирование. В этой части работы использовались методы мо- лекулярной динамики для визуализации динами- ческих, скоротечных изменений, происходящих при шлифовании, где преобладают процессы, не- возможные для непосредственного наблюдения никакими иными инструментальными средства- ми. Для визуализации поверхностей, в отличие от их молекулярного моделирования, достаточно подобрать масштаб таким обра- зом, чтобы визуальная картина отличалась наибольшей нагляд- ностью тех изменений, которые происходят в атомной структуре во время резания. Было опреде- лено [2], что наиболее просто (с точки зрения математического аппарата) реализовать визуализа- цию ювенильных поверхностей по атомам, когда профили обра- батываемой поверхности и алмаз- ного зерна задаются в виде блока атомов с соответствующей кри- сталлической решеткой. В этом случае поверхность представля- ется как плоскость, состоящая из элементарных блоков (кластеров) кристаллических решеток. Была создана адекватная динамичная (т. е. в движении) 3D-модель царапания алмазным зерном поверхности быстрорежу- щей стали, основанная на ранее выполненных фундаментальных и прикладных исследованиях [13–15]. Для проверки адекват- ности моделирования проводи- лось сравнение профилей, полу- ченных после электроалмазной обработки и МД-моделирования. Сравнение показало достаточно хорошее совпадение параметров поверхностей. Результаты и обсуждение При исследовании процесса шлифования [17–20], моделировании его закономерностей [21–24] необходимо учитывать воздействие то- чечных и объемных дефектов внутри зерна ал- маза, так как именно они ответственны за их разрушение и износ. Так, расчетная прочность алмаза с «идеальной» кристаллической струк- турой достигает 10 000 Н/мм 2 , но, как показы- вает практика, прочность реального алмаза в 100…1000 раз меньше [25]. При анализе полученных при помощи рас- тровой электронной микроскопии изображений видно (рис. 1), что даже на поверхности не уча- ствовавших в процессе резания алмазных зерен (рис. 1, а ), а также на их гранях присутствуют Рис. 1 . Внешние картины алмазных зерен в связке шлифовального круга: а – зерна с нарушениями кристаллической структуры (показаны стрелками); б – зерно, находящееся в засаленном слое и треснувшее вместе с ним в результате внутреннего дефекта; в – зерна в разломе связки со следами объемных микродефектов; г – отдельное зерно в разломе связки со следами пластинчатых дефектов кристаллической решетки; д – объемное разрушение вершины алмаза в виде макроскола; е – износ режущей поверхности алмаза по микрослоям роста, которые находятся в диапазоне 0,2…4 мкм; ж – объемное разрушение вершины алмаза в виде микроскола; з – износ режущей поверхности алмаза по нанослоям роста, которые находятся в диапазоне 10…300 нм