Obrabotka Metallov. 2017 no. 1(74)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (74) 2017 31 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ В последние годы очевидна тенденция на стабильное увеличение интереса производства к алмазным шлифовальным кругам [1]. С их по- мощью обрабатываются многие ответственные детали. Подобная популярность может быть свя- зана с тем, что инструмент из синтетического алмаза постепенно «завоевал» металлообраба- тывающую отрасль промышленности, которая по достоинству оценила его уникальные возмож- ности и теперь охотнее создает некоторые спе- цифические условия для его эффективной работы. Несмотря на свои прочностные характери- стики, высокотехнологичный алмазный инстру- мент склонен терять в процессе шлифования ре- жущие свойства путем изнашивания алмазных кристаллов или их адгезионного засаливания (ГОСТ 21445–84) [2]. Интенсивность этих про- цессов, а также создаваемые ими силы резания и трения могут быть так велики, что засален- ный круг способен остановить вращающий- ся шпиндель шлифовального станка. Поэтому изучение процессов, протекающих в зоне кон- такта, описание причин потери работоспособ- ности шлифовальных кругов с использованием компьютерных методов моделирования структу- ры и свойств материалов при их резании и пре- допределяют актуальность данной работы. Засаленный слой на поверхности алмазного шлифовального круга образуется в несколько различных по своей природе этапов, протека- ние которых подтверждается современными научными представлениями об адгезии [3–5]. В каждом отдельном случае при обработке раз- личных материалов, шлифовании различными абразивами могут преобладать различные меха- низмы адгезии, справедливые для конкретных термодинамических, фазовых и кинетических характеристик процесса [2–5]. Раскрыть суть этого процесса возможно только при комплекс- ном исследовании в области материаловедения, технологии машиностроения, химии и физики твердого тела путем атомной визуализации юве- нильных поверхностей [6]. Для этого необходи- мо учитывать специфику синтеза искусственных алмазов, которая предыдущими исследовате- лями практически не учитывалась. Однако, как будет показано ниже, крайне важно знать, какие алмазные кристаллы, с какими внутренними и поверхностными дефектами идут на изготовле- ние современного шлифовального инструмента. В настоящее время в абразивном инструмен- те используются кристаллы «металл-синтетиче- ского» алмаза, которые образуются при высоких давлениях и температурах в металлических рас- плавах с растворенным в них углеродом. Это свя- зано с тем, что ростовая среда на основе металлов катализаторов, например, таких как никель, хром или кобальт, хорошо растворяет графит. В момент своего роста в кристаллы алмаза в виде включе- ний и примесей проникают все побочные фазы, которые находятся в реакционной камере [7–10]. Последующее воздействие на кристаллы может минимизировать некоторые дефекты алмаза. Оно заключается в различных видах радиационного воздействия, различных вариантах высокотемпе- ратурного отжига, а также сочетании различных комбинаций на их основе [11, 12]. Таким образом, после синтеза практически каждый алмаз имеет наноразмерные несовер- шенства структуры и различные дефекты. Все авторы, чьи исследования посвящены пробле- мам физики и материаловедения синтетических алмазов, единодушны во мнении, что наличие дефектов в алмазах оказывает сильное влияние на их физические свойства (механические, маг- нитные, электрические и пр.) и особенно влияет на их прочность, а точнее, на термопрочность после синтеза [11–16]. Поскольку свойства алмаза определяются этими дефектами, то от них напрямую зависят эксплуатационные характеристики алмазного инструмента (или приборов и изделий), содер- жащего алмазы. Так, в процессе шлифования инструмент испытывает какое-либо внешнее воздействие (давление, температуру, окисление, влияние электрического тока и пр.), и поведе- ние алмаза, находящегося в инструменте, также зависит от характера этого воздействия. Соот- ветственно моделирование процессов резания с учетом основных дефектов, встречающихся в синтетическом алмазе, будет более точным как с точки зрения фундаментальной науки, так и компьютерного моделирования объектов физики твердого тела [2]. Методика исследования Объектом исследования является техноло- гия шлифования изделий машиностроения, со- четающая в себе комбинированное воздействие