Actual Problems in Machine Building 2019 Vol. 6 No. 1-4

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 6. № 1-4. 2019 Инновационные технологии в машиностроении ____________________________________________________________________ 87 Также немаловажным этапом моделирования является выбор уравнения, описывающего поведения обрабатываемого материала, находящегося под экстремально высокими нагрузками при обработке(сдвиговые скорости, контактные напряжения и т.д.). Разрушения высокопрочных материалов, таких как твердый сплав и минералокерамика, с достаточной точностью описывают модели разрушения Джонсона – Кука и Джонсона – Холмквиста соответственно [17,18]. Необходимо учесть, что при моделировании подобных инструментальных материалов делается допущение, что материалы обладают сплошностью и анизотропностью. Введем некоторые допущения и в отношении технологической системы, считая, что оборудование абсолютно жесткое и съем материала осуществляется за один рабочий ход, засаливанием круга пренебрегаем, а скорость круга принимаем постоянной. В качестве модели обрабатываемой детали возьмем пластину с габаритными размерами: a– ширина, b– длина, c – высота и углом заострения β, жестко закрепленную по основанию. Результаты моделирования по приведенной методики позволят описать распределения поврежденности в теле обработанной пластины, и оценить остаточную пластическую деформацию. Но приведенная методика не позволяет описать процесс трещинообразования в обрабатываемом материале, так как механизм возникновения трещин достаточно сложен и имеет различные причины, которые не учитываются в описанной ранее методике. Рассмотрим причины трещинообразования, на примере однокарбидных твердых сплавов. Возможно предположить, что причины возникновения трещин могут иметь механическую, термическую и термодиффузионную природу. Механическая составляющая возникновения трещин образуется в процессе резания, за счет кинетической энергии сообщающейся обрабатываемому материалу от удара абразивных зерен. Зарождение и распространение трещины происходит в кобальтовой связке и растет преимущественно по границе раздела двух твердых фаз. Можно предположить, что такой механизм трещинообразования характерен для высокоскоростных процессов обработки, например, скоростного шлифования [19,20]. Термическая составляющая трещинообразования образуется за счет термических нагрузок во время шлифования, которые возникают в процессе резания и засаливания шлифовального круга. Коэффициенты теплового расширения карбида вольфрама и кобальта различаются практически в 4 раза, в результате нагрева в твердом сплаве возникаю внутренние растягивающие напряжения. Также в механизме трещинообразования немаловажна скорость охлаждения, так как теплоемкость двух составляющих твердого сплава также отличаются примерно 4 раза, что дополнительно повышает напряжения в связке. Усугубляет процесс трещинообразования величина зерен карбида вольфрама (в однокарбидных сплавах 0,1…4 мкм) и форма зерна, где вершины зерен будут являться начальными «зародышами» образования трещины. Другим механизмом трещинообразования является термодиффузионная составляющая. В своей работе [21] авторы доказывают, что в верхних слоях твердого сплава наблюдается переконцентрация углерода, в результате чего происходит рост карбидных зерен. Углерод поступает в верхние слои твердого сплава из низлежащих слоев, а также от алмазоносного слоя абразивного инструмента. При комнатной температуре скорость роста тета-фазы карбида вольфрама пренебрежимо мала. Но с увеличением температуры в зоне резания скорость роста зерна возрастает. Несмотря на сложность моделирования процесса шлифования с учетом реальных процессов, протекающих в зоне резания, и множественных ограничений, наложенных на систему, создание таких моделей позволит на начальных этапах исследований оценить методы формообразования с точки зрения производительности и качества затачивания.