УДК 621.923.02 Шлифовальные (абразивные) инструменты. Общие вопросы
В статье представлены разработанные композитные составы на основе фотополимерной смолы, содержащей абразивные частицы карбида кремния SiC, для 3D-печати инструмента. Исследованы разработанные фотополи-мерабразивные составы, выявлена и показана зависимость вязкости составов от концентрации в них абразивных зёрен. На основе разработанного композитного состава изготовлены образцы, представлена и исследована их структура. Приведены рекомендации по использованию и возможностям применения разработанного композита.
КОМПОЗИТ, АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ, АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, 3D-ПЕЧАТЬ.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Постоянное повышение требований к быстроходности, производительности и качеству машин неразрывно связано с разработкой новых материалов. Разрабатываются новые сплавы металлов, сочетающие в себе различные свойства, новые композитные материалы, применяемые в различных отраслях ‒ от машиностроительной до авиакосмической и медицинской.
Для обработки новых материалов развивается, и инструментальное производство ‒ появляются новые твёрдые сплавы, позволяющие производить высокоскоростную обработку, различные композиты для обработки труднообрабатываемых материалов. Однако, подобное развитие, по большей части, наблюдается в сфере лезвийной обработки, в то время как исследований абразивной обработке металлов значительно меньше. В большинстве случаев для обработки металлов на шлифовальных станках применяется абразивный инструмент, изготовленный традиционно из электрокорунда Al2O3, либо же карбида кремния SiC и связки ‒ кремниевой, бакелитовой, либо иной, в зависимости от назначения инструмента.
На машиностроительных предприятиях имеется подавляющее большинство подобного абразивного инструмента, поскольку технология изготовления такого инструмента известна и отлажена [1]. Однако, его промышленное производство экономически целесообразно только при заказе партии от десятков до сотен штук. Быстрая смена объектов производства требует настолько же быстрой смены инструмента, причем его характеристики должны соответствовать новому обрабатываемому материалу. Рекомендуемых режимов обработки для новых конструкционных материалов в литературе, как правило, нет.
В этой связи актуальным становится исследование новых методов изготовления абразивного инструмента, например, с помощью аддитивных технологий [2, 3], позволяющих оперативно получать инструмент с необходимыми характеристиками.
2 Материалы и методы
Структура выпускаемых заводских образцов абразивного инструмента представлена на рисунках 1-3. Фотографии получены с помощью электронного микроскопа модели G600. На рисунках чётко видна внутренняя структура инструмента, состоящая из абразивных зерен, имеющих острые режущие кромки, связующего материала, а также пор – пустот между абразивными зёрнами.
|
|
|
|
Рисунок 1 – Структура шлифовального круга из карбида кремния на керамической связке |
|
|
|
|
||
|
Рисунок 2 – Структура шлифовальной головки из электрокорунда белого на керамической связке |
|||
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3 – Структура шлифовального круга из электрокорунда хромистого на керамической связке |
|
||
Для исследования внутренней структуры композита, разрабатываемого для 3D-печати абразивного инструмента, были спроектированы (рис. 4), а затем изготовлены (рис. 5) наборы матриц. Матрицы представляют собой две раздельные полуформы, необходимые для последующего извлечения исследуемых образцов. Характеристики матриц представлены в таблице 1. Изготовление матриц производилось с помощью 3D-печати на принтере Creality CR-200B с областью печати 200 × 200 × 200 мм (рис. 6), Материалом служил PET-G пластик, диаметр прутка 1,75 мм. Данный материал сочетает в себе совокупность физико-механических свойств, необходимых для изготовления матриц, износостойкость, прочность, малую усадку при печати и т.д. Во избежание появления дефектов печати, вызванных гигроскопичностью филамента, проводилась дополнительная сушка прутка в специальном приспособлении Sovol 3D Filament Dryer (рис. 6) при 50 0С в течение 6 часов. Для исследований был принят круг типа 1 – прямого профиля по ГОСТ Р 52781-2007.
|
|
|
|
|
|
а |
б |
в |
|
|
а – матрица № 1; б – матрица № 2; в – матрица № 3
Рисунок 4 – 3D модели матриц
|
|||
|
|
|
||
|
Рисунок 5 – Напечатанные матрицы |
|
||
|
|
|
1. Ковальчук, Ю. М. Основы проектирования и технология изготовления абразивного инструмента : учебное пособие для техникумов по специальности «Производство абразивного и алмазного инструмента» / Ю. М. Ковальчук, В. А. Букин, Б. А. Глаговский и др. ; Под общей редакцией Ю. М. Ковальчука - М. : Машиностроение, 1984. - 228 с.
2. Goloburdin D. A., KozlovA. M., Ivanova T. N., Kozlov A. A. Research of abrasive tool manufacturing in single and small-scale production // Proceedings of the 8th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2022 LNME). рр. 955-965. DOI : orghttps://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_93.
3. Голобурдин, Д. А. Моделирование единичного слоя абразивного инструмента для 3D-печати / Д. А. Голобурдин, А. М. Козлов, А. А. Козлов // Фундаментальные основы физики, химии и механики наукоёмких технологических систем формообразования и сборки изделий. Сборник научных трудов Международного научного симпозиума технологов-машиностроителей. - Дивноморское, 2022. С. 83-87.
4. Ерёмина, Р. М. Экспериментальные задачи общего физического практикума по молекулярной физике и термодинамике. Процессы переноса. Жидкости и твёрдые тела / сост. Р. М. Ерёмина, А. И. Скворцова, А. А. Мутыгуллина и др. - Казань : Казан. Ун-т, 2015. - 42 с.
5. Рвачев, В. Л. Теория R-функций и некоторые её приложения / В. Л. Рвачев. - Киев : Наук. Думка, 1992. - 551с.
6. Амбросимов, С. К. Решение некоторых задач обработки резанием методами алгебры логики / С. К. Амбросимов, И. Ю. Поддубных // Вестник ЛГТУ, № 2 (43). 2020. С. 26-30
7. Козлов, А. М. Моделирование обработанной поверхности при шлифовании некруговым торцовым абразивным инструментом / А. М. Козлов, А. А. Козлов, Ю. В. Василенко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение» - 2016. - Т. 16, № 3. - С. 54-62.
8. Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении / М. В. Нагайцев, В. М. Довбыш // пособие для инженеров. - М. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015. 220 с.
9. Зленко, М. А., Попович А. А., Мутылина И. Н. Аддитивные технологии в машиностроении. Учебное пособие // Санкт-Петербург, СПбГУ, 2013 - 221 с.
10. Валетов, В. А. Аддитивные технологии (состояние и перспективы). Учебное пособие. - СПб. : Университет ИТМО, 2015 - 63 с.
