Підвищення ефективності процесу шліфування полікристалічних надтвердих матеріалів алмазними кругами на органічних і металевих зв’язках

І. В. Волошкіна; І. М. Пижов

doi:10.31471/1993-9965-2026-1(60)-88-93

Автор(и)

І. В. Волошкіна Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, 61000, Україна
І. М. Пижов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, 61000, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9965-2026-1(60)-88-93

Ключові слова:

полікристалічні надтверді матеріали, процес шліфування, алмазний круг, зв'язка круга, робоча поверхня круга, механізм самозаточування круга, спосіб шліфування, вихідні показники обробки, моделювання процесу шліфування, напружено-деформований стан

Анотація

У роботі розглянуто специфіку самозаточування алмазних шліфувальних кругів, виготовлених на органічних і металевих зв’язках, при обробці полікристалічних надтвердих матеріалів (ПНТМ). Традиційні методи обробки стикаються зі значними труднощами через співмірну твердість інструмента та оброблюваного матеріалу, що призводить до інтенсивного зношування алмазних зерен і переходу процесу шліфування у режим тертя. Обґрунтовано положення про те, що взаємодія матеріалів зі співмірною твердістю формує особливі умови реалізації механізму самозагострювання алмазоносного шару, який відрізняється від класичних уявлень про руйнування абразиву. Вперше експериментально виявлено періодичний характер процесу самозаточування та визначено його фізичну природу на базі досліджень обробки синтетичних полікристалічних алмазів марки АСБ кругами типу 12A2-45. Показано, що вирішальним чинником цього явища є динамічна силова напруженість у зоні контакту. Обґрунтовано, що наявність періодичності свідчить про потенційні резерви підвищення ефективності процесу шліфування. Для стабілізації процесу та забезпечення постійної ріжучої здатності круга на металевій зв'язці запропоновано використання спеціального пристрою електрохімічного управління рельєфом, який в автоматичному режимі підтримує оптимальну висоту виступання зерен. Доведено, що такий підхід дозволяє на 10–15% зменшити витрату алмазів і підвищити якість оброблюваної поверхні. Також проаналізовано особливості самозагострювання кругів на органічних зв'язках, де пружна деформація зв'язки сприяє виникненню мікротріщин у зернах і формуванню нових ріжучих кромок. На основі отриманих результатів визначено шляхи подальшої оптимізації процесу шліфування із застосуванням сучасних методів 3D-моделювання напружено-деформованого стану в зоні різання.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

1. McNamara, D., Alveen, P., Carolan, D., Murphy, N., Ivanković, A. Fracture toughness evaluation of polycrystalline diamond as a function of microstructure. Engineering Fracture Mechanics, 2015, Vol. 143, pp. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.06.008

2. Schwander, M., Partes, K. A review of diamond synthesis by CVD processes. Diamond & Related Materials, 2011, 20(9):1287–1301. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2011.08.005

3. Bergs T. Tribological conditions in grinding of polycrystalline diamond. Diamond & Related Materials, 2020. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108971

4. Lu Y., Wang B., Rosenkranz A. et al. Nanoscale smooth and damage-free polycrystalline diamond surface ground by coarse diamond grinding wheel. Diamond & Related Materials, 2022. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.108971

5. Kundrák, J., Fedorenko, D.O. Fedorovich, V. О., Fedorenko, E.Y., & Ostroverkh, E.V. Porous diamond grinding wheels on ceramic binders: Design and manufacturing. Manufacturing Technology, 2019, Vol. 19, No. 3, pp. 446–454. https://doi.org/10.21062/ujep/311.2019/a/1213-2489/MT/19/3/446

6. Li, H., & Chen, X. (2023). Wear characteristics and self-sharpening mechanism of micro-grooved diamond grinding wheel for optical glass. Journal of Manufacturing Processes, 101, 796-808. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.07.067

7. Wang, F., Liu, Y., & Zhao, Q. (2024). Advanced grinding technology for polycrystalline diamond: A review on mechanisms and wheel topography. Tribology International, 193, 109312. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109312

8. Grabchenko A.I., Dobroskok V.L., & Fedorovich V.A. (2006). 3D modeling of diamond-abrasive tools and grinding processes. Kharkiv: NTU "KhPI". 364 p.

9. Kundrák, J., Fedorovich, V., Markopoulos, A. P., Pyzhov, I., & Kryukova, N. (2016). Diamond grinding wheels production study with the use of the finite element method. Journal of Advanced Research, 7(6), 1057–1064. https://doi.org/10.1016/j.jare.2016.08.003

10. Kundrák, J., Fedorovich, V., Markopoulos, A. P., Pyzhov, I., & Ostroverkh, Y. (2022). Theoretical Assessment of the Role of Bond Material during Grinding of Superhard Materials with Diamond Wheels. Machines (MDPI), 10(7), 543. https://doi.org/10.3390/machines10070543

11. Xu, L., et al. (2023). Fabrication and Polishing Performance of Diamond Self-Sharpening Gel Disc. Micromachines, 15(1), 56. https://doi.org/10.3390/mi15010056

12. Gołąbczak, M., Gołąbczak, A., & Tomczyk, B. (2021). Electrochemical and X-ray Examinations of Erosion Products during Dressing of Superhard Grinding Wheels Using Alternating Current and Ecological Electrolytes of Low Concentration of Chemical Compounds. Materials, 14(6), 1375. https://doi.org/10.3390/ma14061375

13. Zhou, L., Morgan, M. N., & Lin, C. (2022). An investigation of the grinding characteristics of polycrystalline diamond (PCD) tools. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 144(5), 051009. https://doi.org/10.1115/1.4052345

14. Kovalenko, V., Kopecký, L., & Píška, M. (2022). Wear mechanisms of diamond grains in grinding wheels with organic bonds when grinding PCD. Materials, 15(13), 4658. https://doi.org/10.3390/ma15134658

15. Mamalis, A.G., Grabchenko, A.I., Fedorovich, V.A., & Kundrák, J. (2009). Methodology of 3D simulation of processes in technology of diamond-composite materials. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 43(11–12), 1235–1250. https://doi.org/10.1007/s00170-008-1802-0