UDK 621.923.02 Шлифовальные (абразивные) инструменты. Общие вопросы
The article presents the developed composite compounds based on a photopolymer resin con-taining abrasive fractions of silicon carbide SiC for 3D printing of the tool. The developed pho-topolymer-abrasive compositions are investi-gated, the dependence of the viscosity of the compositions on the concentration of abrasive grains in them is revealed and shown. Based on the developed composite compounds, samples were made, their structure was presented and studied. Recommendations on the use and ap-plication possibilities of the developed compo-site are given.
COMPOSITE, ABRASIVE TOOLS, AD-DITIVE TECHNOLOGIES, 3D PRINTING.
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. Kovalchuk, Yu. M. Fundamentals of design and manufacturing technology of abrasive tools: a textbook for technical schools in the specialty "Production of abrasive and diamond tools" / Yu. M. Kovalchuk, V. A. Bukin, B. A. Glagovsky and others. ; Under the general editorship of Yu. M. Kovalchuk - M .: Mashinostroenie, 1984. - 228 p.
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). rr. 955-965. DOI: orghttps://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_93.
3. Goloburdin, D. A. Modeling of a single layer of an abrasive tool for 3D printing / D. A. Goloburdin, A. M. Kozlov, A. A. Kozlov // Fundamental principles of physics, chemistry and mechanics of science-intensive technological systems of shaping and assembly products. Collection of scientific papers of the International scientific symposium of mechanical engineering technologists. - Divnomorskoe, 2022. S. 83-87.
4. Eremina, R. M. Experimental problems of the general physical workshop on molecular physics and thermodynamics. transfer processes. Liquids and solids / comp. R. M. Eremina, A. I. Skvortsova, A. A. Mutygullina and others. - Kazan: Kazan. Univ., 2015. - 42 p.
5. Rvachev, V. L. Theory of R-functions and some of its applications / V. L. Rvachev. - Kyiv: Nauk. Dumka, 1992. - 551p.
6. Ambrosimov, S.K., Poddubnykh, I.Yu., Solving some problems of cutting by the methods of algebra of logic, Vestnik LGTU, no. 2 (43). 2020. S. 26-30
7. Kozlov, A. M., Kozlov, A. A., and Vasilenko, Yu. V. Modeling of machined surface when grinding with a non-circular face abrasive tool // Bulletin of YuUrGU. Series "Engineering" - 2016. - V. 16, No. 3. - P. 54-62.
8. Zlenko, M. A. Additive technologies in mechanical engineering / M. V. Nagaytsev, V. M. Dovbysh // manual for engineers. - M. SSC RF FSUE "NAMI" 2015. 220 p.
9. Zlenko, M. A., Popovich, A. A., Mutylina, I. N. Additive technologies in mechanical engineering. Textbook // St. Petersburg, St. Petersburg State University, 2013 - 221 p.
10. Valetov, V. A. Additive technologies (state and prospects). Tutorial. - St. Petersburg. : ITMO University, 2015 - 63 p.
