Исследование и подбор оптимального состава связанного алмазного инструмента, страница 7

Рисунок 4- Разрушения стекла зерном свободного абразива

Строение поверхности стекла, разрушенной шлифующим абразивом, имеет следующий характер. Неровности шлифованной поверхности представляют рельефный слой (рисунок 5), который характеризуют максимальной высотой Rzнеровностей или средним арифметическим отклонением профиля Ra. Численные значения Rzи Ra получают измерением неровностей поверхности с помощью профилометра, микроинтерферометра, двойного микроскопа Линника и других средств. Угол при вершине выступов и впадин неровностей равен 115-130° и не зависит от зернистости абразива. Наблюдается, хотя и недостаточно четко выраженная, связь его значения с химическим составом материала, определяющим механическую прочность. С повышением прочности угол возрастает.

Рисунок 5- Строение поверхности стекла, разрушенной шлифующим абразивом

При шлифовании неметаллических материалов неровностям поверхности, представляющим рельефный слой h_p, всегда сопутствует объемная сетка трещин, распространяющихся в глубь материала от уровня впадин. Эта зона h_тр носит название трещиноватого слоя. Общая глубина разрушения представляет  собой нарушенный слой F. Отношение глубины F нарушенного слоя к высоте h_p рельефного слоя не зависит от  зернистости абразива и для данного способа механической обработки является величиной постоянной » 4.

При шлифовании свободным абразивом глубина  F нарушенного слоя пропорциональна номеру зернистости абразива и коррелирует с относительной твердостью стекла по сошлифовыванию.

При шлифовании алмазным инструментом зависимость между глубиной F  нарушенного слоя и зернистостью алмазного порошка носит квадратичный характер. Меньшая глубина слоя, нарушаемого алмазным инструментом, является следствием меньшего угла, под которым разрушающие усилия направлены к обрабатываемой поверхности, и действия силы трения, которая смещает в этом направлении максимальные касательные напряжения.

Шлифование алмазным инструментом независимо от вида выполняемой операции представляет собой процесс хрупкого разрушения материала, которое происходит в результате царапающего воздействия закрепленных зерен. Когда режущая кромка зерна вступает в контакт с материалом, в его поверхностном слое под действием сил, совпадающих с направлением подачи и направлением движения зерна, возникают напряжения. По мере нарастания силы резания напряжения увеличиваются, достигают предела прочности материала и превышают его. При этом перед режущей кромкой зерна появляются трещины, направленные в сторону его движения. Происходит хрупкое разрушение материала  - выкалывание частиц, отделяемых от основной массы. При дальнейшем движении зерно вновь входит в контакт с материалом, процесс нарастания усилий, напряжений и разрушения повторяется. Действие зерна, испытывающего резко меняющуюся нагрузку, носит вибрационный характер. Общее время t_цодного цикла элементарного разрушения (рисунок 6, 7) складывается из времени t₁ роста напряжения и времени t₂, в течение которого происходит образование, рост трещины и отделение частиц материала. За время t_ц напряжение s достигает критического значения s_max и падает до минимального s_min.

Вдоль пути, пройденного единичным алмазным зерном, остается царапина. Взаимное пересечение большого числа царапин, образованных всеми одновременно работающими зернами, приводит к отделению множества частиц. Образуется шероховатая шлифованная поверхность.

Рисунок  6- Цикл элементарного разрушения стекла закрепленным алмазным зерном

Рисунок 7-Силы, действующие на алмазное зерно и обрабатываемый материал в процессе шлифования

При алмазном шлифовании отношение глубины F нарушенного слоя к высоте h_p рельефного слоя составляет » 2,7 (при 4, для свободного абразива).

Разумеется, строение шлифованной поверхности влияет на механическую прочность обрабатываемого материала. Рельефный слой h_р при постоянной глубине трещиноватого слоя h_тр на механическую прочность не влияет. С уменьшением трещиноватого слоя прочность возрастает и при его полном удалении приближается к теоретическому пределу разрушения.