Справедливость этого предположения подтверждается сопоставлением уравнений для составляющих силы резания при обработке кругами концентрацией 100 и 200%. Увеличение концентрации алмазов в круге приводит к увеличению числа зерен, взаимодействующих, с обрабатываемой поверхностью, что вызывает рост силы резания. Изменение концентрации алмазов оказывает влияние на вклад других факторов в формировании силы резания. Так, при концентрации 100% вклад поперечной подачи в формирование нормальной составляющей примерно такой же, как и вклад скорости продольной подачи — разница в степени влияния не превышает 20%, а при концентрации 200%, т. е. при увеличении числа зерен алмазов на элементарном участке поверхности круга вдвое, степень влияния поперечной подачи в формировании силы резания также возрастает вдвое.
Степень влияния различных режимных факторов на показатели процесса, а также собственно значения этих показателей во многом определяются числом алмазных зерен на поверхности круга.
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что увеличение скорости круга вызывает рост нормальной составляющей, хотя при обычном шлифовании имеет место обратная зависимость. В связи с этим нами были проведены сравнительные исследования по методике однофакторного эксперимента при шлифовании кругами на различных связках и различных зернистостей, которые подтвердили полученные в многофакторном эксперименте результаты. Очевидно, это происходит вследствие ухудшения аэрогидродинамического режима зазора путем центробежного разбрасывания жидкости с поверхности круга, с одной стороны, и возрастания температуры обрабатываемой поверхности и испарения части жидкости в зазоре под воздействием этого тепла, с другой стороны.
В результате проведенных экспериментов установлено, что при электрохимическом шлифовании составляющие силы резания в зависимости от режимов обработки изменяются в довольно широком диапазоне. На величины составляющих силы резания существенное влияние оказывают напряжения источника тока. Увеличение напряжения интенсифицирует процесс анодного растворения, что, естественно, приводит к снижению силы резания.
Определенный интерес представляет изучение изменения степени влияния различных факторов на силу резания во времени. Известно, что увеличение продолжительности шлифования вызывает общее увеличение составляющих силы резания. При этом, если степень влияния скорости продольной подачи и глубины шлифования для кругов различных характеристик меняются по-разному, то вклад остальных факторов в формирование силы резания существенно возрастает. Необходимо отметить, что в условиях работы притуплёнными алмазными зернами резко возрастает влияние скорости вращения круга и, особенно, напряжения. В условиях интенсивного затупления алмазных зерен и падения их режущих свойств возрастает роль анодного растворения в съеме материала, и изменение напряжения источника тока будет решающим образом влиять на силу резания. Потерю режущих свойств круга целесообразно компенсировать интенсификацией, в первую очередь напряжения источника тока, так как уменьшение, например, подачи приведет к снижению производительности. Увеличение напряжения свыше 18 В нежелательно, так как это вызывает интенсивное искрение в рабочей зоне, ухудшает качество обработанной поверхности и приводит к повышенному износу круга. Поскольку шлифование торцом круга характеризуется достаточно высокой производительностью, а также с целью расширения технологических возможностей метода шлифования, большое внимание было уделено исследованию процесса электрохимического шлифования кругами чашечной формы.
При шлифовании торцом круга на износостойкость инструмента наибольшее влияние оказывает скорость продольной подачи, напряжение источника тока и глубина шлифования. Скорость круга влияет на износ алмазов несущественно. Удельный расход алмазов относительно невелик и колеблется в пределах 3—5 мг/г. Производительность обработки, как и при шлифовании периферией круга, определяется в основном скоростью продольной подачи глубиной шлифования.
Шероховатость обработанной поверхности определяется напряжением источника тока, глубиной шлифования и скоростью круга. Продольная подача на высоту микронеровностей влияния не оказывает." Столь существенная роль напряжения источника тока в формировании рельефа поверхности при шлифовании торцом круга объясняется значительным временем контакта круга с элементом обрабатываемой поверхности, что приводит к интенсивному межкристаллитному растравливанию. Если при обработке кругом формы ГШ время контакта колеблется в пределах 0,001—0,0001 с, то при шлифовании торцом круга оно составляет только 0,01—0,1 с.
Увеличение глубины шлифования приводит к возрастанию стружки, срезаемой одним зерном, и к увеличению числа кратковременных локальных пробоев. Действие обоих факторов направлено на увеличение шероховатости поверхности. Механизм влияния продольной подачи на рельеф нуждается в дальнейшем исследовании. На составляющие силы резания существенное влияние оказывает сечение снимаемой единичным зерном стружки и интенсивного анодного растворения поверхностного слоя.
На основании проведенных экспериментов оказалось возможным построение плоскостей равных уровней для различных показателей процесса и различных инструментов. По результатам исследований разработаны области одновременного существования конкретных значений шероховатости поверхности, удельного износа и фактической производительности для исследованных кругов, которые могут быть использованы для назначения режимов обработки (рис. 3). Сравнительная оценка моделей процесса электрохимического шлифования деталей из жаропрочных сплавов периферией и торцом круга свидетельствует об их качественном подобии при различной степени влияния отдельных факторов на выходные параметры процесса.
Электрохимическое шлифование, как и абразивное шлифование, способно вызывать значительные изменения свойств поверхностного слоя деталей. Возникающие в процессе обработки силы могут вызывать изменения микротвердости поверхностного слоя, появление остаточных напряжений, микротрещин и других дефектов. Исходя из этих соображений, были проведены исследования влияния технологических параметров на показатели качества поверхностного слоя обработанных поверхностей. Оценка качества обработанной поверхности производилась по степени и глубине наклепа, знаку, величине и глубине залегания остаточных напряжений. Исследования наклепа по глубине поверхности производили по мере стравливания слоев измерением микротвердости на приборе МПТ-3 при нагрузке 50 гс. Остаточные напряжения в поверхностном слое определяли по методу Давиденкова на плоских образцах размером 4X14X130 мм с нетравящими концами. Расчет остаточных напряжений производили по формуле
Остаточные напряжения рассчитывали с помощью ЭВМ. В принятых условиях электрохимического шлифования установлена закономерность изменения степени и глубины наклепа от глубины шлифования, продольной и поперечной подач, напряжения источника тока.
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что при электрохимическом шлифовании, несмотря на невысокие силы резания, поверхностный слой существенно упрочняется. Степень наклепа и глубина его залегания зависят от режимов обработки, особенно от напряжения источника тока. Например, увеличение поперечной подачи с 3 до 8 мм/ход приводит к увеличению степени наклепа поверхностного слоя с 410 до 510 кгс/мм2; глубина залегания наклепанного слоя увеличивается с 30 до 45 мкм. В то же время с увеличением напряжения источника тока в пределах исследованных значений (4—17 В) степень наклепа снижается примерно в 1,5 раза, а глубина залегания наклепанного слоя уменьшается c. 60 до 30 мкм. Величина, знак и характер распределения остаточных напряжений в поверхностном слое также существенно зависят от режимов обработки.
Установлено, что при электрохимическом шлифовании деталей из жаропрочных сплавов имеют место остаточные напряжения сжатия, величина которых колеблется в достаточно широких пределах в зависимости от режимов обработки и в ряде случаев достигает 60 кгс/мм2 . Глубина деформированного слоя превышает 150 мкм.
Большой практический интерес представляет экспериментально установленный факт незначительного влияния на остаточные напряжения механических режимов шлифования. Увеличение скорости круга и продольной подачи, при условии обеспечения требуемого качества поверхности, является важнейшим резервом повышения производительности труда.
Электрические режимы шлифования, как видно из сопоставления эпюр остаточных напряжений, полученных при различных напряжениях источника тока, оказывают существенное влияние на величину остаточных напряжений. Увеличение напряжения источника тока, т. е. интенсификация электрохимического растворения и уменьшение механического съема, приводит к уменьшению остаточных напряжений в тонком поверхностном слое, а глубина залегания при этом практически не изменяется. Абразивное шлифование кругами из белого электрокорунда при тех же режимах приводит к образованию остаточных напряжений растяжения, величина которых на поверхности достигает 40 кгс/мм2, а глубина залегания превышает 1000 мкм.