Абразивные инструменты и их характеристика

АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Абразивная обработка – это обработка резанием, осуществляемая множеством абразивных зерен. Абразивная обработка может осуществляться свободными и связанными абразивными зернами. Связанные абразивные зерна образуют абразивный инструмент, который может изготавливаться в виде шлифовальных кругов, брусков, головок, сегментов, лент и шкурок. Свободный абразив может использоваться в виде паст, суспензий, порошков.

В настоящее время абразивные методы обработки очень широко используются в промышленности, они позволяют обеспечить точность размеров до 1 квалитета и шероховатость поверхности до = 0,08 мкм.

а б в г д е ж з Рис. 83. Наиболее распространенные формы абразивных инструментов: а – плоские прямого профиля (ПП); б – плоские с выточкой (ПВ); в – дисковые (Д); г – тарельчатые; д – чашечные цилиндрические (ЧЦ); е – чашечные конические (ЧК); ж – головки цилиндрические; з – бруски хонинговальные  

Каждый вид инструмента, используемый при абразивной обработке, имеет свои особенности, обусловленные его назначением, конструкцией станка, выполняемой операцией, материалом заготовки и требованиями к обработанной детали. На рис. 83 приведены наиболее распространенные формы абразивных инструментов.

Подробно области применения вышеуказанных кругов приведены в работе [9].

При выборе размеров круга следует брать возможно большие диаметр и высоту, так как это улучшает условия шлифования и снижает стоимость обработки. Верхний предел размеров круга ограничивается конструкцией и размерами станка, иногда – размерами и формой обрабатываемых заготовок.

Вещества природного или искусственного происхождения, содержащие минералы высокой твердости и прочности, зерна и порошки которых способны обрабатывать поверхности других твердых тел путем царапания, скобления или истирания, называют абразивными материалами. Из природных абразивных материалов применяют алмаз, кварц, корунд, кремень и др. К искусственным абразивным материалам относятся: электрокорунд и его разновидности; карбиды кремния и бора; синтетические алмазы, кубический нитрид бора и др.

Наибольшее применение в настоящее время получили искусственные электрокорундовые абразивные материалы, так как они обладают более высокими и стабильными качествами.

Электрокорунд, получающийся при плавке шихты, составленной из естественных бокситов (или глинозема) и других веществ, представляет собой корунд (кристаллический оксид алюминия ) с незначительными примесями других минералов и выпускается следующих разновидностей:

- нормальный (12А-16А, 18А), содержащий 91…97 % . Основную массу зерна выпускают марки 15А. Цвет зерен – от розового и светло-коричневого до темно-коричневого;

- белый (22А-25А), содержащий 97…99 % и выше. Цвет зерен – бело-розовый или белый;

- хромистый (технический рубин, 32А-34А) – получают путем плавки в электродуговых печах глинозема с добавкой оксида хрома. Он содержит не менее 97 % и 0,4…1,2 % . Зерна хромистого электрокорунда по цвету сходны с рубином, имеют розовую или темно-вишневую окраску, обладают более высокой по сравнению с электрокорундом белым стабильностью физико-механических свойств и содержат больший процент монокристаллов;

- титанистый (технический сапфир, 37А) – получают также путем плавки глинозема, но с присадками диоксида титана. Форма зерен титанистого электрокорунда более изометричная, что позволяет повысить абразивную способность инструментов;

- циркониевый, выпускаемый марки 38А, получают путем плавки в электропечах из сырья, в состав которого входит глинозем, циркониевая руда или чистый диоксид циркония, оксиды титана и восстановитель.

Монокорунд выплавляют из бокситов с сернистым железом и восстановителем с последующим выделением монокристалла корунда. Выпускают монокорунд марок 43А-45А.

Абразивные материалы из белого и легированного электрокорундов применяют при обработке закаленных заготовок из углеродистых, быстрорежущих и коррозионностойких сталей. Для шлифования заготовок из цементированных, закаленных азотированных и высоколегированных сталей с низкой теплопроводностью рекомендуется применять круги и головки из монокорунда.

Карбид кремния ( карборунд), содержащий около 97…99 % и незначительное количество других минералов, получают в электропечах сопротивления. Промышленность выпускает две разновидности карбида кремния – зеленый и черный. Зеленый карбид кремния имеет повышенную по сравнению с черным хрупкость, цвет – от светло-зеленого до зеленого. Черный карбид кремния имеет черный или темно-синий цвет. Марки карбида кремния черного – 53С, 54С, карбида кремния зеленого – 63С, 64С.

Абразивный инструмент из карбида кремния применяют для обработки твердых материалов с низким сопротивлением разрыву (чугуна, бронзового и латунного литья, твердых сплавов и т.п.), титановых сплавов, а также мягких и вязких материалов (латуни, меди и т.д.).

Карбид бора, получаемый в дуговых электропечах, представляет собой твердый раствор бора в и содержит до 93 % и 1,5 % свободного углерода. Карбид бора в виде свободного абразива или в виде паст применяется для доводки поверхностей деталей.

Кубический нитрид бора состоит из 44 % бора и 56 % азота.Этот материал обладает твердостью, близкой к твердости алмаза, и теплостойкостью до 1600 . Эльбор бывает обычной (ЛО) и повышенной (ЛП) прочностью. Его получают синтезом гексагонального нитрида бора при высоких давлениях и температурах. Эльбор применяется для чистовой обработки различных материалов, а также для доводки инструментов из быстрорежущих сталей повышенной и высокой теплостойкости.

Синтетические алмазы (АС) получают, как правило, в виде мелких кристаллов, не превышающих 1 мм. Синтез этих алмазов происходит в результате воздействия на графит высоких давлений (4,9 ГП а) и высоких температур (2500 ). Синтетические алмазы в зависимости от прочности делятся на пять марок: обычной прочности – АС2; повышенной прочности – АС4; высокой прочности АС6; монокристальные АС15 и АС20.

Шлифовальные материалы из искусственных и природных абразивных материалов в зависимости от размера зерен делят на четыре группы: шлифзерно; шлифпорошки; микропорошки и тонкие микрошлифпорошки. В зависимости от группы шлифовальных материалов приняты следующие обозначения зернистости:

- шлифзерно с размерами от 2000 до 160 мкм – 200, 160, 125, 100, 80, 63, 40, 32, 25, 16;

- шлифпорошки с размерами от 125 до 40 мкм – 12, 10, 8, 6, 5, 4;

- микропорошки с размерами от 63 до 14 мкм – М63, М50, М40, М28, М20, М14;

- тонкие микрошлифпорошки с размерами от 10 до 5 мкм – М10, М7, М5.

Зернистость шлифзерна или шлифпорошка обозначают условно как 0,1 размера (мкм) стороны ячейки сита в свету, на которой задерживаются зерна основной фракции. Зернистость микрошлифпорошка или тонкого микрошлифпорошка определяют по установленной методике микроскопическим методом.

Процентное содержание основной фракции обозначают индексами В (высокое), П (повышенное), Н (низкое), Д (допустимое содержание основной фракции), которыми дополняют обозначение зернистости. Например, для зернистости от 200 до 8 минимальное содержание основной фракции должно соответствовать в зависимости от индекса: П – 55 %, Н – 45 %, Д – 41 %.

Материал или совокупность материалов, применяемых для закрепления абразивных зерен в абразивном инструменте, называют связкой. Связка определяет прочность и твердость инструмента, оказывает большое влияние на режимы, производительность и качество обработки.

Для изготовления абразивного инструмента, используемого при шлифовании, применяют в основном керамическую (К), бакелитовую (Б) и вулканитовую (В) связки следующих разновидностей: керамическая – К0, К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7, К8; бакелитовая – Б, Б1, Б2, Б3, Б4; вулканитовая – В, В1, В2, В3.

Керамическая связка является многокомпонентной смесью огнеупорной глины, полевого шпата, борного стекла, талька и других минеральных материалов, составленной по определенному рецепту с добавками клеящих веществ – растворимого стекла, декстрина и др. Она обладает высокой огнеупорностью, водостойкостью, химической стойкостью, хорошо сохраняет профиль рабочей кромки круга, но чувствительна к ударным и изгибающим нагрузкам.

Для бакелитовой связки в качестве связующего компонента используют порошкообразный или жидкий бакелит (фенолформальдегидную смолу) с соответствующими наполнителями и увлажнителями. Инструмент на бакелитовой связке обладает более высокой прочностью на сжатие и упругостью по сравнению с керамикой. При достаточно длительном воздействии температуры 250…300 бакелитовая связка выгорает, при 200 и выше становится хрупкой и круги быстро срабатываются.

В основе вулканитовой связки лежит термически обработанная смесь каучука с серой. Вулканитовая связка по сравнению с другими видами связки более плотная и упругая, что вызывает повышенный нагрев обрабатываемой заготовки. Теплостойкость каучука низкая (150…180 ). Создать большие давления при шлифовании кругами на вулканитовой связке нельзя, так как зерна утапливаются в связку. Упругость связки позволяет создавать очень тонкие отрезные круги при значительном диаметре (0,6…1,0 мм по высоте при диаметре 150…200 мм).

Величину, характеризующую свойство абразивного инструмента сопротивляться нарушению сцепления между зернами и связкой при сохранении характеристик инструмента в пределах установленных норм, называют твердостью абразивного инструмента. Это свойство абразивного инструмента оценивают определенными показателями, которые выбирают в зависимости от метода оценки твердости. В табл. 1 приведена шкала степеней твердости инструмента и их условные обозначения.

Т а б л и ц а 1

Шкала твердости абразивного инструмента

Твердость инструмента	Степень твердости	Твердость инструмента	Степень твердости
Весьма мягкий (ВМ) Мягкий (М) Среднемягкий (СМ) Средний (С)	ВМ1, ВМ2 М1, М2, М3 СМ1, СМ2 С1, С2	Среднетвердый (СТ) Твердый (Т) Весьма твердый (ВТ) Чрезвычайно твердый (ЧТ)	СТ1, СТ2, СТ3 Т1, Т2 ВТ1, ВТ2 ЧТ1, ЧТ2
Примечание. Цифры справа от буквенных обозначений характеризуют возрастание твердости абразивного инструмента внутри степени

На выбор твердости абразивного инструмента влияют следующие факторы: физико-механические свойства шлифуемого материала; размер площади контакта между инструментом и заготовкой; режим работы; мощность электродвигателя и состояние станка. Для обработки твердых материалов следует применять абразивные инструменты низкой степени твердости, а для обработки материалов невысокой твердости – более твердые. Исключение составляют медь, алюминий, свинец, коррозионно-стойкие и жаропрочные стали, которые шлифуют мягкими по твердости кругами.

Соотношение объемов шлифовального материала, связки и пор в абразивном инструменте называется его структурой. Объемное содержание абразивной фазы в инструменте принято характеризовать для инструментов из обычных абразивных материалов номером структуры. Структура обозначается номерами от 1 до 18. Чем меньше зерен в единице объема, тем выше порядковый номер структуры для традиционных абразивных инструментов. С увеличением структуры на один номер объем зерна в круге уменьшается на 2 %, а объем связки соответственно увеличивается на 2 %. Содержание зерна в инструменте структуры №1 равно 60 %. Различают три группы структур: структуры №1-5 называются закрытыми или плотными, №6-10 – открытыми, №11-18 - высокопористыми.

Мягкие материалы с небольшим сопротивлением разрыву обрабатываются кругами открытых структур, твердые с мелкозернистым строением и хрупкие материалы – кругами закрытых структур. Для окончательной обработки следует использовать круги более закрытых структур, чем для предварительной обработки; для обдирки рекомендуется использовать круги открытых структур и высокопористые.

Различают три класса точности кругов: АА, А и Б.

У шлифовальных кругов диаметром 250 мм и более перед установкой их на станок контролируют неуровновешенность масс. Установлено четыре класса неуровновешенности масс. Класс точности круга должен соответствовать классу его неуравновешенности:

класс точности……………………… АА А Б

класс неуравновешенности………… 1 1,2 1-3

На одной из сторон шлифовального круга водостойкой краской наносят условное обозначение, называемое маркировкой круга. Маркировка круга должна содержать: сокращенное наименование завода изготовителя или его товарный знак; типоразмер круга (на кругах 250 мм и более); марку шлифовального материала; зернистость и ее индекс; степень твердости; номер структуры; марку связки; рабочую окружную скорость; класс точности инструмента; класс неуравновешенности (на кругах 250 мм и более и высотой 6 мм и более). Например, ПП 350х40х127 45А16СМ17К5 35 м/с А 1 кл.

Шлифовальные круги (кроме кругов диаметром до 250 мм), предназначенные для скоростного шлифования, имеют цветную диаметральную полосу:

цвет полосы……. желтый красный зеленый синий и зеленый

рабочая скорость

круга, м/с………. 60 80 100 125

Дата добавления: 2017-01-13