ХАРАКТЕРИСТИКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Шлифовальные инструменты по своему устройству намного сложнее лезвийных инструментов и состоят из огромного числа режущих элементов - абразивных зерен, сцементированных связкой.

Шлифовальные инструменты изготавливают в виде кругов различной конфигурации и размеров, брусков, сегментов, а также в виде лент, шкурок, порошков и паст.

Характеристиками шлифовальных инструментов, изготавливаемых на жесткой основе, являются материал и размеры режущих зерен, материал связки, структура и твердость кругов; дополнительная характеристика алмазных и эльборовых абразивных инструментов - концентрация зерен в режущем слое инструмента. Маркировка рабочих поверхностей инструментов содержит эти характеристики и рабочую окружную скорость.

Абразивные зернапредставляют собой монокристаллы, поликристаллы и обломки кристаллов неправильной геометрической формы, обладающие высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Абразивные зерна химически инертны к большинству обрабатываемых материалов.

Абразивные материалы могут быть природными (кварцевый песок, корунд, наждак, алмаз и др.) и искусственными (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, КНБ).

В качестве материалов зерен применяют чаще всего синтетические материалы.

1. Электрокорунды - кристаллы оксида алюминия (А1₂О₃) получают путем плавки глинозема (бокситов) в электропечах с последующим дроблением и сортировкой зерен по размерам. Электрокорунды имеют различный цвет, структуру и свойства и выпускаются трех основных разновидностей: нормальный, белый и монокорунд.

Теплостойкость электрокорундов 1700... 1800 °С.

В последние годы применяют легированные электрокорунды: хромистый, титановый, циркониевый, обладающие лучшими режущими свойствами и повышенной стойкостью.

2. Карбиды кремния (карборунды) - химические соединения кремния с углеродом (SiC), получаются плавкой в электропечах при высокой температуре (2100...2200 °С) смеси кварцевого песка, нефтяного кокса и антрацита. Карбиды кремния бывают двух видов: черный (КЧ) и зеленый (КЗ). Карбид кремния зеленый имеет меньше примесей, поэтому он обладает более высокой режущей способностью и применяется при заточке твердосплавных инструментов. Карбид кремния черный используют для шлифования металлов с малым пределом прочности на разрыв, например таких, как чугуны, медь, латунь, бронза и алюминий. В целом режущие свойства карбидов кремния выше, чем у электрокорундов, однако теплостойкость у них несколько ниже (1300... 1400 °С).

3. Синтетические алмазы изготавливают путем синтеза углерода с кубической решеткой из графита с гексогональной решеткой при очень высоких давлениях (5...10ГПа) и температуре (1500...2500 °С). Они имеют сложную алмазоподобную кристаллическую решетку и обладают наивысшей твердостью. При этом образуются сравнительно мелкие кристаллы массой 0,2...0,8 каратов размером не выше 1,0 мм.

4. Кубический нитрид бора - КНБ (эльбор и др.) - сверхтвердый искусственный материал из гексагонального нитрида бора («белый» графит) с использованием катализаторов на специальных прессах при давлении 0,3...1 ГПа и температуре около 2000 °С. Эльбор имеет такую же кубическую кристаллическую решетку, как и алмаз, но несколько меньшую твердость. В отличие от алмаза, эльбор нейтрален к железу, не вступает с ним в химическое взаимодействие и имеет более высокую теплостойкость (до 1200 °С). Эти свойства сделали эльбор весьма перспективным материалом для обработки железосодержащих высокопрочных и легированных сталей. С использованием кристаллов и поликристаллов эльбора изготавливают все виды инструментов.

Сравнительные характеристики наиболее используемых абразивных материалов приведены в таблице 9.1

Таблица 9.1.

Физико-механические свойства абразивных материалов

Размерырежущих зерен шлифовальных инструментов определяются их зернистостью, которая обозначается, например, для шлифзерна следующими номерами: от 200 до 16. При этом номер 200 означает размеры фракции зерен от 2,0 до 2,5 мм, а номер 16, соответственно, - от 0,6 до 0,2 мм. Пределы изменения размеров зерен соответствуют размерам ячеек сит, прохождением через которые производят сортировку зерен по зернистости.

Связка,скрепляющая зерна в круге, может быть неорганического и органического происхождения. Связки подразделяют на керамические (К1—К10), силикатные (С), вулканитовые (В), бакелитовые (Б), металлические (М), магнезиальные (М) и глифталевые (ГФ). До 90 % абразивных инструментов изготавливают с неорганической керамической связкой, состоящей из многих компонентов: белой глины, полевого шпата, мела, кварца, жидкого стекла и др. Керамические связки обладают высокими влагостойкостью и термостойкостью, хорошо сохраняют форму круга. Однако керамические связки достаточно хрупки и поэтому не допускаются к работе с ударами, например, при отрезке и прорезке узких пазов.

К органическим связкам относятся: бакелитовая (на основе бакелитовой смолы) и вулканитовая (на основе каучука) связки, обеспечивающие более высокую прочность и эластичность. Круги на органических связках работают на больших скоростях и могут иметь малую толщину.

В алмазных и эльборовых кругах кроме этих связок применяют металлические связки, получаемые спеканием порошков из медных и алюминиевых сплавов, или связки на никелевой основе, получаемые методом гальванического закрепления зерен на металлическом корпусе.

Важными характеристиками шлифовальных инструментов являются твердость и структура круга.

Твердостькруга - это не твердость собственно абразивного зерна, а условная величина, характеризующая способность связки удерживать зерна в круге при их затуплении. Стандартами установлено 12 степеней твердости: весьма мягкие (ВМ1, ВМ2), мягкие (Ml, М2, МЗ), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (Tl, T2), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ).

Важным свойством абразивных инструментов является способность к самозатачиваниюв процессе резания, которая заключается в автоматическом удалении затупленных зерен и включением в работу новых зерен. При этом чем тверже обрабатываемый материал, больше глубина резания и подача, способствующие увеличению нагрузки на зерно и интенсивности его износа, тем мягче должен быть круг и тем лучше будет протекать процесс самозатачивания. Если же круг будет иметь высокую твердость, то он «засаливается», срезание стружек прекращается и круг начинает скользить затупленными зернами по обрабатываемой поверхности. При этом возникают большие температуры и на поверхности детали появятся прижоги и микротрещины.

Структура кругахарактеризует соотношение объемов зерен, связки и пор в единице объема круга. Различают 13 номеров структуры, объединенных в 3 группы: плотная (№ 0...4), средне-плотная (№ 5...8) и открытая (№9... 12). Например, в структуре № 1 (плотная) содержание зерен по объему составляет 60 %, а в структуре № 12 (открытая) - 38 %. Остальное занимают связка и поры, которые необходимы для размещения стружки. Через поры может также подводиться СОЖ непосредственно в зону резания. Высокопористые круги с открытой структурой, размеры пор у которых достигают 2...3 мм, применяют для шлифования мягких и вязких материалов.

Важной характеристикой структуры алмазных и эльборовых кругов является концентрациязерен. При этом за 100%-ную концентрацию условно принимают содержание 0,88 г (4,4 карата) зерен в 1 см³ режущего слоя круга. Алмазные и эльборовые круги выпускают с концентрацией алмазных и абразивных зерен 25...250%.