Профильное шлифование

Выбор абразивных кругов для шлифования

Материалом для изготовления современного абразивного инструмента чаще всего служат самые твердые, полученные искусственным путем, минералы: электрокорунд, карбид кремния, карбид бора и некоторые минералы естественного происхождения — наждак, корунд и кварцевый песок. Как видно из фиг. 49, твердость абразивных материалов намного превосходит твердость обрабатываемый деталей и значительно выше твердости таких материалов, как металлокерамические твердые сплавы. Наиболее твердым материалом является карбид бора.

Фиг. 49. Твердость абразивных и обрабатываемых материалов.

Что же представляют собой абразивные материалы.

Наждак — материал, получаемый из особой горной породы, состоящей из смеси корунда и магнезита (железной руды). Для изготовления абразивных кругов и брусков наждак в последнее время почти не применяют. Его используют, главным образом, в виде порошка для изготовления шлифовальной шкурки. Наждак условно обозначается буквой Н.

Корунд — это окись алюминия. В чистом виде он встречается редко. Вязкость его обоих разновидностей (корунда сероватого и желтоватого цвета) незначительна и поэтому корундовые инструменты используются только для работ, при которых их зернам не приходится выдерживать больших усилий. Естественный корунд обозначают буквой Е.

Кварцевый песок, представляющий собой кристаллизованную кремневую кислоту, используется для изготовления ведущих кругов для бесцентровошлифовальных станков. Обозначается буквой П.

Важно отметить, что в настоящее время природные абразивные материалы почти вышли из упротребления как материалы для изготовления шлифовальных кругов, уступив место более качественные искусственным материалам. К искусственным материалам относятся: электрокорунд, монокорунд, карбид кремния, карбид бора.

Электрокорунд, или искусственный корунд, представляет продукт плавки глины в электрических печах и имеет три разновидности.

Нормальный электрокорунд, содержащий 86—91 % окиси алюминия и окрашенный в светлые и темнокоричневые тона Его зерна, имеющие значительную вязкость, вполне пригодны для обработки твердых и прочных материалов: углеродистых сталей, закаленных и незакаленных и даже высоколегированных сталей. Электрокорунд условно обозначают буквой Э.

Белый и розовый электрокорунды были ранее известны под названием корракса. Они изготовляются из высококачественного сырья — глинозема, представляющего чистую окись алюминия. Такие материалы содержат 96—99% чистой окиси алюминия и служат для изготовления высококачественного абразивного инструмента, производящего чистовую обработку закаленной углеродистой инструментальной стали, низколегированной быстрорежущей стали и выполняющего резьбошлифование. Зерна белого злектрокорунда обладают высокой твердостью, но несколько меньшей вязкостью по сравнению с зернами нормального электрокорунда и поэтому применяются для работы с меньшей глубиной шлифования (для отделочных работ) или для шлифования весьма твердых поверхностей (азотированной поверхности, поверхности сормайта и др.). Абразивный инструмент из белого электрокорунда маркируется буквами ЭБ.

Монокорунд является новым абразивным материалом и содержит не менее 97% чистой окиси алюминия. По своей твердости, прочности и режущей способности превосходит электрокорунд нормальный и белый. Он является неплохим материалом для скоростного шлифования закаленных сталей. Условно маркируется буквой М.

Карбид кремния, или карборунд, представляет собой химическое соединение углерода и кремния. Существует две его разновидности:черный карбид кремния, окрашенный в черные или темно-синие тона, и зеленый (карборунд «экстра») — блестящий материал различных зеленых оттенков. Черный карбид кремния менее чист по химическому составу, чем зеленый, однако они оба незначительно отличаются друг от друга по их свойствам. Зерна этих абразивных материалов отличаются особенно острыми режущими кромками, высокой твердостью, но малой вязкостью и, следовательно, большой хрупкостью. По этой причине карбид кремния применяется для обработки материалов не высокой прочности (алюминия, меди, латуни, чугуна, бронзы). Хорошие результаты дает обработка инструментами из черного карбида кремния неметаллических материалов: мрамора, фарфора, фибры, резины, стекла. Зеленый же карбид кремния применяется, главным образом, при обработке металлокерамических твердых сплавов. Черный карбид кремния маркируется буквами КЧ, а зеленый КЗ.

Карбид бора — самый твердый из искусственных абразивных материалов. Его получают в электрических печах из борной кислоты и нефтяного кокса. Для изготовления абразивного инструмента карбид бора пока не используется и применяется только для доводки твердых сплавов.

Открытие способов производства искусственных абразивных материалов позволило создать современный абразивный инструмент, способный обрабатывать самые твердые инструментальные и машиностроительные материалы. Наибольшее распространение получил абразивный инструмент, изготовляемый в виде абразивных кругов и абразивных брусков.

Абразивный круг представляет собой пористое тело, состоящее из твердых зерен абразивных материалов, связанных друг с другом цементирующим веществом.

Еще и сейчас абразивный круг иногда называют «камнем».

Это название сохранилось от тех далеких времен, когда для шлифования пользовались естественными горными породами, выделывая из них точила. Теперь же абразивный круг или брусок представляет собой совершенные, сложные и удивительные инструменты. Слесари издавна мечтали об инструменте, который не нужно было бы перетачивать, заправлять, чтобы он работал долгое время как новый. Мечта о таком инструменте казалась несбыточной. Но вот перед нами абразивный круг и абразивный брусок— самозатачивающиеся инструменты. Они обладают способностью в течение долгого времени сохранять режущие свойства.

Абразивный круг, как мы уже сказали, состоит из твердых абразивных зерен. Эти зерна служат резцами при помощи которых снимается стружка с обрабатываемой поверхности металла. При этом абразивные зерна постепенно затупляются и в результате давление на них обрабатываемого металла все более возрастает Когда эти усилия достигают предельной величины, абразивные зерна выкрашиваются, близлежащие участки связки разрушаются, и на поверхности круга появляются новые абразивные зерна. Данный процесс принято называть самозатачиванием круга.

Нарушение нормальных условий работы круга, как-то: несоответствие его характеристики обрабатываемому материалу и неправильные режимы резания приводят к ускоренному и неравномерному износу круга. Неравномерный износ круга обусловлен и неоднородностью структуры, т. е. неодинаковым расположением в нем абразивных зерен и связующего вещества, различием размеров абразивных зерен и их остротой, а также неодинаковой прочностью сцепления отдельные зерен со связующим веществом:. В результате неравномерного износа на круге образуются впадины и выпуклости, и круг теряет правильную геометрическую форму.

Следует отметить, что даже несмотря на самозатачивание круга, часто происходит «затупление» круга, а при обработке вязких и мягких металлов и его засаливание. Поэтому для восстановления правильной геометрической формы круга и его режущих способностей он нуждается в периодической правке.

Для правки кругов широко применяют алмаз. Однако применение алмаза экономически невыгодно и далеко не всегда необходимо с технологической точки зрения. Поэтому, где это возможно, правку кругов ведут алмазозаменителями. Нашей промышленностью для этой цели выпускаются абразивные (круги АЗ и круги из карбида кремния) и твердосплавные алмазозаменители.

В обоих случаях, как при правке крута алмазом, так и алмазозаменителями, необходимы следующие условия. Абразивный круг должен быть тщательно сбалансирован, а шпиндель, на котором укреплен круг, не должен иметь люфта в подшипниках. Механизмы подачи должны действовать легко, без заеданий. Приспособление для правки должно быть жестко закреплено на станке и не иметь вибраций. Правку круга рекомендуется вести на оборотах круга, соответствующих рабочим. Для грубой и предварительной правки шлифовальных кругов применяются стальные и чугунные алмазозаменители в воде звездочек, гофрированных дисков, фасонных роликов. Такие заменители может изготовить любой инструментальный цех. Опыт показал, что при правке такими заменителями режущие свойства круга выше, чем при правке кругами АЗ и твердосплавными дисками.

Свойством самозатачивания обладает не всегда и не весь абразивный инструмент. Это свойство проявляется только тогда, когда правильно выбрана характеристика абразива, соответствующая данным условиям работы. Если же абразивный инструмент выбран не той характеристики, то работа им приведет или к преждевременному износу круга, или к его затуплению. Работа затупившимся абразивным инструментом вызывает, так называемое дробление, прижоги (темные пятна цветов побежалости от чрезмерного нагрева), увеличение сил, необходимых для резания, и сопровождается особым шумом. Часто из-за неправильно выбранной характеристики стружка обрабатываемого материала втирается в поверхность абразивного инструмента, «засаливает» ее и вместо шлифования начинается вредная работа трения.

Посмотрим, в чем состоит характеристика абразивного инструмента. Характеристика абразивного инструмента или его паспорт, включает в себя данные об абразивном материале, о величине его зерен, о материале связки, о ее твердости, о структуре инструмента и, наконец, о его форме и размерах.

О материалах абразивного инструмента мы уже говорили. Однако один абразивный материал еще ие характеризует работоспособность инструмента. Важно знать, кроме того, величину его зерен, т. е. зернистость абразивного инструмента. Зернистость обозначается номерами от 10 до 320 и далее от М28 до М5. Номер зернистости соответствует числу отверстий, расположенных на линейном дюйме (25,4 мм) сита, через которое просеиваются зерна после их измельчения. Чем меньше номер зернистости, тем крупнее зерна. Номера зернистости микропорошков (M28—М5) характеризуются не размерами ячейки сит, а наибольшей величиной зерна. Поэтому микропорошок с большей цифрой в обозначении более крупнозернист.

Крупнозернистый инструмент с номерами 12, 14, 16, 20, 24, 30 и 36 применяется для обдирочного- шлифования с ручной подачей, среднезернистый — 46, 54, 60 и 80 — для предварительного шлифования и заточки инструмента. Мелкозернистые круги с номерами 100, 120, 150 и 180 и тонкозернистые — с номерами 220, 240, 280, 320, М28 и М20 служат для шлифования резьбы, а также для профильного и отделочного шлифования.

При подборе абразивного инструмента следует учитывать, что чем больше опасность засаливания круга и поверхность соприкосновения инструмента с деталью, чем, наконец, мощнее станок, тем более крупную зернистость должен иметь абразивный инструмент.

В паспорт абразивного инструмента неразрывно входит и его характеристика по связке. Как известно, абразивные зерна в инструменте связаны друг с другом в единое целое при помощи связки. Наиболее употребительны керамическая, бакелитовая и вулканитовая связка; реже применяются связки силикатная и магнезиальная.

Для абразивного инструмента с керамической связкой связующим веществом служат, главным образом, огнеупорная глина и полевой шпат. Круги на такой связке отличаются высокой пористостью, хорошо отводят тепло и легко режут металл, однако их прочность на разрыв не велика и составляет около 1,5 кг/мм2. Насколько мала эта прочность можно себе представить, если вспомнить, что самая меньшая прочность стали в двадцать раз больше прочности керамической связки. В связи с этим, наибольшая скорость вращения керамического абразивного круга не должна превышать 35 м/сек. Следует все же сказать, что керамическая связка является самой распространенной и допускает работу как всухую, так и с охлаждением. Условно эта связка обозначается буквой К.

Бакелитовая связка представляет собой искусственную жидкую или порошкообразную смолу, называемую бакелитом. Бакелитовая связка характеризуется несколько большей прочностью на разрыв (1,8 кг/см2) и поэтому допускает окружные скорости до 40 м/сек. Абразивный инструмент, изготовленный на этой связке, применяется при обдирочных работах и отрезке, а также при плоском шлифовании. Он дает более чистую шлифованную поверхность и не прижигает последней, так как при работе им меньше теплообразование. Однако круги на бакелитовой связке имеют повышенный износ, меньшую пористость, легко разрушаются щелочными охлаждающими растворами и отличаются невысокой огнестойкостью (бакелит выгорает при 300° С). Связку обозначают буквой Б.

В абразивном инструменте на вулкантовой связке связующей основой служит вулканизированный каучук органического происхождения. Инструмент на этой связке может быть изготовлен очень тонким и плотным и использоваться на прорезных и отрезных работах, при профильном и бесцентровом шлифовании, а также на заточке пил. Вулканитовая связка еще менее огнестойка и выгорает уже при температуре 150° С. Ее обозначают буквой В.

Несколько ранее было рассказано о твердости абразивных материалов. Теперь познакомимся с другим, не менее важным понятием— твердостью абразивного инструмента. Дело в том, что под твердостью абразивного инструмента понимается способность его связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен из массы инструмента под влиянием действующих на зерна внешних сил. Твердость абразивного инструмента имеет свои условные обозначения:

Влияние твердости абразивного инструмента на процесс шлифования оказывается противоречащим сложившемуся представлению о том, что для обработки более твердых материалов нужны более твердые инструменты. Здесь наоборот: твердые абразивные инструменты применяют для мягких материалов; мягкие — для твердых материалов. Исключение составляет шлифование меди, алюминия и латуни, осуществляемое мягкими абразивными инструментами. Такой выбор твердости объясняется тем, что при шлифовании твердых материалов абразивные зерна быстрее затупляются и, следовательно, должны быть скорее удалены, чтобы уступить место новым более острым зернам абразивного инстру мента. При шлифовании меди и алюминия также необходим ускоренный износ круга, чтобы избежать «засаливания» его поверхности. Абразивный инструмент должен быть тем мягче, чем больше поверхность его соприкосновения с деталью, чем больше его рабочая скорость и чем больше съем металла. При ручной работе абразивный инструмент выбирается более твердым, чем при механической. Мелкозернистые абразивные инструменты должны быть менее твердыми, чем крупнозернистые. Сухое шлифование, т. е. шлифование без охлаждения требует применения более мягкого абразивного инструмента. Мягкие круги дают более чистую поверхность при шлифовании.

Важное влияние на работу абразивного инструмента оказывает его структура. Под этим понятием кроется фактическое расстояние между отдельными абразивными зернами круга, величина которого может быть отрегулирована количеством и размером пор и количеством связки. Структуры бывают плотные № 0, 1, 2 и 3, средние № 4, 5, 6, 7 и открытые № 8, 9, 10, И и 12. Чем больше номер структуры, тем больше расстояние между отдельными зернами абразива. Абразивный инструмент с плотными структурами применяется для грубой обработки. Открытые структуры находят применение в тех случаях, когда контакт абразивного инструмента с деталью происходит на большой поверхности, как это имеет место при внутреннем или плоском шлифовании.

Поэтому при плоском шлифовании более подходит открытая структура № 8, а при наружном круглом шлифовании — средняя структура № 5.

В настоящее время применяется абразивный инструмент с еще более открытыми структурами (структуры 13—18), носящий название высокопористого.

Высокопористые абразивные инструменты значительно легче структурных, так как величина пор в этом случае всегда больше, чем величина абразивного зерна. При работе таким инструментом создается усиленный, охлаждающий поверхность, приток воздуха, позволяющий осуществлять процесс шлифования на высоких режимах резания.

Высокопористый абразивный инструмент служит инструментом для скоростного шлифования.

Рейтинг@Mail.ru