Что такое абразивный инструмент

К атегория:

Слесарно-инструментальные работы

Что такое абразивный инструмент

Уже давно появились инструменты, которые обрабатывают самые твердые материалы.

Обработка таких материалов (закаленная сталь, твердые сплавы) ведется особыми режущими инструментами, изготовленными из зерен минералов, близких по своей твердости предельно твердому веществу – алмазу. Их называют абразивными инструментами.

Абразивный инструмент получил название от иностранного слова, означающего «соскабливание». Соскабливающее или истирающее действие минералов известно с древнейших времен, а наиболее совершенный абразивный инструмент древности – точило из кварца или песчаника – дожил до наших дней и применяется для заточки инструментов из углеродистой инструментальной стали. «Соскабливание» абразивным инструментом по существу представляет; также процесс резания металлов.

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 рис. 1, твердость абразивных материалов намного превосходит твердость обрабатываемых деталей и значительно выше твердости таких материалов, как металлокерамические твердые сплавы. Наиболее твердым материалом является карбид бора.

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.

Корунд – это окись алюминия. В чистом виде он встречается дко. Вязкость его обоих разновидностей (корунда сероватого и желтоватого цвета) незначительная 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 бесцентрошлифовальных станков. Обозначается буквой П.

Важно отметить, что в настоящее время природные абразивные материалы почти вышли из употребления как материалы для изготовления шлифовальных кругов, уступив место более качественным 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 эле к трок орун д, 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 эле-ктрокорунды 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 электрокорунда 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.

Рис. 1. Твердость абразивных обрабатываемых материалов.

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 представляют 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.

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 твердости обрабатываемому материалу, неправильные режимы резания и т. д., 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 отдельных зерен со связующим веществом и т. д. В результате неравномерного износа на круге образуются местные 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 A3 и круги из карбида кремния) и твердосплавные алмазозаменители.

В обоих -случаях, как при правке круга 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 виде звездочек, гофрированных дисков, фасонных роликов. Такие заменители может легко изготовить любой инструментальный цех. Практика показала, что при правке такими заменителями режущие свойства круга получаются выше, чем при правке кругами A3 и твердосплавными дисками.

Абразивный инструмент

изготовляется из абразивных материалов, предназначен для механической обработки металла, кожи, дерева, стекла, горных пород, пластмасс и др. Промышленными способами А. и. начали изготовлять во 2-й половине 19 в. (со времени появления шлифовальных станков). А. и. разделяют на 2 основных типа: жёсткие (шлифовальные круги, головки, сегменты и бруски, рис. 1 ) и гибкие (шлифовальная шкурка и изделия из неё – ленты, диски и др.). Для изготовления А. и. применяют Электрокорунд (нормальный, белый, легированный присадками окиси хрома, монокорунд); карбид кремния (зелёный и чёрный); синтетические и природные алмазы. А. и. выпускаются на керамической, бакелитовой, вулканитовой и реже на силикатовой, глифталевой и магнезиальной связках, скрепляющих отдельные абразивные зёрна. За рубежом применяют также олеанитовую и шеллаковую связки.

Номенклатура стандартных А. и. предусматривает около 750 типоразмеров, а всего насчитывается около 12 000 разновидностей. Шлифовальные круги из электрокорунда и карбида кремния изготавливают диаметром от 3 до 1100 мм и толщиной 0,5-200 мм с диаметром посадочных отверстий от 1 до 305 мм; из алмазных зёрен (на бакелитовых, металлических и керамических связках) – диаметром от 6 до 300 мм с толщиной рабочего кольца 1,5-5 мм и шириной от 3 до 20 мм. Важный показатель А. и. – концентрация алмазов (содержание алмазного зерна в 1 мм 3 алмазоносного слоя; при 100% концентрации в 1 мм 3 содержится 0,878 мг алмазных зёрен). Концентрация алмазов в кругах в алмазном слое от 25 до 200%.

Шлифовальная шкурка и изделия из неё выпускаются на основаниях из ткани и бумаги, с режущими зёрнами из электрокорунда, карбида кремния, стекла и кремния. Шкурка применяется для ручных и механизированных шлифовальных работ, в частности – для ленточного шлифования. В зависимости от требуемой прочности шкурка изготовляется на основаниях из бязи, саржи, полудвунитки или бумаги. Наибольшее сопротивление разрыву у шкурки на сарже.

От других видов режущих инструментов А. и. отличаются большим количеством беспорядочно расположенных зёрен – резцов с порами между ними, а также формой и прерывистостью режущих кромок. Стружка, снимаемая ими, как правило, небольшой длины. А. и. можно обрабатывать детали из материалов любой твёрдости, работать со скоростью резания, превосходящей применяемые при других процессах резания, снимать с обрабатываемой детали слой металла как тончайший, так и значительного размера (доли мкм и миллиметры).

В процессе шлифования абразивные зёрна по мере их затупления скалываются и выкрашиваются, обнажая лежащий под ними слой незатупившихся зёрен. Это свойство А. и. называют способностью к самозатачиванию. Чем интенсивнее происходит скалывание и выкрашивание, тем полнее самозатачивание А. и. При частичном самозатачивании А. и. режущая способность его восстанавливается не полностью. Для полного её восстановления А. и. подвергают правке удалением поверхностного слоя зёрен. При этом одновременно выправляется форма инструмента.

Правку А. и. осуществляют алмазами в оправах, алмазными карандашами, алмазными роликами и различными заменителями алмазов: твердосплавными и стальными роликами, шарошками, шлифовальными кругами высокой твёрдости, абразивными брусками и пр. Абразивная способность А. и. тем выше, чем больше стойкость его между правками, а срок службы тем больше, чем меньший слой абразива снимается при каждой правке.

Технология производства А. и. в значительной степени определяет их рабочие свойства: однородность состава, твёрдость, износостойость и точность размеров и др. Для обеспечения стабильности указанных свойств технологическим процессом задаются вид и количество связки, объём и количество шлифовальной массы, давление и метод прессования, количество клеящего вещества, добавляемого в связку для улучшения формуемости массы, температура и время термической обработки. Производство А. и. состоит из следующих основных операций: приготовление связки, смешение абразивной массы, формование, термическая обработка, механическая отделка, испытания на прочность и твёрдость. Керамические связки приготовляют из тонкоизмельчённых огнеупорных глин различных композиций, плавней (тальк, калиевый полевой шпат и т. п.), перлита, кварца. Связки смешивают в смесительных машинах (рис. 2 ) с абразивными зёрнами и клеящим веществом (декстрином или жидким стеклом) и протирают через вибрационное сито или рыхлительную машину. Подготовленную таким образом массу прессуют в гидравлических прессах (рис. 3 ). Из сушильных камер заготовки поступают в тоннельные обжигательные печи, где их постепенно нагревают до температуры 1240-1320°C и затем медленно охлаждают. А. и. на бакелитовой связке проходят бакелитизацию при t 180°C. Температурный режим и время термической обработки А. и. определяют их прочность на разрыв, изгиб, сжатие и удар и соответственно их эксплуатационные свойства. После обжига А. и. проходят механическую отделку – им придают требуемые размеры и уравновешивают. А. и. испытывают на разрывную прочность при нагрузке, превышающей рабочую на 50%, а после определения твёрдости маркируют. Изготовление А. и. на вулканитовой связке отличается тем, что смешение массы выполняют на смесительных вальцах, а требуемая толщина заготовок достигается прокаткой на вальцах.

Шлифовальные шкурки .
Абразивный инструмент состоит из большого числа беспорядочно расположенных частиц абразивного материала, таких как корунд , наждак , кремень , соединенных между собой связующим материалом.

В процессе работы частицы абразива затупляются и скалываются, обнажая под собой новые слои острых зерен. Такое свойство абразивного материала называют самозатачивемостью . Чем сильнее происходит разрушение наружного слоя абразива, тем лучше самозатачивание.
При неполном самозатачивании необходимо проводить правку инструмента путем удаления поверхностного слоя абразива. В процессе правки поправляется форма абразивного инструмента.

(шкурка ) – вид абразивного материала.
Основой наждачной бумаги является бумажный либо тканевый материал, на который нанесен абразивный порошок.
закрытой структурой, в которой абразивный порошок занимает 100% площади, используют для шлифовки металлических поверхностей. Для обработки деревянных, пластиковых и других волокнистых поверхностей больше подходит наждачная бумага с открытой структурой, в которой площадь, покрытая абразивным материалом, составляет 60%.
В зависимости от зернистости наждачные бумаги различают по номерам. Самая мелкозернистая наждачная бумага значится как № 40, а бумага с самым крупным зерном имеет № 240. Наждачные бумаги, предназначенные для «мокрого» шлифования поверхностей, имеют более высокие номера, вплоть до 600.

Мелкозернистый абразивный инструмент. Оселками правят и доводят лезвия заточенных инструментов.
Плоские оселки используются наиболее часто. Инструментальные лезвия, имеющие более сложный профиль, доводят оселками, имеющими круглое , полукруглое , квадратное сечение.
После заточки лезвий стругов , стамесок и других инструментов, на затачиваемой поверхности образуется непрочный, легко обламывающийся заусенец. При работе этот заусенец затупляет лезвие.
Правка или доводка инструмента заключается в сошлифовке заусенца путем кругового движения инструмента по оселку . В процессе доводки оселок смачивают водой, маслом либо керосином.

Инструмент для углошлифовальной машины , предназначенный, в основном для резки металлов.
Круги различаются по марке абразивных зерен, по материалу связки, по твердости.
Чем тверже и крупнее абразивные зерна, тем быстрее отрезной круг способен резать металл.
Размер абразивных зерен указывается в маркировке отрезного круга:
32 – размер абразивных зерен 320 мкм (для кругов с размером зерен больше 50 мкм);
М32 – максимальный размер абразивных зерен 32 мкм.
В маркировке круга указывается также материал абразивных зерен:
А – электрокорунд , материал основой которого является оксид алюминия. Такими кругами режут сталь.
С – карбид кремния . Такими кругами режут неметаллические материалы и цветные металлы.
Материал связки указывается таким образом:
Б – бакелитовая связка. Круги предназначены для грубой резки металла;
В – вулканитовая связка. Резка чугуна, титановых сплавов.
Для резки стали желательно применять круги с маркировкой БУ – бакелитовая связка с упрочнением.
На этикетке отрезного круга максимальная скорость вращения отмечена цветом:
100 м/с – зеленая диаметральная полоса;
80 м/с – красная полоса;
60 м/с – желтая .
В маркировке также указывается диаметр отрезного круга и диаметр посадочного отверстия.

Полировальная паста – абразивная смесь из микропорошка и связующего.
По консистенции полировальные пасты бывают твердыми и в виде мази .
Полировальные пасты разделяют на водяные и жировые . Жировые полировальные пасты имеют в своем составе масла, жировые кислоты, парафин. На заключительном этапе полировки такие составы не смываются водой, а удаляются сухой чистой тканью.
При ручной и полумеханической полировке используются, как правило, твердые полировальные пасты.
В специализированных полировальных станках методом непрерывной подачи используются суспензии, т. е. жидкости с взвешенными абразивными частицами.
Некоторым полировальным пастам присваивают названия организаций, в которых разработаны данные материалы. Например, паста ГОИ создана в Государственном оптическом институте или паста ЗМ разработана компанией ЗМ.

Шлифовальный круг представляет собой диск, полученный путем спекания зерен абразивного материала со связующими веществами.

На поверхности круга располагается множество абразивных зерен, отрывающих своими режущими кромками мелкую стружку с поверхности металла, к которому прижимается круг. Абразивные зерна распределяются по всей массе круга, они связываются и удерживаются между собой с помощью связок. Связки покрывают абразивные зерна и соединяют их между собой, не заполняя полностью пространство между зернами. В результате образуются пустые промежутки, которые определяют пористость, или структуру круга. В процессе шлифования абразивные зерна снимают стружку с металла. Одновременно происходит вырывание зерен из круга или они раскрашиваются. Вырывание зерен приводит к обнажению новых зерен. Выкрашивание зерен приводит к образованию новых режущих кромок. Связка вырывается вместе с зернами, и круг постепенно изнашивается.
Область применения шлифовальных кругов существенное зависит от применяемого связующего вещества.
Шлифовальные круги, в которых использована бакелитовая связка, применяются в ручных шлифовальных машинах для обработки известняка и песчаника, мрамора и гранита, кирпича и бетона, чугуна.
Кругами с керамической связкой обрабатываются твердые сплавы. Поверхность материалов, обработанная такими кругами, имеет достаточно низкую шероховатость.
Абразивные круги с вулканитовой связкой используются для финишной обработки поверхности. Такими кругами производят полировку металлов и минералов.

Скажите “спасибо” автору.

Абразивные инструменты на жесткой основе характеризуются формой и размерами, шлифовальным материалом, его зернистостью, связкой, твердостью, точностью, неуравновешенностью, а алмазные и эльборовые инструменты также и концентрацией зерен в рабочем слое.

Форма и размеры . Геометрические параметры абразивных инструментов задаются станком, на котором предполагается их использование, а также формой, размерами обрабатываемых поверхностей и характером движений инструментов. Давайте сейчас разберем, какие же существуют виды абразивных инструментов.

Виды абразивных инструментов

Шлифовальные круги (рис. 1, а) применяются в том случае, когда основное движение вращательное. Поэтому они представляют собой различные по форме тела вращения. Кратко рассмотрим области применения кругов основных форм исполнения.

Плоские круги прямого профиля ПП применяют для круглого наружного, внутреннего и бесцентрового шлифования, для плоского шлифования периферией круга и для заточки инструментов. Плоские круги с двухсторонним коническим профилем 2П применяют для вышлифовывания зубьев шестерен и шлифования резьбы. Плоские круги с выточкой ПВ и с двухсторонней выточкой ПВД позволяют помещать в выточках зажимные фланцы, а благодаря этому, совмещать круглое шлифование с подрезкой торца. Эти круги применяют также в качестве ведущих кругов при бесцентровом шлифовании.

Цилиндрические и конические круги-чашки ЧЦ и ЧК применяют для заточки инструментов и для плоского шлифования торцом.

Тарельчатые круги Т применяют для заточки и доводки передних граней фрез, обработки зубьев долбяков и других инструментов.

Алмазные круги (рис. 1, 6) бывают плоского прямого профиля, чашечные, тарельчатые, дисковые и другие и применяются для заточки и доводки твердосплавных инструментов, а также для шлифования труднообрабатываемых и резки неметаллических материалов.

Эльборовые круги имеют формы, подобные алмазным кругам. Их применяют для шлифования закаленных сталей (60 HRCЭ), чистовой заточки инструментов из быстрорежущих сталей, при чистовом шлифовании резьб, а также для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Размеры шлифовальных кругов следует брать возможно большими, так как в этом случае улучшаются условия шлифования и снижается стоимость обработки. При этом верхний предел размеров круга ограничивается конструкцией и размерами станка, а иногда размерами и формой обрабатываемой заготовки. Так, например, при шлифовании отверстий диаметр круга должен быть не более 0,7…0,9 диаметра обрабатываемого отверстия.

Шлифовальные головки (рис. 1, в) -это шлифовальные круги небольшого диаметра (3…40 мм). Такие круги приклеивают к стальным хвостовикам и применяют для внутреннего шлифования и для ручной зачистки заготовок с помощью шлифовальных машин.

Шлифовальные бруски (рис. 1, г) используют в инструментах, совершающих возвратно-поступательное движение: при слесарных работах, а также при хонинговании или суперфинишировании. В последних случаях бруски закрепляют в специальных стальных головках.

Шлифовальные сегменты (рис. 1, д) применяют для плоского шлифования. В этом случае шлифовальный круг состоит из нескольких сегментов, закрепленных в головке или патроне.

Шлифовальные шкурки — это абразивные инструменты на гибкой (бумага, ткань, металлическая лента) или комбинированной основе (бумага и ткань) с наклеенным на нее слоем шлифовального материала, закрепленного связкой. Шкурки выпускают в виде листов, лент и применяют для ручной и машинной зачистки и отделки деталей.

Шлифовальные материалы — это абразивные материалы, подвергнутые сортировке, дроблению, измельчению и очистке от посторонних веществ. Они выбираются в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий шлифования. Так, например, круги из электрокорунда белого применяют в основном при чистовой и отделочной обработке закаленных сталей, а также углеродистых, быстрорежущих, легированных и коррозионно-стойких сталей.

Круги из электрокорунда нормального широко применяют на обдирочных и чистовых операциях обработки материалов, имеющих высокий предел прочности на растяжение.

Абразивные инструменты из карбида кремния применяют в основном для обработки твердых и хрупких материалов, например, чугунов, бронз и т.д. Крупнозернистые круги из карбида кремния используют для обработки неметаллических материалов и правки шлифовальных кругов.

Круги из монокорунда используют чаще всего для получистовой и чистовой обработки средне- и высоколегированных сталей, подвергнутых хромированию, азотированию и закалке.

Круги из хромотитанистых электрокорундов используют на операциях, где имеется опасность появления прижогов или требуется высокая стойкость инструментов, особенно по сохранению профиля рабочей поверхности.

Рис. 1. Некоторые типы абразивных инструментов:

а — абразивные круги; б — алмазные и эльборовые круги; в — шлифовальные головки;
г — шлифовальные бруски; д — шлифовальные сегменты

Для заточки и вышлифовки канавок инструментов из закаленных инструментальных сталей используют эльбор, а из твердых сплавов — синтетический алмаз.

Зернистость шлифовальных материалов. Совокупность абразивных зерен шлифовального материала в установленном интервале размеров называют фракцией, а преобладающую по массе, объему и числу зерен фракцию называют основной фракцией .

Условные обозначения, соответствующие размеру зерен основной фракции, называют зернистостью .

В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делят на четыре группы:
1) шлифзерно — 2500…160 мкм (номера от 200 до 16);
2) шлифпорошки — 160…40 мкм (от 12 до 4);
3) микропорошки — 63…10 мкм (от М63 до Ml4);
4) тонкие микрошлифпорошки — 10…3 мкм (от М10 до 5).

Алмазные материалы делят на шлифпорошки и микропорошки. Размер шлифпорошков находится в пределах от 630 до 40 мкм (по размерам ячеек верхнего и нижнего сита), а размер микропорошков — от 60 до 1 мкм и менее (контролируется на микроскопе). Зернистость алмазных порошков обозначается дробью, в которой числитель соответствует наибольшему размеру зерен основной фракции, а знаменатель — наименьшему размеру, например: 400/250, 250/160 и т.д.; алмазных микропорошков — 60/40, 40/28 и т.д.; эльборовых порошков — ЛЗ15/250 (Л25), Л250/200(Л20) и т.д.

Зернистость абразивного круга зависит от вида шлифования, требуемой шероховатости и точности обработки, материала заготовки и снимаемого припуска. Чаще всего применяют абразивные круги средней зернистости 40…16, которые обеспечивают высокую производительность при требуемой шероховатости и точности обработки.

Номер зернистости круга увеличивают: для уменьшения опасности «засаливания» круга и появления прижогов на заготовке; при увеличении припуска на обработку; для увеличения производительности процесса шлифования; при увеличении скорости шлифовального круга; при переходе от кругов с керамической связкой на круги с бакелитовой или вулканитовой связками; при увеличении вязкости и уменьшении твердости материала заготовки; при уменьшении номера структуры круга.

При использовании алмазных кругов рекомендуется брать: для предварительного шлифования круги зернистостью — 200/160…100/80 (марок АС4, АС6), для чистового шлифования — зернистостью 80/63…50/40 (марок АС2, АС4), для доводочного шлифования — зернистостью 40/28 и мельче.

В случае, когда предварительное и окончательное шлифование производятся одним кругом, следует применять круги зернистостью 100/80…63/50 (марок АС4, АС6).

Связка абразивных инструментов служит для сцепления зерен шлифовальных материалов и удержания их от преждевременного выкрашивания в процессе шлифования. Она оказывает большое влияние на работоспособность абразивных кругов. От количества, вида, качества и равномерности распределения связки в абразивном круге зависят твердость, прочность, структура, неуравновешенность круга и допускаемая скорость шлифования.

В процессе резания затупившиеся зерна выкрашиваются или раскалываются, обнажая новые острые кромки, т.е. инструмент самозатачивается, автоматически поддерживая свои режущие свойства. При неправильно выбранной связке происходит ненормальный износ абразивных инструментов, характеризуемый либо «засаливанием», когда инструменты теряют свои режущие свойства вследствие засорения пор размельченной связкой и стружкой, либо осыпанием вполне работоспособных зерен. В первом случае на обрабатываемой поверхности наблюдаются прижоги, а во втором случае — повышенный износ кругов.

Для изготовления абразивных кругов применяют неорганические (керамические, силикатные) и органические (бакелитовые, вулканитовые) связки. Из них наиболее распространены керамическая, бакелитовая и вулканитовая связки.

Керамическая связка (КО, К1, К3 и др.) состоит из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца и других материалов. Круги на керамической связке обладают высокой прочностью и кромкостойкостью, допускают применение СОЖ. Однако они хрупки и малоупруги, и поэтому тонкие круги на керамической связке не могут воспринимать боковые нагрузки.

Круги на керамической связке изготавливают с использованием электрокорундов и карбида кремния и применяют для всех видов шлифования, за исключением отрезки и прорезания узких пазов.

Бакелитовая связка (Б, Б1, Б2 и др.) представляет собой бакелитовую смолу (пульвербакелит) в виде порошка и бакелитового лака. Абразивные круги с такой связкой обладают высокими прочностью и упругостью, что позволяет изготавливать их малой толщины. Недостатком бакелитовой связки является ее низкая теплоемкость, вследствие чего связка при температуре 250…300°С выгорает, а зерна абразива выкрашиваются. Обычно круги на бакелитовой связке применяют при шлифовании всухую, так как при работе с СОЖ прочность и твердость таких кругов резко снижается. Круги на бакелитовой связке с добавлением наполнителя — криолита обладают повышенной стойкостью.

Вулканитовая связка (В, В1, В2 и др.) в основе имеет синтетический каучук, смешанный с небольшим количеством серы. По сравнению с кругами на бакелитовой связке, круги на вулканитовой связке более упруги, но менее теплостойки. Поэтому такая эластичная связка позволяет создавать тонкие, до десятых долей миллиметра, отрезные круги диаметром 150…200 мм.

Алмазные и эльборовые круги изготавливают на бакелитовой, металлической и реже на керамической связках. Из них наиболее часто применяется металлическая связка.

Металлическая связка изготавливается из сплавов на основе меди, олова, железа, алюминия и других металлов. Она отличается высокой прочностью и износостойкостью. Круги на этой связке длительно сохраняют рабочий профиль и применяются в основном при съеме небольших припусков.

Структура абразивного инструмента характеризует строение абразивного инструмента в зависимости от количественного соотношения между зернами, связкой и порами в единице объема и обозначается номерами от 0 до 12. С увеличением номера структуры число зерен уменьшается, а объем связки — увеличивается. Абразивные инструменты структуры 0-3 имеют очень плотное расположение зерен и используются для профильного шлифования.

Абразивные инструменты структуры 5-8 имеют среднее соотношение объемов зерен, связки и пор и применяются для всех видов работ. В частности, структуры 5-6 применяются для наружного и бесцентрового шлифования; структуры 7-8 — для плоского и внутреннего шлифования; структуры 8-9 — для отрезки.

Абразивные инструменты с открытой структурой (9-12) имеют наименьшее объемное содержание зерен и большие размеры пор. Работа такими инструментами улучшает отвод стружки и охлаждение зоны шлифования, а также уменьшает вероятность появления «засаливания» круга. Это позволяет работать на повышенных режимах и предотвращать появление дефектов на обработанной поверхности.

Концентрация зерен в абразивном слое является условной характеристикой режущей способности алмазных и эльборовых кругов. За 100%-ную концентрацию принимают содержание 0,878 г (4,4 карата) зерен алмаза или эльбора в 1 см 3 абразивного слоя, что составляет 25% его объема. С увеличением концентрации повышается режущая способность и стойкость кругов. Для окончательного шлифования и доводки рекомендуются круги 100%-ной и 150%-ной концентраций, а для профильного шлифования — круги 150%-ной и 200%-ной концентраций.

Предварительное шлифование и заточку твердосплавных инструментов выполняют кругами на металлической связке со 100%-ной или 150%-ной концентрацией; резьбошлифование твердосплавных инструментов, мелкомодульных фрез — кругами со 150%-ной концентрацией алмазов.

Твердость абразивных инструментов — это способность связки удерживать зерно в инструменте при воздействии на него внешних сил. Чем меньше твердость инструмента, тем легче и быстрее из него удаляются затупившиеся зерна, и наоборот.

Установлена следующая шкала степеней твердости абразивных инструментов: М1…МЗ — мягкие; СМ1 и СМ2 — среднемягкие; С1 и С2 — средние; СТ1…СТ3 — среднетвердые; Т1 и Т2 — твердые; ВТ1 и ВТ2 — весьма твердые; ЧТ1 и ЧТ2 — чрезвычайно твердые. Здесь цифры 1, 2 и 3 характеризуют твердость абразивного инструмента в порядке ее возрастания.

Твердость абразивных инструментов определяют двумя основными методами: пескоструйным (по глубине лунки на инструменте, образованной под действием определенного объема кварцевого песка, выбрасываемого воздухом, подаваемым под давлением 15 МПа); вдавливанием стального шарика на твердомере Роквелла.

В большинстве случаев шлифования применяют абразивные круги средней степени твердости, обеспечивающие высокую производительность и большую стойкость. При бесцентровом, внутреннем и плоском шлифовании применяют более мягкие круги, чем при круглом наружном шлифовании, а при профильном шлифовании, резьбошлифовании, шлифовании прерывистых поверхностей и заготовок малых диаметров используют более твердые круги. Шлифование с использованием СОЖ выполняют более твердыми кругами.

Общее правило выбора твердости абразивных кругов гласит: чем мягче обрабатываемый материал, тем выше должна быть твердость круга, и наоборот. Поэтому, например, для устранения опасности появления прижогов и трещин применяют более мягкие круги.

Точность абразивных инструментов. В зависимости от требований к зерновому составу, предельным отклонениям поверхностей, их взаимному расположению, наличию сколов, трещин и раковин шлифовальные круги выпускают трех классов точности: АА, А и Б, а остальные инструменты — двух классов: А и Б.

Круги класса АА имеют наименьшие отклонения от заданных размеров. Допускаемые отклонения для инструментов класса Б в 1,5-2 раза превышают отклонения аналогичных параметров кругов класса А, которые в свою очередь больше соответствующих классу АА.

Круги класса точности АА применяют для прецизионной обработки шлифованием высокоточных заготовок из материалов всех групп обрабатываемости, а также для скоростного и высокоскоростного прецизионного шлифования особо точных заготовок.

Круги класса точности А применяют для окончательной обработки шлифованием заготовок из материалов всех групп обрабатываемости, а также для скоростного и высокоскоростного окончательного шлифования.

Для менее ответственных операций абразивной обработки применяют инструменты класса точности Б.

Неуравновешенность шлифовальных кругов возникает при несовпадении их центра масс с центрами вращения. Причинами неуравновешенности могут быть погрешности установки круга на планшайбе и планшайбы с кругом на шпинделе станка, погрешности геометрической формы круга, его неравномерный износ в процессе шлифования и т.д.

Неуравновешенность круга приводит к появлению вибраций и, как следствие, к ухудшению качества обрабатываемой поверхности (появляются огранка, волнистость, прижоги и т.д.), преждевременному выходу из строя шпиндельного узла станка, а иногда и к разрушению круга.

Контроль неуравновешенности обычно производят на станках для статической балансировки, основной частью которых являются два параллельно расположенных цилиндрических валика одинакового диаметра (рис. 2). Суть статической балансировки заключается в следующем: круг на балансировочной оправке устанавливают на валики и легким толчком медленно вращают. При этом «тяжелая» часть круга стремится занять крайнее нижнее положение. После остановки круга отмечают верхнюю точку его периферии и к ней крепят зажим с грузом определенной массы. Груз подбирают до тех пор, пока круг не будет находиться в безразличном стоянии равновесия. Затем абразивный круг устанавливают на шлифовальный станок.

Рис. 2. Балансировочный станок:

1 — параллельные цилиндрические валики; 2 — станина;
3 – шлифовальный круг; 4 — оправка

Балансировку алмазных и эльборовых кругов производят либо путем высверливания или растворения металла «тяжелой» части кругов, либо путем нанесения компенсирующего расплава на «легкую» часть кругов.

В зависимости от допускаемых неуравновешенных масс и по мере их возрастания установлены четыре класса неуравновешенности шлифовальных кругов: 1, 2, 3 и 4.

Круги класса точности АА должны иметь наименьшую неуравновешенность 1 класса. Круги класса точности А могут иметь неуравновешенность 1 и 2 классов, а класса точности Б — 1, 2 и 3 классов неуравновешенности.

Круги класса точности АА легко балансируются и в большинстве случаев могут работать в процессе эксплуатации до полного износа без периодической балансировки.

Круги классов точности А и Б рекомендуется после первой балансировки править не только по периферии (рабочей поверхности), но и по торцам круга. Это позволяет уменьшить или даже полностью исключить появление эксплуатационной неуравновешенности при шлифовании.

Маркировка шлифовальных инструментов наносится на одной из сторон круга водостойкой краской.

Пример маркировки абразивного круга:

ПП 500x50x305 24А 10-П С2 7 К5 35м/с А 1 кл ГОСТ 2424-83

Здесь: ПП — тип круга; 500 х 50 х 305 — наружный диаметр х высота х диаметр посадочного отверстия; 24А — марка шлифовального материала; 10-П — зернистость; С2 — степень твердости; 7 — номер структуры; К5 — марка связки; 35 м/с — рабочая окружная скорость; А — класс точности круга; 1 кл — класс неуравновешенности.

Пример маркировки алмазного шлифовального круга:

1 А 1 300x40x76x5 АС4 100/80 100 БП2 2720-0139 ГОСТ 16167-90

Здесь: 1 — форма сечения корпуса; А — форма сечения алмазоносного слоя; 1 — расположение алмазоносного слоя на корпусе круга; 300 х 40 х 76 х 5 — наружный диаметр х высота х диаметр посадочного отверстия х толщина алмазоносного слоя; АС4 — марка алмазного шлифпорошка; 100/80 — зернистость алмазного шлифпорошка; 100 — условная концентрация шлифматериала; БП2 — марка связки; 2720-0139 — обозначение типоразмера круга.

Абразивный инструмент абрази́вный инструме́нт

служит для механической обработки (шлифование, притирка и др.); изготовляется из абразивных материалов и связки. Бывает жёстким (например, шлифовальные круги, бруски) и мягким (например, шлифовальные шкурки).

АБРАЗИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

АБРАЗИ́ВНЫЙ ИНСТРУМЕ́НТ, инструмент, режущая часть которого состоит из абразивных зерен. Изготовляется из абразивных материалов (см. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ) и предназначен для механической абразивной обработки (см. АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА) различных видов материалов. По свойствам, форме и строению он существенно отличается от других видов режущего инструмента. Абразивный инструмент может работать при скоростях резания, значительно превосходящих скорости резания металлообрабатывающим инструментом, обрабатывать различные по свойствам материалы – от кожи, резины и дерева до труднообрабатываемых высокотвердых закаленных сталей и изделий из твердых сплавов. Абразивные инструменты разделяют на 2 типа: жесткие (шлифовальные круги, головки, сегменты и бруски) и гибкие (шлифовальная шкурка и изделия из нее – ленты, диски и др.). В процессе обработки абразивным инструментом можно снимать слой материала глубиной от нескольких миллиметров до долей микрометра, обеспечивая высокую точность и качество обработки.
Для изготовления абразивного инструмента наиболее широко используют такие абразивные материалы, как электрокорунд (см. ЭЛЕКТРОКОРУНД) , карбид кремния, синтетические и природные алмазы (см. АЛМАЗ (минерал)) .
Абразивный инструмент на основе различных электрокорундов применяют на обдирочных и черновых операциях обработки заготовок из материалов, имеющих высокий предел прочности на растяжение, на чистовых и отделочных операциях обработки заготовок и инструментов из различных сталей, получистовых и чистовых операциях обработки заготовок из средне- и высоколегированных сталей и т. д. Абразивный инструмент из титанистых электрокорундов обладает более высокими режущими свойствами и выделяет меньше теплоты при шлифовании по сравнению с использованием нормального и белого электрокорунда. Это позволяет использовать его на операциях, где имеется опасность появления прижогов или недостаточная стойкость инструментов. Абразивный инструмент на основе карбида кремния имеет наиболее широкую из всех абразивных материалов область применения: он незаменим при обработке чугуна, меди, алюминия, стекла и др. Алмазные круги с внутренней или внешней режущей кромкой широко применяются в полупроводниковой промышленности.
При изготовлении абразивного инструмента используют различные связки. В качестве связок, применяемых для закрепления зерен в абразивном инструменте, могут применяться неорганические и органические вещества, а также их комбинации. Основной объем абразивного инструмента выпускается на керамических, бакелитовых и вулканитовых связках, реже – на силикатовой, глифталевой и магнезиальной связках, скрепляющих отдельные абразивные зёрна.
Понятие твердость абразивного инструмента не совпадает с физической характеристикой вещества. Твердостью абразивного инструмента называется величина, характеризующая свойство абразивного инструмента сопротивляться нарушению сцепления между зернами и связкой при сохранении характеристик инструмента в пределах установленных норм. Шкала твердостей абразивного инструмента состоит из 8 основных степеней твердости. Термин твердость абразивного инструмента характеризует также способность изделия к самозатачиванию. В процессе шлифования абразивные зерна по мере их затупления скалываются и выкрашиваются, обнажая лежащий под ними слой незатупившихся зерен. Это свойство абразивного инструмента называют способностью к самозатачиванию, т. е. частичного самовосстановления режущих свойств инструмента в процессе его работы. Чем интенсивнее происходит скалывание и выкрашивание, тем полнее самозатачивание абразивного инструмента. При частичном самозатачивании абразивного инструмента режущая способность его восстанавливается не полностью. Для полного ее восстановления абразивный инструмент подвергают правке удалением поверхностного слоя зерен. При этом одновременно выправляется форма инструмента.
Под структурой абразивного инструмента понимают соотношение объемов абразивного материала, связки и пор в абразивном инструменте. Номером структуры обозначается степень пористости инструмента. Номера (1–4) соответствуют закрытой структуре, (5–8) – средней, (9–12) – открытой и 13 и выше – высокопористой.
Технология производства абразивного инструмента в значительной степени определяет их рабочие свойства: однородность состава, твёрдость, износостойкость и точность размеров и др.