Абразивные инструменты

Абразивные и алмазные инструменты широко применяют в машиностроении и приборостроении для шлифования, притирки, полирования деталей, а также для шлифования, заточки и доводки режущих и других инструментов с целью достижения высокой производительности, точности и низкой шероховатости обработки. В настоящее время парк станков, применяемых для абразивной и алмазной обработки, составляет 20 % общего числа металлорежущего оборудования. В подшипниковой промышленности удельный вес таких станков достигает 60 %. Потребность в шлифовальных, заточных и доводочных инструментах очень велика.

Абразивным инструментом называется тело определенной геометрической формы, состоящее (или содержащее рабочий слой) из абразивных зерен, скрепленных между собой связкой. К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги, шлифовальные головки, бруски, сегменты, абразивные ленты. Кроме того, при обработке. деталей машин и приборов находят достаточное применение абразивные материалы, зерна которых не закреплены жестко между собой. Это абразивные пасты, которые могут быть жидкие, мазеобразные, твердые, а также гидроабразивные суспензии.

Из всех перечисленных абразивных инструментов наибольшее распространение имеют шлифовальные круги. Они представляют собой тела вращения, имеющие различные размеры и профили в осевом сечении, которых по ГОСТ 2424 - 75 насчитывают 17 видов. На рис.1 показаны основные виды шлифовальных кругов. В зависимости от формы и назначения они бывают плоские прямого профиля (ПП), плоские с цилиндрическими и коническими выточками (ПВ, ПВД, ПВК, ПВКД), плоские с двух- и односторонним коническим профилем (2П, ЗП, 4П), диски (Д), кольца (1К, 2К), чашки цилиндрические (ЧЦ) и конические (ЧК), тарели с различным углом профиля (IT, 2T, ЗТ) и круги специального назначения, например (С) - для шлифования калибровых скоб, (И) - для заточки иголок, (Кс) - для заточки ножей косилок и т. д.

Круги ПП и ПВ применяют для круглого наружного, внутреннего бесцентрового и плоского шлифования. Цилиндрические выточки с одной или с двух сторон делают тогда, когда зажимные фланцы могут помешать подводить круг к зоне шлифования. Конические выточки у плоских кругов ПВК и ПВКД служат для уменьшения площади контакта боковой поверхности круга с заготовкой при шлифовании буртиков, что уменьшает тепловыделение и улучшает качество шлифуемой поверхности. Плоские круги с коническим профилем применяют в тех случаях, когда в зоне шлифования ограничено пространство. Их используют в основном для заточки таких многолезвийных инструментов, как фрезы, пилы и т. д.

Диски (Д) делаются тонкими 0,5-5 мм, диаметром 80 - 500 мм. Служат для разрезки, прорезаиия канавок и для шлифования глубоких пазов. Круги кольца (1К и 2К) применяют для плоского шлифования. К планшайбе шлифовального станка их крепят цементирующим веществом. Форма 2К предназначена для более надежного крепления. Круги ЧЦ и ЧК используют для заточки инструментов и для плоского шлифования. Кроме того, ЧЦ с толстыми стенками применяют для внутреннего шлифования цилиндрических поверхностей с буртиком или же для глухих отверстий. Они крепятся планшайбами.

Тарелки применяют для заточки режущих инструментов, т. е. тогда когда свободное пространство в зоне шлифования резко ограничено. Форма П - для заточки передней поверхности зубьев фрез; 2Т - для заточки червячных фрез; более узкие ЗТ - для шлифования долбяков и цилиндрических зубчатых колес; 4Т - круги тарелки, применяемые для заточки инструментов.

Рис.1 Формы абразивных кругов

Рекомендуемые материалы

Рис. 2. Основные разновидности шлифовальных головок

Специальные круги (С, И, Кс, М) имеют наименование в соответствии с родом работы или формой обрабатываемой детали. С - круги для шлифования калибровых скоб, И - для заточки иголок, Кс - для заточки ножей косилок, М - для разрезания минералов. Шлифовальные круги малых размеров называют головками. По ГОСТ 2447 - 76 они имеют семь разновидностей. На рис. 2 показаны основные разновидности шлифовальных головок. Их применяют для внутреннего шлифования, а также для обработки фасонных поверхностей и снятия заусенцев. Закрепляют головку на шпинделе станка с помощью резьбовой шпильки. На другом конце она имеет насечку, которая входит в глухое отверстие головки и фиксируется клеящим веществом.

Шлифовальные круги больших размеров делают сборной конструкции, состоящие из нескольких сегментов. Сегменты зажимают в гнездах патрона, который крепится на шпинделе станка. После закрепления сегменты образуют прерывистую плоскую кольцевую поверхность. По ГОСТ 2464 - 82 шлифовальные сегменты делают различной формы: плоские, выпукло-вогнутые, вогнутовыпуклые, выпукло-плоские, плосковыпуклые, трапециевидные специальной формы.

Достоинством абразивных инструментов является то, что они обеспечивают высокую точность обработки, низкую шероховатость поверхности, позволяют обрабатывать твердые материалы, а также металлы в закаленном состоянии. Однако они имеют и существенные недостатки. При шлифовании возникают растягивающие напряжения в поверхностном слое, что отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах контактных поверхностей деталей машин и приборов. Они создают прижоги и шаржирование обработанной поверхности абразивными отходами.

Абразивные зерна имеют разную, неопределенную и совсем нерациональную геометрию. На поверхности инструмента они не ориентированы и расположены неравномерно. Все это создает более высокие напряжения процесса резания при шлифовании и, как следствие, ведет к повышению силового воздействия и контактной температуры в зоне резания.

Алмазные круги по ГОСТ 16167 - 80 выпускают 16 типов. Из формы и обозначения те же, что и абразивных кругов, только впереди ставятся буквы А для природных алмазов и AC - для синтетических алмазов, указывающие на класс алмазных кругов, например, АПП, АЧК, АСПП, АСЧК и т. д.

Из алмазов изготовляют также и другие абразивные инструменты: алмазные головки, отрезные круги и пилы, бруски и надфили, ленты и эластичные диски. Их применяют для шлифования, хонингования, суперфиниширования, притирки, полирования твердых сплавов, сталей и чугунов, полупроводников, цветных металлов и сплавов, хрупких неметаллических материалов; а также для заточки и доводки твердосплавных инструментов.

Круги выпускаются на органических металлических и керамических связках с концентрацией алмазов 50, 100 и 150 %, которые заключены в алмазоносном слое толщиной 1-5 мм. Алмазоносный слой состоит из алмазных зерен или порошков, связки и наполнителя.

При заточке и доводке инструментов из твердых сплавов эффективность алмазных кругов во много раз выше по сравнению с кругами из зеленого карбида кремния. Они обеспечивают высокую производительность и точность обработки. Алмазные круги отличаются высокими режущими свойствами, резко снижают силы и температуру резания. Вследствие этого уменьшаются или исключаются прижоги и образование сетки микротрещин.

Круги из эльбора выпускают той же формы, что и алмазные круги. Кроме того, делаются суперфинишные бруски и полировальная шкурка. Типы кругов обозначаются так же, как и алмазных, но вместо буквы А для эльборовых кругов ставится буква Л.

Их изготовляют также на металлической, керамической и органической связках со 100 %-ной концентрацией в рабочем слое, который в основном имеет ту же толщину, что и алмазоносный слой в алмазных кругах. По заказу предприятий эльборовые круги выпускаются с другой концентрацией эльбора от 25 до 150 %. Из эльбора делаются также шлифпорошки и микропорошки указанной ранее зернистости.

Инструменты из эльбора дают наиболее высокую эффективность при чистовом и окончательном шлифовании деталей из высоколегированных закаленных сталей и заточке инструментов из быстрорежущих сталей. Объясняется это тем, что.эльбор химически инертен к железоуглеродистым соединениям, не вступает с ними в химическое взаимодействие и имеет более высокую теплоемкость, чем алмаз. Инструменты из эльбора имеют более высокие режущие свойства для указанных обрабатываемых материалов, чем алмазные инструменты.

Они характеризуются низким удельным расходом, в 2 - 4 раза меньше алмазных и в 50 раз меньше абразивных кругов; высокой стойкостью рабочего профиля, что обеспечивает высокую точность обработки; меньшим тепловыделением в зоне резания, что повышает качество обработанной поверхности; малым засаливанием, а в ряде случаев отсутствием его, вследствие чего требуется более редкая правка кругов.

Круги и шлифовальные головки выпускаются из кубанита. Форма, размеры, связки и концентрация кругов те же, что и эльборовых. При обозначении вместо буквы Л для эльборовых кругов ставится буква К для кубанитовых кругов. Режущие свойства кубанита такие же, как и эльбора. Применяются кубанитовые инструменты для тех же целей, что и эльборовые.

Абразивные инструменты характеризуются формой, размерами, родом абразивного материала, зернистостью абразивного материала, видом связки, твердостью, структурой и прочностью".

ХАРАКТЕРИСТИКИ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Связки для абразивных инструментов. Абразивные зерна в инструменте закрепляются при помощи цементирующего вещества - связки. От связки во многом зависит режущая способность и экономичность абразивного инструмента, а также качество обработанной поверхности. Связки бывают органические, минеральные (керамические) и металлические.

Органические связки. К органическим связкам относятся бакелитовая, вулканитовая, эпоксидная, глифталевая.

Бакелитовая связка делается из искусственной смолы - фенола и формалина. Круги на этой связке обладают высокой прочностью и упругостью, допускают большие окружные скорости.

Однако круги на бакелитовой связке имеют малую пористость по сравнению с керамической связкой, что затрудняет их охлаждение и удаление стружки, вследствие чего они склонны к засаливанию, имеют малую огнеупорность (при температуре 300°С связка выгорает). Сцепляемость связки с зерном недостаточно высокая, поэтому круги быстро изнашиваются и теряют заданный профиль. Кроме того, связка чувствительна к щелочным растворам, нельзя применять охлаждающие жидкости, содержащие более 1,5 % соды. Несмотря на эти недостатки, бакелитовая связка является наиболее распространенной из органических связок.

Круги на этой связке можно делать любой твердости. Бакелитовая связка обозначается буквой Б и имеет три разновидности: Б и Б1, приготовляемые из пульвербакелита, Б2, получаемая из жидкого бакелита, и специальная БЗ, применяемая для резьбоиалифовальных и тонких кругов. Круги на этой связке применяют при отрезке и прорезке заготовок, при плоском шлифовании.

Вулканитовая связка получается путем вулканизации каучука. Круги на вул-канитовой связке по сравнению с бакелитовой более упруги и плотные, обладают большим полирующим действием. Но она имеет следующие недостатки: менее прочна и теплостойка. При температуре 150 °С связка размягчается, и абразивные зерна вдавливаются в нее; круги из нее делаются ограниченной твердости - СМ, С, СТ и Т.

Вулканитовые круги в основном применяют для отрезных и прорезных работ, для полирования и отделочного шлифования, а также для ведущих кругов при бесцентровом шлифовании.

Круги на этой связке делают жесткие В₁ – B₃, применяемые для отрезки и прорезки, и гибкие 1ГК - 4ГК, применяемые для полирования и отделочного шлифования. Наиболее эластичным является круг на связке 1ГК, а наиболее жестким  круг на связке В₃.

Глифталевая связка (ГФ) представляет собой синтетическую смолу, состоящую из глицерина и фталевого ангидрида. Круги на этой основе имеют повышенную упругость и применяются в основном для отделочного шлифования закаленных сталей.

Минеральные связки. К ним относятся керамическая, магнезиальная, силикатная связки.

Керамическая связка (К) состоит из различных материалов: огнеупорной глины, полевого шпата, кварца, талька, мела, жидкого стекла, корундовой пыли и других веществ, взятых в определенных количествах в зависимости от твердости круга. Керамическая связка делается плавящаяся (стекловидная) и спекающаяся (фарфоровидная). Первую в основном используют для изготовления электрокорундовых кругов, вторую - карборундовых.

Керамическая связка огнеупорна, водостойка, химически устойчива к различным СОЖ, имеет относительно высокую прочность. Но она недостаточно упруга, имеет повышенную хрупкость, поэтому круги на этой связке чувствительны к ударам и изгибающим нагрузкам. И все же она универсальна, из нее нельзя делать только тонкие и прорезные круги.

Круги на керамической связке являются самыми распространенными. На этой связке выпускаются до 60 % кругов, на бакелитовой 30 % и более, на вулканитовсй 4 - 7 % и на других связках 1 - 3 %.

Магнезиальная связка (М) состоят из магнезита и хлористого магния. Эта связка гигроскопична, круги на них мало нагревают деталь, но малостойки. Применяются редко при плоском шлифовании, для кругов, изготовленных из естественного корунда и наждака.

Силикатная связка (С) состоит из жидкого стекла, глины, мела и др. Она достаточно прочна, но мало сцепляется с абразивными зернами, меньше нагревает шлифуемую деталь, чем керамическая связка. Круги на этой связке также применяются редко.

Металлические связки представляют собой сплавы меди, олова, цинка, алюминия, никеля и других, металлов. Они применяются в основном для алмазных и эльборовых кругов. Металлические связки бывают порошковые и гальванические.

Порошковую связку применяют в кругах, служащих для предварительной обработки или окончательной при шероховатости шлифуемой поверхности не выше Ra = 0,63 мкм.

Наиболее распространенной из металлических связок является смазка на бронзовой основе Ml и ее разновидностей, а также связка М5 на цинково-алюминиевои основе и ее разновидностей: ТМ2, М013, МВ1 и др.

Круги на никелевой связке делают методом гальванического эакреилевия алмазных зерен на металлический корпус. Корпус обычно изготовляют из алюминиевых сплавов АК6, Д16 но ГОСТ 4784 - 74, пластмасс или стали марок СтЗ, 20, 25-, 30 по ГОСТ 380-71. Абразивный слой на корпусе состоит из алмазного или эльборового порошка, связки и наполнителя. Толщина абразивного слоя обычно составляет 1-3 мм.

Твердость абразивных инструментов. Под твердостью абразивных инструментов понимают сопротивление связка усилиям вырывания абразивных зерен из его рабочей поверхности. Твердость абразивных инструментов зависит от количества и качества связки, вида абразивного материала, от форм и размеров абразивных зерен и технологического процесса изготовления (давлеаия прессования, температуры и времени обжига и т. д.).

Твердость абразивных инструментов на минеральной связке зернистостью 125 - 16 определяется на пескоструйном приборе по глубине лунки, образуемой струёй кварцевого песка, выбрасываемой сжатым воздухом под .давлением 1500 ГПа. При этом чем больше лунки, тем меньшая твердость круга.

Твердость кругов на бакелитовой связке определяется на специальном приборе - твердомере. Твердость инструментов из шлифовальных порошков зернистостью 12 - 14, а также алмазных и эльборовых кругов определяется по изменению глубины лунки на приборе Роквелла по шкале В под действием нагрузки 600 Н на стальной шарик. По твердости абразивные инструменты подразделяются на девять групп и имеют более двадцати степеней; твердости.

Табл. 1

1. Твердость абразивных кругов

Твердость инструмента тем выше, чем больше номер в обозначении степени.

Круги на керамической связке имеют все степени твердости. Круги на бакелитовой связке имеют степени твердости от СМ1 до Tl. На вулканитовой связке круги делаются твердостью С, СТ и Т без указания степени.

Независимо от структуры определенной твердости круга соответствует определенный объем пор. Процентное соотношение между объемом, занимаемым абразивными зернами и связкой, может меняться для одной и той же твердости круга, а объем, занимаемый порами, остается постоянным считая, что V_з + V_св + V_п = 100 %. В табл. 1 показано примерное процентное содержание объема, занимаемого порами для кругов различной степени твердости. Из таблицы видно, что чем меньше объем, занимаемый порами, тем тверже круг.

Абразивный инструмент по твердости должен быть выбран таким, чтобы он работал в условиях самозатачивания, когда по мере затупления абразивных зерен под действием возросшей силы резания они удаляются из состава круга и в работу вступают новые незатупившиеся зерна. Трудно дать точные рекомендации по правильному выбору твердости круга. Однако необходимо руководствоваться следующим.

Чем тверже обрабатываемый материал, тем мягче должен быть круг. В этом случае режущие зерна быстрее будут изнашиваться, поэтому они должны быстрее удаляться, заменяться другими более острыми.

При обработке мягких материалов зерна медленно теряют режущие свойства, поэтому круг должен быть более твердым, чтобы незатупившиеся или мало износившиеся зерна дольше оставались в нем. Однако для шлифования весьма мягких и вязких металлов круг должен быть более мягким, иначе он будет засаливаться-

Чем больше поверхность контакта при шлифовании, тем более острыми зернами должен работать круг, тем, следовательно, он должен быть мягче. Иначе вследствие повышенной температуры резания возникнут прижоги на обработанной поверхности.

При плоском шлифовании периферией круга необходимо применять более мелкие круги, чем при плоском шлифовании торцом. Чем больше скорость резания, тем мягче применяется круг.

Крепнозернистые круги могут быть более твердыми, так как они служат для предварительного шлифования и им меньше угрожает засаливание. Для чистовой обработки круг должен быть более мягким, чтобы при относительно меньшем износе абразивные зерна легче удалялись из круга и он работал бы более острыми новыми зернами. При точном шлифовании применяют круги повышенной твердости, чтобы он дольше сохранял заданные размеры и форму. Шлифование без СОЖ требует более мелких кругов, чем с применением СОЖ. При шлифовании прерывистых поверхностей требуется более твердый круг. При обработке деталей на более жестких станках, можно применять более мягкий круг.

На заводах обычно используют круги твердостью М2 - СТЗ. Так, для обдирочных и зачистных работ - СТ1 - СТЗ, для отрезки и прорезки – С - СТ, для получистового и чистового шлифования - М2 - С2, для заточки быстрорежущих и твердосплавных инструментов – МЗ -СМ1.

Структура абразивных инструментов и концентрация зерен. Под структурой абразивных инструментов понимают плотность расположения абразивных зерен, которая зависит от объема, занимаемого тремя основными фазами - абразивной, связующей и газообразной, т. е. порами. Иногда абразивные инструменты имеют четвертую фазу - наполнитель.

Объемное содержание той или иной фазы принято выражать в процентах от общего объема инструмента. С увеличением объемного содержания зерен уменьшается расстояние между зернами.

Структура оказывает существенное влияние на режущие свойства абразивных инструментов, на, процесс и качество обработки. При малом расстоянии между абразивными зернами режущая поверхность инструмента быстро забивается отходами абразивной обработки и засаливается. При слишком большом расстоянии между зернами стружка будет свободнее размещаться и легче выбрасываться, но снижается прочность инструмента.

Изменение объемного содержания абразивной фазы в обычных абразивных инструментах характеризуется номером структуры, а для алмазных и эльборовых инструментов - концентрацией зерен.

Структура обозначается номерами от 0 до 20. С увеличением структуры на один номер объем зерна в инструменте уменьшается, а объем связки увеличивается на 2 %, т. е. чем меньше процентное содержание абразивного зерна, тем больше номер структуры. Инструменты из абразивных материалов имеют плотную, среднюю, открытую и высокопористую структуру. В табл. 2 показаны номера структур и объемное содержание абразивных зерен в про­центах.

Абразивные инструменты зернистостью 125 - 80 обычно делают со структурами 3, 4, зернистостью 50 - 40 - со структурами 5, 6,

При плоском шлифовании периферией круга необходимо применять более мелкие круги, чем при плоском шлифовании торцом. Чем больше скорость резания, тем мягче применяется круг.

Крепнозернистые круги могут быть более твердыми, так как они служат для предварительного шлифования и им меньше угрожает засаливание. Для чистовой обработки круг должен быть более мягким, чтобы при относительно меньшем износе абразивные зерна легче удалялись из круга и он работал бы более острыми новыми зернами. При точном шлифовании применяют круги повышенной твердости, чтобы он дольше сохранял заданные размеры и форму. Шлифование без СОЖ требует более мелких кругов, чем с применением СОЖ. При шлифовании прерывистых поверхностей требуется более твердый круг. При обработке деталей на более жестких станках можно применять более мягкий круг.

На заводах обычно используют круги твердостью М2 - СТЗ. Так, для обдирочных и зачистных работ - СТ1 - СТЗ, для отрезки и прорезки – С - СТ, для получистового и чистового шлифования - М2 - С2, для заточки быстрорежущих и твердосплавных инструментов – МЗ -СМ1.

Структура абразивных инструментов и концентрация зерен. Под структурой абразивных инструментов понимают плотность расположения абразивных зерен, которая зависит от объема, занимаемого тремя основными фазами - абразивной, связующей и газообразной, т. е. порами. Иногда абразивные инструменты имеют четвертую фазу - наполнитель.

Объемное содержание той или иной фазы принято выражать в процентах от общего объема инструмента. С увеличением объемного содержания зерен уменьшается расстояние между зернами.

Структура оказывает существенное влияние на режущие свойства абразивных инструментов, на процесс и качество обработки. При малом расстоянии между абразивными зернами режущая поверхность инструмента быстро забивается отходами абразивной обработки и засаливается. При слишком большом расстоянии между зернами стружка будет свободнее размещаться и легче выбрасываться, но снижается прочность инструмента.

Изменение объемного содержания абразивной фазы в обычных абразивных инструментах характеризуется номером структуры, а для алмазных и эльборовых инструментов - концентрацией зерен.

Структура обозначается номерами от 0 до 20. С увеличением структуры на один номер объем зерна в инструменте уменьшается, а объем связки увеличивается на 2 %, т.е. чем меньше процентное содержание абразивного зерна, тем больше номер структуры. Инструменты из абразивных материалов имеют плотную, среднюю, открытую и высокопористую структуру. В табл. 2 показаны номера структур и объемное содержание абразивных зерен в процентах.

Табл.2.

2. Структуры абразивных кругов

Примечание. Концентрация зерен в алмазных и эльборовых инструментах для структур: плотной - 250%, средней - 200%, открытой - 150%, высокопористой - 100 %.

Абразивные инструменты зернистостью 12 - 80 обычно делают со структурами 3, 4, зернистостью 50 - 40  со структурами 5, 6, зернистостью 25 - 12 - со структурами 7, 8. С уменьшением шероховатости поверхности и повышением твердости обрабатываемого материала, а также при профильном и прерывистом шлифовании требуются круги более плотной структуры 3 - 5, при шлифовании периферией круга - структуры 5 - 8, для плоского шлифования торцом круга - структуры 7 - 9. При скоростном шлифовании, а также при шлифовании мягких и вязких материалов рекомендуется применять высокопористые круги со структурами 14 - 18.

Алмазные и эльборовые круги характеризуются концентрацией зерен. Под концентрацией понимают условное содержание алмазного или эльборового порошка или зерен, равномерно распределенных в объеме алмазоносного слоя инструмента. Выпускаются круги 25, 50, 75, 10, 150 и 200 %-ной концентрации. В табл. 2 показано соответствие между структурой абразивных и концентрацией алмазных инструментов.

Содержание алмаза или эльбора в 1 мм³ алмазоносного слоя для кругов разной концентрации принимается следующим: при 25 % -ной концентрации - 0,22 мг, при 100 %-ной концентрации - 0,88 мг. Таким образом, по объему алмаза или эльбора содержится в 4 раза меньше, чем количественное обозначение концентрации. Так, для кругов со 100 %-ной концентрацией алмазный порошок занимает только часть, т. е. 25 % объема, а остальные 75 % приходятся на долю связки, наполнителя и пор. При этом в отличие от высокопористых кругов наполнители ее выжигаются, а остаются в связующей композиции, улучшая ее физико-механические свойства.

Алмазные круги для заточки твердосплавных инструментов рекомендуется применять 100 - 150 %-ной концентрации, а для их доводки – 50-100 %-ной концентрации; для плоского, круглого, профильного шлифования – 50-100 %-ной концентрации. Эльборовые круги для различных работ - заточки, шлифования, доводки стальных и чугунных изделий - имеют концентрацию 100 %.

АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Абразивные зерна, входящие в состав шлифовальных кругов, могут быть природного происхождения или быть специально изготовлены. Применение материалов естественного природного происхождения (кварца, корунда, алмазов) в настоящее время весьма ограничено из-за нестабильности их физико-механических характеристик или их дефицита. Гораздо больше распространены искусственные материалы различного химического состава, обладающие высокой твердостью, термо- и износостойкостью.

Абразивные зерна могут представлять собой монокристаллы, поликристаллы и осколки кристаллов. В зависимости от химического состава они имеют различную окраску, геометрическую форму и физико-механические свойства. Ниже перечислены названия и обозначения марок * некоторых материалов, используемых в качестве абразивных зерен:

Электрокорунд нормальный    .   .12А, 13А, 14А, 15A, 16А

Электрокорунд белый.... 22А, 23А, 24А, 25А

Электрокорунд легированный

хромистый    . 32А, ЗЗА, 34А

титанистый   . 37А

Монокорунд.   . 43А, 44А, 45А

Карбид кремния

черный .   .   . 53С, 54С, 55С

зеленый     .    . 63С, 64С

Алмазы

природные     A. AM, АН

синтетические АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС

Нитрид бора (эльбор)   .   .  . ЛО, ЛП

*Первая цифра в обозначениях показывает номер группы абразивных материалов, а вторая - подгруппу в зависимости от химического состава материала (наличия примесей и их содержания).

ЭЛЕКТРОКОРУНДЫ. Корундами называют вещества, основу которых составляют кристаллы оксида алюминия Аl₂О₃. Встречающиеся природные корунды из-за большого количества примесей, ухудшающих их режущие свойства, для изготовления шлифовальных кругов не применяются. Искусственные корунды получают из глиноземосодержащего сырья (бокситов) плавкой в электрических печах. Электрокорунды имеют несколько разновидностей.

Электрокорунд нормальный может содержать свыше 5 % примесей и легирующих составляющих, главной из которых является оксид титана. Физико-механические и режущие свойства электрокорунда улучшаются с увеличением номера в обозначении марки. Зерна имеют цветовую гамму от светло-розового или светло-коричневого до темно-коричневого,

Электрокорунд белый содержит более 99 % оксида алюминия и в зависимости от количества примесей также имеет несколько марок. Зерна белого электрокорунда имеют более высокую износостойкость и применяются при изготовлении кругов для чистового шлифования закаленных сталей. Зерна имеют белый или бело-розовый цвет.

Электрокорунд хромистый (технический рубин) получают добавкой в шихту перед плавкой до 0,3 % оксида хрома Сr₂О₃, в результате чего при плавке образуется твердый раствор оксида хрома в корунде. Кроме того, хром присутствует в зернах и в свободном состоянии. Зерна имеют розовую или темно-вишневую окраску, содержат много монокристаллов и имеют высокую стабильность физико-механических свойств, что улучшает их режущую способность.

Электрокорунд титанистый (технический сапфир) получают добавкой в шихту оксида титана ТiO₂ с образованием в процессе плавки твердых растворов оксида титана в корунде. Они способствуют получению кристаллов более совершенной формы, благодаря чему повышается абразивная способность зерен.

Монокорунд представляет собой электрокорунд, зерна которого имеют форму правильных кристаллов малых размеров, не подвергнутых дроблению и измельчению в ходе технологического процесса их получения. Это достигается добавлением в шихту перед плавкой сульфида железа (пирита). Благодаря правильной форме кристаллы монокорунда имеют высокие прочность и износостойкость.

КАРБИДЫ КРЕМНИЯ И БОРА. Химическое соединение кремния и углерода - карбид кремния SiC – получают плавкой в электропечах и последующим дроблением спеченного блока. Основным исходным сырьем являются кварц и каменный уголь (антрацит) или нефтяной кокс. В зависимости от цвета основной массы кристаллов различают зеленый и черный карбиды кремния. Карбид кремния черный несколько более прочен, чем карбид кремния зеленый, и имеет черную или темно-синюю окраску (карбид кремния зеленый - серовато-зеленую окраску).

Карбид бора - это химическое соединение бора с углеродом В₄С, получаемое электроплавкой из смеси борной кислоты и нефтяного кокса. Он имеет более высокую твердость, чем карбид кремния. Вместе с тем карбид бора хрупок, а при высокой температуре разлагается с выделением графита. Поэтому применение карбида бора ограничивается доводочными работами.

ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ АЛМАЗЫ. Природные алмазы имеют очень высокую твердость - они оставляют царапины на всех известных природных и синтетических материалах. Поэтому природные алмазы приняты за эталон при сравнительной оценке твердости. Производство кругов с абразивными зернами из природных алмазов очень ограничено в связи с дефицитностью и высокой стоимостью.

Синтетические алмазы имеют твердость близкую, а в отдельных случаях равную твердости природных алмазов. Монокристаллы и поликристаллы из синтетических алмазов, а также их осколки размером более 800 мкм называются алмазными зернами, а менее крупные частицы - алмазным порошком.

Синтетические алмазы имеют различные физико-механические свойства, в частности различную прочность. В соответствии с этим имеется семь марок: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС, АСМ и АСН. Пять первых марок относят к. группе алмазных шлифпорошков, а две последние - к группе микропорошков.

НИТРИД БОРА. Кубический нитрид бора используется в виде абразивных зерен в шлифовальных кругах, предназначенных для обработки поверхностей на режущих инструментах из быстрорежущих сталей и деталях машин из труднообрабатываемых материалов. Шлифпорошки из нитрида бора выпускаются двух марок с обозначением ЛО и ЛП.

ЗЕРНИСТОСТЬ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Размер зерен абразивных материалов определяется понятием зернистости. Разделение абразивных зерен по размерам производится двумя методами: а) гидравлическим способом; б) просеиванием через сита. В первом случае зерна, находящиеся в движущейся ламинарным потоком гидропульте, осаждаются с различной скоростью в зависимости от их массы - чем крупнее зерно, тем быстрее оно осаждается. Во втором случае используются сита с последовательно уменьшающимися размерами ячеек. Ситовое разделение больше распространено, так как позволяет разделять абразивные зерна на фракции с более точным определением граничных размеров частиц, соответствующих размерам ячеек сеток на ситах.

Абразивные зерна в зависимости от размеров разделяются на следующие группы: а) шлифовальные зерна (шлифзерна); б) шлифовальные порошки (шлифпорошки); в) микропорошки. .Внутри каждой группы разделение по размерам зерен производится по номерам зернистости. Номер зернистости является также характеристикой круга и входит в маркировку круга, наносимую на его нерабочей поверхности. Номера зернистости абразивных материалов (кроме алмазов и эльбора) и соответствующие размеры квадратных ячеек сеток на ситах изменяются в геометрической прогрессии с модулем ¹⁰Ö`10 для шлифзерна и шлифпорошков и с модулем Ö`2 для микропорошков. Верхний предел размеров абразивных зерен соответствует размеру стороны ячейки сита в свету. Через такое сито зерно проходит. Нижний предел соответствует размеру стороны ячейки в свету следующего по очереди сита, на котором зерно задерживается. В массе шлифзерна данной зернистости допускается наличие некоторого количества более крупных и более мелких зерен, соответствующих соседним номерам зернистости.

Зернистость алмазных и эльборовых порошков обозначается дробью, в которой числитель соответствует наибольшему, а знаменатель - наименьшему размеру в микрометрах зерен данной фракции. По ГОСТ 9206-80Е алмазные и эльборовые порошки выпускаются двух групп – шлифпрошки и микропорошки. Шлифпорошки с размерами зерен 800 до 40 мкм. Классификация  зернистости та же, что и абразивных материалов, но обозначаются через дробь, например, 800/630, 630/500, … 50/40. Микпропоршки с размерами зерен от 63 до 0,5 мкм и обозначаются 63/50, 50/40,…, 2/1, 1,0.

Контроль размеров алмазных и эльборовых зерен после разделения их с помощью сит на фракции производят с помощью микроскопа.

АБРАЗИВНАЯ СПОСОБНОСТЬ. Материалы, из которых изготовляются абразивные зерна, обладают различной абразивной способностью - способностью при взаимодействии с обрабатываемым материалом разрушать его в виде мелкодисперсных частиц. Абразивная способность характеризуется отношением массы снятого (диспергированного) материала к массе израсходованного шлифовального материала в заданных условиях их взаимодействия. Абразивная способность природных и синтетических алмазов принята за единицу. Остальные абразивные материалы обладают меньшей абразивной способностью :

Материал                        Абразивная

                                         способность

Алмазы  А,  АС                        1,0

Эльбор ЛО                              0,8

Карбид бора                           0,71

Карбид кремния 55С           0,55

Монокорунд 45А                   0,22

Электрокорунды:

нормальный 15А              0,2... 0,22

хромистый  34А                    0,21

белый 24А                        0,18... 0,2

титанистый 37А                  0,15

ТВЕРДОСТЬ. Высокая твердость абразивных материалов является необходимым условием их способности производить резание. Оценка твердости материалов может производиться двумя способами - нанесением царапин на их поверхностях и вдавливанием в их поверхности алмазной пирамиды. Большее распространение получил второй метод. Согласно этому методу алмазная пирамида с силой 2 Н вдавливается в поверхность испытуемого образца и оставляет на ней отпечаток, площадь которого зависит от твердости материала. Чем тверже материал, тем меньше площадь отпечатка. Измерив микроскопом плошадь отпечатка, по шкале Хрущева можно определить значение микротвердости в мегапаскалях. Микротвердость основных абразивных материалов имеет следующие значения:

Абразивный материал Микротвериость,

                                            10^-3 МПа

Эльбор ЛО..................              73 . 100

Карбид бора.........                     33 .. 45

Карбид кремния   55С   64С    28...36

Электрокорунд   

Титанистый 37А  •                     22...33

Монокорунд................              21.. 26

Электрокорунд

хромистый   ....              20 .. 22

Электрокорунд

белый 24А...................              20.. 21

Электрокорунд

нормальный 15А .   .    .    .      18 ... 20

Сравнивая данные по абразивной способности и микротвердости различных материалов, можно заметить, что чем тверже абразивный материал, тем выше его абразивная способность, и наоборот.

ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКОСТЬ. В процессе резания абразивные зерна шлифовальных кругов подвергаются кратковременному циклическому нагреву до высоких температур. Поэтому такая характеристика, как температуростойкость абразивных материалов, оказывает существенное влияние на режущую способность шлифовальных кругов. Наиболее распространенные абразивные материалы имеют следующие значения термостойкости:

Материал                                                                      Температуростойкость, ^оС

Электрокорунд белый и хромистый ..           1700 ... 1800

Монокорунд ....                                                               1700 ... 1800

Лекция "Становление политической науки" также может быть Вам полезна.

Карбид кремния.    .                                                                1300 ... 1400

Электрокорунд  нормальный    ....                                1250... 1300

Эльбор..................                                                                     1200... 1500

Алмаз......................                                                                  700... 850

Карбид бора.    ...                                                              700 ... 800

В отличие от характеристик твердости и абразивной способности наиболее термостойкими являются электрокорунды, а самую низкую термостойкость имеют карбид бора и алмазы.