Классификация абразивных материалов

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение………………………………………………………………....………..3

 

1. Классификация абразивных материалов…………………….……….………4

 

2. Виды абразивных инструментов  и их характеристики……………..………8

 

3. Контроль прочности абразивных  инструментов………………………...…19

 

4. Контроль неуравновешенности шлифовальных кругов……………...……24

 

5. Оценка твердости абразивных  инструментов…………………………..….27

 

6. Оценка режущей способности  абразивных инструментов………………..31

 

Список литературы…………………………………………………….……….35

 

Введение

 

Большую группу инструментальных материалов представляют абразивные материалы, которые используют для изготовления шлифовальных инструментов.

В практике обработки материалов резанием обычно используют термин «абразивы», охватывающий широкую гамму материалов не только высокой твердости, но и некоторые сравнительно мягкие материалы.

К  абразивам  относят  также  металлическую  крошку,  представляющую  собой  зерна  различных  твердых  сплавов.  Абразивные  материалы  в  виде  зерен  и  порошков  различной  крупности  применяют для изготовления шлифовального инструмента, а также используют в свободном состоянии при шлифовании, полировании и других видах окончательной обработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация абразивных  материалов

 

Абразивные материалы (абразивы) (от лат. abrasio — соскабливание), вещества повышенной твердости, применяемые в массивном или измельченном состоянии для механической обработки (шлифования, резания, истирания, заточки, полирования и т. д.) материалов. Естественные абразивные материалы — кремень, наждак, пемза, корунд, гранат, алмаз и др.; искусственные — электрокорунд, монокорунд, карбид кремния, боразон, эльбор, синтетический алмаз и др.

Абразивным может быть любой природный или искусственный материал, зерна которого обладают определенными свойствами: твердостью, прочностью и вязкостью; формой абразивного зерна; зернистостью, абразивной способностью, механической и химической стойкостью, т. е. способностью резания и шлифования других материалов.

Главной особенностью абразивных материалов является их высокая твердость по сравнению с другими материалами и минералами. Именно на различии в твердости основаны все процессы шлифовки и резки материалов.  
Твердость абразивных материалов определяют либо по шкале Мооса, либо методом вдавливания алмазной пирамиды в поверхность испытуемого материала.  
Под абразивной способностью понимают возможность одного материала обрабатывать другой или группу различных материалов. Абразивная способность характеризуется массой снимаемого при шлифовании материала до затупления зерен, либо определяется количеством сошлифованного за определенное время материала. Для определения абразивной способности исследуемый материал помещают между двумя металлическими или стеклянными дисками, которые вращаются в противоположных направлениях. По количеству съема металла или стекол с поверхности дисков за определенный промежуток времени судят об абразивной способности исследуемого материала.

Если принять абразивную способность алмаза за единицу, абразивная способность карбида бора – 0,6, карбида кремния – 0,5. По абразивной способности абразивные материалы располагаются в следующем порядке: алмаз, кубический нитрид бора (боразон), карбид кремния, монокорунд, электрокорунд, наждак, кремень. Абразивная способность зависит от вида шлифуемых материалов, режима работы, вязкости и прочности зерен. Чем меньше в абразивном материале примесей, тем выше его абразивная способность. Под механической стойкостью понимают способность абразивного материала выдерживать механические нагрузки и не разрушаться при резке, шлифовке и полировке. Механическая стойкость абразивных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии, который определяют, раздавливая зерно абразивного материала и фиксируя нагрузку в момент его разрушения. При повышении температуры предел прочности абразивных материалов снижается, поэтому в процессе шлифования необходимо контролировать температуру. Под химической стойкостью понимают способность абразивных материалов не изменять своих механических свойств в растворах щелочей, кислот, а также в воде и органических растворителях.

Абразивные материалы часто используют в виде суспензий микропорошков определенной зернистости в различных растворах. Размер зерен абразивных материалов оказывает существенное влияние на глубину залегания механически нарушенного слоя на поверхности материала при резке, шлифовке и полировке. Абразивное зерно — кристаллический осколок (кристаллит), реже монокристалл или агрегат, состоящий из множества мелких кристаллов (поликристалл). Режущая кромка зерна — ребро, образованное любой парой пересекающихся кристаллографических плоскостей. Зерно может иметь приблизительно равные размеры по высоте, ширине и толщине (изометрическая форма) или обладать мечевидной и пластинчатой формой, что определяется родом абразивного материала и степенью измельчения исходного зерна. Рациональна изометрическая или близкая к ней форма зерна, т. к. каждое зерно является резцом. Наименее выгодная форма — игольчатая. По размеру и однородности зерен абразивные материалы должны быть однородными. Зернистость абразивных материалов определяется классификацией зерен по линейным размерам методом ситового анализа, осаждением в жидкости или др. Зернистость абразивного материала регламентируется стандартом. Номер зернистости устанавливается в соответствии с линейными размерами зерна основной фракции. Чем однороднее по форме и размеру зерен абразивный материал, тем выше его эксплуатационные качества.

Абразивные материалы отличаются между собой размером (крупностью) зерен и подразделяются на четыре группы:

• шлифзерно,
• шлифпорошки,
• микропорошки
• тонкие микропорошки.

Каждый номер зернистости абразивных материалов этих групп характеризуется пятью фракциями: предельной, крупной, основной, комплексной, и мелкой.  
В зависимости от номера зернистости применяют различные методы контроля. Для абразивных материалов с зернистостью от номера 200 до 5, как правило, используют ситовой, а для абразивных микропорошков с зернистостью от М40 до М5 — микроскопический анализ. Абразивные материалы используются в виде зерен, скрепленных связкой в различные по форме и назначению абразивные инструменты, или нанесенными на гибкую основу (ткань, бумагу и др.) в виде шлифовальной шкурки, а также в несвязанном состоянии в виде порошков, паст и суспензий.

Все абразивные материалы подразделяют на три базовые группы:

1. Пасты и свободные абразивы;
2. Жесткие инструменты;
3. Гибкие материалы.

Абразивная паста и свободные составы применяются для доводки поверхности до необходимого состояния. Смесь состоит из абразивных и связующих компонентов, в качестве связующего состава обычно используются масла и жиры (вазелин, олеин, стеарин). Отличаются пасты рецептурой, концентрацией, зернистостью и консистенцией.

Жесткие инструменты для абразивной обработки отличаются фиксированной формой: круг стальной, кольцо, брусок, рашпиль, напильник, шлифовальная головка. Основными элементами инструмента являются упрочняющее основание, связка и зернистый абразив. Сфера применения инструмента определяется качеством используемой связки. Связка в жестком инструменте может быть керамической или органической. Керамическая связка отличается водостойкостью, огнеупорностью и химической стойкостью, недостатком считается хрупкость. Органическая связка обеспечивает эластичность инструмента, но неустойчива к щелочам и высоким температурам, позволяет снимать большие припуски. 

Гибкие абразивные инструменты подразделяются на шлифовальные ленты, сетчатые диски, лепестковые круги, наждачную бумагу, абразивные щетки. Шкурка изготавливается путем нанесения абразива на синтетическую, тканевую или бумажную основу специальным клеем. Сетчатый диск изготавливается путем нанесения абразива на сетку, инструмент преимущественно используется для зачистки и полирования поверхностей. Жесткие диски на лавсановой или стекловолоконной основе используются для тонкой резки дорогого материала. Ворс абразивной щетки может быть синтетическим или металлическим, инструмент используется для удаления с поверхности заусенцев, ржавчины, краски, окалины или для отделки поверхностей путем шлифования, сатинирования, матирования. Форма щетки и материал для ворса варьируется по предназначению инструмента, в качестве материала используются пластмасса с добавкой карбида кремния, латунная или стальная проволока.

2. Виды абразивных инструментов  и их характеристики

 

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 резьбы, а также для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Размеры шлифовальных кругов следует брать 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: