Классификация абразивных материалов

• шлифзерно — 2500…160 мкм (номера от 200 до 16);
• шлифпорошки — 160…40 мкм (от 12 до 4);
• микропорошки — 63…10 мкм (от М63 до Ml4);
• 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 см3 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.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Контроль прочности  абразивных инструментов

 

Прочность  является  одним  из  наиболее  важных  эксплуатационных показателей  абразивных  материалов.  Она во  многом предопределяет  работоспособность  шлифовальных  инструментов  и  эффективность  процесса  шлифования.  Поэтому  важно  иметь  четкое представление  о  физической  сущности  этого  параметра,  способах его наиболее достоверного определения.

Абразивным  материалам  свойственно  хрупкое  разрушение, теоретическое описание протекания которого достаточно затруднено,  поскольку  такой  процесс характеризуется  большой  нестабильностью. Анализируя разновидности теорий разрушения и сравнивая их результаты с практическими данными, можно сделать вывод о том, что они позволяют с достаточной точностью предопределить прочность хрупких материалов, но не конкретных образцов из них. В особенности это касается хрупких тел, имеющих произвольные  размеры,  форму,  непредсказуемое  расположение  дефектов внутреннего  и  внешнего  строения.  Шлифовальным  зернам  как  раз присущи все перечисленные признаки, поэтому для определения их прочности  предпочтительны  не  теоретические,  а  экспериментальные или модельные методы. К экспериментальным методам относятся испытания на растяжение, изгиб и сжатие.

Метод испытания на растяжение для хрупких материалов крайне неточен из-за сильного влияния эксцентриситета нагружения  и  трудностей  правильного  закрепления  образцов  в  зажимах. Таким образом, прямые испытания на растяжение представляют  собой  весьма  неточный  способ  определения  характеристик хрупких материалов.

Несколько лучший, но в целом аналогичный результат получается при проведении испытаний на изгиб. Наряду с прежними причинами большое влияние здесь оказывают поверхностные дефекты (надрезы, трещины, риски и пр.), к которым особенно чувствительны  хрупкие  материалы.  Поэтому  целесообразнее  проводить  такие испытания,  при  которых разрушение  начиналось  бы  внутри  образца,  а  не  на  его  поверхности.  В этом  смысле  предпочтение  следует отдать  методу  испытания  на сжатие,  при  котором  многие  из  перечисленных недостатков устраняются или их влияние уменьшается.

К методам определения прочности шлифовальных зерен относятся:

1. Разрушаемость  шлифзерна,  в  соответствии с МУ2-036-057-82, оценивают путем измельчения его фракций в лабораторной шаровой  мельнице  при  определенном  режиме  испытаний с последующим ситовым анализом продуктов измельчения.
2. Определение  прочности  единичного  зерна  по МУ2-036-105-85  осуществляют  путем  разрушения  испытуемых  зерен одноосным сжатием между двумя пластинками при равномерно возрастающей нагрузке.
3. Ударные  испытания.  В  этом  случае  большое  число  зерен (порядка  10000  шт.)  поштучно  бросают  в  футерованную  резиной камеру,  где  вращаются  две  плоские  лопасти.  При  падении  каждое зерно подвергается удару лопастью, в результате чего раскрашивается на осколки. Просеивая осколки на сите с определенным размером ячейки, определяют весовую долю неизмельченного абразива.
4. Широкое применение за рубежом находит также вариант метода разрушения одноосным сжатием. Здесь с помощью вибропитателя  зерна  поштучно  подаются  в  зазор  между  стальными  валками диаметром  50,8  мм,  вращающимися  со  скоростью  12  об/мин.  Проскальзывая между ними, зерна дробятся, а усилие, возникающее при этом и раздвигающее валки, фиксируется с помощью тензодатчиков, наклеенных на опору одного из валков и подключенных к осциллографу.  Расшифровывая  осциллограмму,  получают  значения  усилий разрушения, служащие показателем прочности данных зерен.
5. Среди других методов измерения прочности зерен известен способ  резания  единичным  зерном  клиновидного  образца  обрабатываемого материала при реализации схемы плоского шлифования.  Прочность  оценивается  по  предельной  толщине  стружки в момент разрушения зерна.
6. В некоторых случаях прочность абразивных материалов косвенно  оценивают,  используя  понятия микрохрупкость и хрупкая микропрочность, сущность которых состоит в определении  зоны  повреждаемости,  образуемой  в  результате  укола  зерна алмазной  пирамидой.  Повреждаемость  характеризуется  числом  и размером  трещин  и  микросколов,  возникающих  в  месте  укола  алмазной пирамидой в неизменных условиях нагружения для разных абразивов.