Характеристики абразивных инструментов. При абразивной обработке применяются инструменты на жесткой основе (круги, сегменты, бруски), на гиб­кой основе (эластичные круги, шкурки, ленты), а также пасты и абразивные зерна.

Шлифование и абразивная отрезка выполняются шлифовальным (абразив­ным) кругом в виде диска чашечной, прямоугольной или иной формы. Абразив­ные круги изготавливают из пористого композиционного материала, состоящего из абразивных зерен, связки и пор.

К шлифовальному кругу предъявляют разнообразные и высокие требова­ния. Он должен быть достаточно прочным, жестким, твердым, теплостойким. Прочность необходима, чтобы выдерживать нагрузки от сил резания, закреп­ления инструмента на шпинделе и центробежных сил, жесткость — чтобы обес­печить внедрение абразивного зерна в обрабатываемый материал при шлифо­вании.

Оптимальная твердость круга требуется, чтобы удерживать работоспособ­ные абразивные зерна и освобождать изношенные, а теплостойкость — чтобы сохранять все эти свойства при воздействии высоких температур. Шлифоваль­ные круги характеризуются абразивным материалом, его зернистостью, твер­достью, структурой, связкой, а также классом точности, формой и размерами.

Абразивными материалами называют вещества повышенной твердости, применяемые для механической обработки.

Абразивные материалы могут быть природными (кварцевый песок, корунд, наждак, алмаз и др.) и искусственными (электрокорунд, карбид кремния, карби бора, синтетический алмаз и синтетический эльбор) (табл. 11.23).

Корунд (окись алюминия А1203) — менее твердый материал, чем карбид кремния. Поэтому корунд применяется для шлифования сталей (и для заточки стальных инструментов), тогда как карбид кремния применяют для обработки твердых и хрупких материалов: отбеленного чугуна, керамики, стекла, а также мягких металлов (AI, Си).

Карбид кремния (зеленый) применяют также для грубой заточки твердо­сплавных инструментов. Алмазные круги с большим успехом применяют для заточки твердосплавных инструментов, а эльборовые — для тонкой шлифовки сталей, заточки и доводки стальных инструментов, а также совместной заточки твердосплавных пластин и стальных державок (напаянного инструмента).

Используются следующие обозначения абразивных материалов: А — алмаз природный, АС — алмаз синтетический, АР — алмаз синтетический поликри- сталлический, Л — эльбор, пА — материал на основе корунда (п — цифра, харак­теризующая конкретный материал: 13А-16А — электрокорунд нормальный,

23А-25А — электрокорунд белый и т. д.), пС — карбид кремния (52С-54С — чер­ный, 62С-64С — зеленый), КБ — карбид бора.

Материалы на основе корунда используются наиболее широко (до 80 %), второе место по распространению на производстве занимает карбид кремния (до 15-20 %). Алмазные и эльборовые абразивные материалы являются весь­ма перспективными и, несмотря на их относительно высокую стоимость, ус­пешно конкурируют с другими абразивными материалами, вытесняя их из неко­торых областей. В качестве примера можно привести чистовую заточку и до­водку твердосплавных инструментов.

Алмазные и эльборовые материалы выпускаются в виде порошков по ГОСТ 9206-80Е [16]: шлифпорошки с размерами алмазных зерен от 40 до 3000 мкм и эльборовых от 160 до 500 мкм, микропорошки с размером зерен не бо­лее 80 мкм, субмикропорошки с размером зерен не более 1 мкм. При сортиров­ке абразивных зерен их просеивают через сита, имеющие ячейки различных размеров.

Размеры зерен характеризуют зернистостью, которую обозначают дробью. В числителе указывается размер ячейки сита в микрометрах, через которое проходят зерна основной фракции порошка, а в знаменателе — размер ячейки сита, на котором зерна этой фракции задерживаются.

В зарубежной литературе зернистость характеризуется числом ячеек сита, приходящихся на квадратный дюйм.

Чем больше номер сита, тем мельче зерна соответствующей фракции. Для зернистости от 36 до 120 ячеек на 1 дюйм содержание зерен в 1 мм3 изменяет­ся от 1 до 1000, а на 1 мм2 поверхности круга — от 1 до 110 (рис. 11.10).

Абразивные материалы (кроме алмазных и эльборовых) по ГОСТ 3647-80 разделяются на шлифзерна (2000-160 мкм), шлифпорошки (125-40 мкм), мик — рошлифпорошки ( 63-14 мкм) и тонкие микрошлифпорошки (10-3 мкм). Зерни­стость шлифзерна и шлифпорошка обозначают числом, равным 0,1 размера стороны сита в микрометрах, на котором задерживаются зерна основной фрак­ции, а зернистость микрошлифпорошков обозначают буквой М, за которой сле­дуют число, равное верхнему пределу размеров зерен основной фракции зерен в микрометрах.

Для алмазных и эльборовых кругов указывается концентрация зерен в аб­разивном слое. За 100% принимается содержание 0,878 г/см3 (4,4 карата на кубический сантиметр). 25%-ная концентрация маркируется цифрой 1, 50%-ная — 2, 75%-ная — 3,100%-ная — 4 (или не маркируется), 125%-ная -5, 150%-ная -6.

Твердость абразивного круга (сегмента, бруска) характеризует способ­ность связки удерживать абразивные зерна.

Если твердость круга недостаточна, то острые работоспособные зерна бу­дут удаляться и круг будет быстро изнашиваться, теряя размеры и форму. Раз­личают несколько групп степеней твердости: весьма мягкие (ВМ1, ВМ2), мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (С1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твер­дые (ЧТ). По международному промышленному стандарту ДИН 69100 твердость шлифовального круга обозначают латинскими буквами: от А, В, С, D — чрезвычайно мягких, до X, У, Z — чрезвычайно твердых. Твердость круга должна соответствовать его назначению.

При выборе твердости шлифовального круга учитываются прочностные ха­рактеристики и пластичность обрабатываемого материала, площадь контакта круга с деталью, скорость круга, подача. Чем тверже обрабатываемый матери­ал, тем мягче должен быть шлифовальный круг. Для правки абразивных кругов используют бруски весьма или чрезвычайно твердые. Круги М2-МЗ применяют для заточки и доводки твердосплавных инструментов. Чем меньше площадь контакта (например при круглом наружном или бесцентровом шлифовании не­больших деталей), тем большей должна быть твердость круга. Твердость круга должна повышаться при увеличении нагрузки на абразивные зерна или при высоких требованиях к сохранению формы и размеров круга. Так, для обдирки отливок, поковок вручную применяют круги твердостью СТ2-Т2. При ручной заточке режущих инструментов применяют круги твердостью С1 — С2, а при заточке с механической подачей — более мягкие круги СМ1- СМ2. При увеличе­нии скорости круга и уменьшении подачи следует уменьшать твердость круга.

При обработке пластичных материалов и при больших толщинах срезаемо­го слоя, приходящихся в среднем на одно зерно, возникает проблема с разме­щением образующейся стружки. Для этой цели во избежание засаливания кру­га необходимо увеличить размеры пор. Увеличение пористости благоприятно сказывается на снижении температуры и повышении качества поверхностного слоя детали.

Структура характеризует долю пор в объеме абразивного круга. Различают плотные (закрытые) структуры (N 1-4), средние (N 5-8) и открытые (N 9-12). При выборе структуры учитывают пластичность обрабатываемого материала (способность образовывать сливные стружки) и особенности метода шлифо­вания (площадь контакта круга с деталью). Плотные структуры применяют для шлифования твердых и хрупких материалов, а также при тонком шлифовании. Мягкие и пластичные материалы, а также шлифование с повышенной объем­ной производительностью (особенно врезное шлифование) требуют примене­ния открытых структур. Открытые структуры обычно применяют в сочетании с керамическими связками. При этом поры могут быть больше абразивных зерен (до 3 мм) и им присваивают номера от 13 до 18 [16].

Связки применяют керамические (К1 — К10), силикатные (С), вулка — нитовые (В), бакелитовые (Б), металлические М, магнезиальные (М) и глифталевые (ГФ).

Керамическая связка получается спеканием технического глинозема с до­бавками. Обладает водоупорностью, температурной и химической стойкостью, сохраняет профиль инструмента. Широко применяется для различных опера­ций шлифования, но чувствительна к ударным и изгибающим нагрузкам. Почти 80 % шлифовальных кругов имеют керамические связки.

Силикатная связка (силикаты натрия) спекается при меньших температурах, чем керамическая. Круги на силикатной связке хорошо самозатачиваются. Применяется для шлифования закаленных сталей и заточки режущих инстру­ментов. Может вступать в реакцию с содовым раствором, применяющимся для охлаждения.

Металлическая связка (на основе алюминия, меди, железа, цинка, олова) применяется для алмазных и эльборовых кругов. Круги на металлической связ­ке сохраняют форму, но склонны к засаливанию.

Бакелитовая связка (на основе синтетической смолы) обеспечивает повы­шенную прочность и упругость, но не выдерживает высоких температур. При­меняется при обдирке, разрезке.

Вулканитовая связка (на основе каучука) обладает высокой упругостью, но не выдерживает воздействия высоких и средних температур.

Применяется для тонких отрезных кругов, ведущих кругов для бесцентрово­го шлифования.

Кроме основы в связки вводятся клеящие вещества, отвердители и напол­нители. Легкоплавкие наполнители (например, свинец) при шлифовании игра­ют роль смазки и поверхностно-активных веществ. Однако применение свин­цовых наполнителей ограничивается экологическими требованиями. В состав органических связок для алмазного инструмента в качестве наполнителей включают карбид бора, железный порошок, карбид кремния, резину.

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите классификацию инструментальных материалов по их свойствам. Дайте графическую интерпретацию этой классификации.

2. Перечислите основные требования к инструментальным материалам и охарактеризуйте последовательность и пути их выполнения.

3. Укажите основные свойства наиболее применяемых углеродистых и легированных инструментальных сталей.

4. Охарактеризуйте влияние легирующих элементов на свойства быстрорежущих сталей.

5. Что такое порошковые быстрорежущие стали и карбидостали?

6. Приведите классификацию быстрорежущих сталей по свойствам и служебному назначению. Что такое «шлифуемость» быстрорежущих ста­лей? Оценка быстрорежущих сталей по этому признаку.

7. Охарактеризуйте состав и характеристики вольфрамокобальтовых твердых сплавов.

8. Охарактеризуйте состав и характеристики титановольфрамовых и титанотанталовольфрамовых твердых сплавов.

9. Укажите направления совершенствования беэвольфрамовых твер­дых сплавов, охарактеризуйте их состав и свойства.

10. Укажите области применения различных марок твердых сплавов.

11. Основные тенденции совершенствования твердых сплавов. Примеры новых созданных марок твердых сплавов различными фирмами.

12. Укажите состав, свойства и область применения режущей керамики.

13. Приведите классификацию основных отечественных и зарубежных марок режущей керамики по их основных свойствам. Дайте графическую иллюстрацию этой классификации.

14. Охарактеризуйте состав и свойства современных ПСТМ на основе алмаза и плотных модификаций нитрида бора.

15. Укажите рациональные области применения ПСТМ.

16. Приведите основные характеристики абразивных материалов.

17. Каковы основные характеристики шлифовальных кругов?