Параметры шлифовальных кругов

Работоспособность абразивного инструмента характеризуется не только материалом и размером режущего абразивного зерна, но также составом и количеством связки, структурой расположения абразивных зерен и пор в инструменте.

Все эти параметры маркируют на каждом инструменте и они составляют характеристику абразивного инструмента (рис. 19.14).

Рис. 19.14. Маркирование абразивного инструмента: КАЗ – марка завода изготовителя; 14А – вид шлифовального материала; 40 – номер зернистости; П – индекс зернистости; С2 – степень твердости; 6 – номер структуры; К5 – вид связки; А – класс точности инструмента; 2 кл. – класс неуравновешенности; ПП – форма круга; 500 – наружный диаметр круга, мм.; 50 – высота круга, мм; 305 – диаметр посадочного отверстия, мм; 35 м/с – допустимая окружная скорость.

Зернистость указывает на размер режущих зёрен основной фракции, примененных в данном инструменте. Шлифовальные материалы делятся в зависимости от размера зерен на следующие группы:

шлифзерно от №200 до № 16,

шлифпорошки от № 12 до № 4,

микропорошки от М63 до М14 и

тонкие микропорошки от М10 до М5.

Шлифзерно и шлифпорошки получаются рассевом, микропорошки являются продуктом гидроклассификации. Однородность зернового состава, характеризуемая процентным содержанием основной фракции, существенно влияет на параметры шероховатости обрабатываемой поверхности, режущие свойства и стойкость инструмента. Поэтому зернистость дополняют буквенным индексом, определяющим процент основной фракции в инструменте.

В зависимости от группы материалов зернистость обозначается:

для шлифзерна и шлифпорошков – 0.1, размера стороны ячейки сита в свету в микрометрах, на котором задерживаются зерна основной фракции, например 40, 25, 16 (соответственно 400, 250, 160 мкм.);

для микрошлифпорошков – по верхнему пределу размера зерен основной фракции с добавлением индекса М, например М40, М28, М10 (соответственно 40, 28, 10 мкм.);

для алмазных шлифпорошков – дробью, у которой числитель соответствует размеру стороны ячеек верхнего сита, а знаменатель – размеру стороны ячеек нижнего сита основной фракции в микрометрах, например 400/250, 400/315, 160/100, 160/125;

для алмазных микропорошков и субмикропорошков – дробью, у которой числитель соответствует наибольшему, а знаменатель – наименьшему размеру зерен основной фракции в микрометрах, например 40/28, 28/20, 10/7;

для шлифзерна и шлифпорошка эльбора – в зависимости от метода контроля.

Таблица 19.1

Шлифовальные материалы

Продолжение табл. 19.1

Продолжение табл. 19.1

Продолжение табл. 19.1

Продолжение табл. 19.1

Окончание табл. 19.1

Твердость характеризует прочность удержания абразивных зерен в инструменте с помощью связки. Поэтому твердость определяется количеством и свойствами связки, введенной в инструмент. С увеличением связки на 1,5 % твердость инструмента повышается на одну степень. При этом объем связки увеличивается за счет соответствующего уменьшения объема пор. Расстояние между зернами остается неизменным.

Твердость оказывает влияние на режущие свойства и кромкостойкость инструмента, а также на характер его изнашивания в процессе резания. Если прочность закрепления зерен в инструменте ниже прочности самого абразивного зерна, то изнашивание происходит за счет выкрашивания зерен, и абразивный инструмент будет работать в режиме самозатачивания. Если прочность абразивного зерна оказывается ниже прочности его закрепления в инструменте, то изнашивание протекает частично за счет хрупкого разрушения, скалывания зерен и частично за счет их истирания с образованием износных площадок на зерне.

В табл. 19.2 приведены классификация твердости и область применения абразивного инструмента различной твердости.

Структура абразивного инструмента характеризуется соотношением объемов абразивных зерен, связки и пор. Система регулирования структур основана на сохранении равенства: V_з+V_c+V_п=100 %, где V_з – объем зерна, V_c – объем связки, V_п – объем пор. Определяющим параметром структуры является V_з.

С увеличением на один номер структуры объем зерен уменьшается на 2 %, расстояние между зернами и размер отдельных пор увеличиваются, однако для сохранения одинаковой твердости инструмента объем связки также увеличивается на 2 %, при этом V_п остается неизменным.

Таблица 19.2

Твердость абразивных инструментов

Таким образом, абразивные инструменты одинаковой зернистости и твердости, но разных структур, различаются между собой по степени сближения абразивных зерен.

Принято называть структуры от №1 до №4 закрытой (плотной), от №5 до №8 – средней, от №9 до №16 – открытой. Чем больше номер структуры, тем больше расстояние между зернами, т.е. инструмент будет иметь более открытую структуру.

Инструменты открытой структуры улучшают условия отвода стружки и уменьшают тепловыделение. Наиболее эффективно их применение при обработке вязких металлов, а также деталей, склонных к прижогам и трещинам. Рекомендуемые области применения инструмента основных структур следующие:

изготовление инструментов на бакелитовой и керамической связках при шлифовании с малым съемом металла, преимущественно для обработки шарикоподшипников – для №1 – 3;

профильное шлифование, шлифование с большими подачами и переменной нагрузкой, отрезные работы – для №3 – 4;

круглое наружное, бесцентровое, плоское шлифование периферией круга – для №4 – 6;

плоское шлифование торцом круга, внутреннее шлифование, заточка инструмента – для №7 – 9;

шлифование и заточка инструментов, оснащенных твердым сплавом – для №8 – 10;

профильное шлифование мелкозернистыми кругами (резьбошлифование) – для №8 – 12.

Увеличенные размеры пор достигаются также добавкой в абразивную массу порообразующих веществ, выгорающих при термической обработке инструмента (молотый уголь, пластмассовая крошка, древесные опилки). Такой абразивный инструмент отличается увеличенным объемом пор и называется высокопористым. Наибольшая эффективность высокопористого инструмента проявляется при обработке очень вязких материалов, при сухом (без подачи охлаждающей жидкости) шлифовании и заточке.

Связка определяет прочность и твердость инструмента, оказывает большое влияние на режимы, производительность и качество обработки.

Связки бывают неорганические и органические. К неорганическим относятся керамическая, силикатовая и магнезиальная, к органическим – бакелитовая, вулканитовая.

Керамическая связка обладает высокой огнеупорностью, водостойкостью, химической стойкостью, хорошо сохраняет профиль рабочей кромки круга, но чувствительна к ударным и изгибающим нагрузкам. Применяют плавящиеся и спекающиеся керамические связки. Абразивный инструмент из электрокорунда изготовляется на плавящихся связках, а из карбида кремния – на спекающихся. Круги из электрокорунда более прочны, чем круги из карбида кремния.

Инструмент на керамической связке имеет меньшую прочность на сжатие и изгиб, чем тот же инструмент на органических связках.

Силикатовая и магнезиальная связки имеют органическое применение, они малопрочны и чувствительны к охлаждающим жидкостям. Основное их преимущество – меньшее выделение теплоты при шлифовании.

Абразивный инструмент на бакелитовой связке обладает более высокой прочностью и упругостью, чем инструмент на керамической связке. Он может быть изготовлен различных форм и размеров, в том числе и очень тонких – до 0,5 мм для отрезных и прорезных работ.

Недостатком бакелитовой связки является невысокая стойкость против действия охлаждающих жидкостей, содержащих щелочные растворы. Для уменьшения вредного действия охлаждающих жидкостей круги покрывают лаком, суриком или какой-либо водонепроницаемой краской, иногда пропитывают парафином. При шлифовании кругами на бакелитовой связке охлаждающая жидкость не должна содержать более 1,5% щелочи. Круги на бакелитовой связке имеют более низкую кромкостойкость, чем на керамической и сцепление с абразивным зерном, поэтому инструмент на этой связке широко используется на операциях плоского шлифования, где необходимо самозатачивание круга. Бакелитовая связка имеет невысокую теплостойкость и выгорает при нагревании до 250 – 300°С, а при 200° С и выше бакелитовая связка приобретает хрупкость. Абразивный инструмент на бакелитовой связке чаще изготовляют из электрокорунда нормального и карбида кремния черного.

В основе вулканитовой связки лежит термически обработанная смесь каучука с серой. Свойство эластичности инструмента на вулканитовой связке используется при обработке фасонных поверхностей и профильном шлифовании. Круги на вулканитовой связке работают на скоростях до 60 м/с и могут быть изготовлены толщиной 0,3 – 0,5 мм для отрезных работ.

Вулканитовая связка значительно хуже, чем керамическая удерживает абразивные зерна и это компенсируется увеличением количества связки за счет уменьшения пор. Поэтому инструмент на вулканитовой связке отличается плотной структурой, вызывающей увеличенное тепловыделение при шлифовании. Низкая теплостойкость каучука (150 – 180°С) приводит к размягчению и выгоранию связки при интенсивном резании. Абразивные зерна углубляются в эластичную связку и режут на меньшей глубине подобно более мелкозернистому инструменту, обеспечивая наименьшие параметры шероховатости поверхности. Эти особенности вулканитовой связки эффективно используются при чистовой обработке фасонных поверхностей.

Указанные выше связки рекомендуется применять в следующих областях.

Керамическая – для всех видов шлифования, кроме обдирки на подвесных станках, разрезки и прорезки узких пазов, плоского шлифования сегментными кругами и шлифования желобов колец шарикоподшипников.

Бакелитовая – для обдирочных работ, выполняемых вручную и на подвесных станках; плоского шлифования торцом круга; высокоскоростного и силового шлифования, отрезки и прорезки пазов; заточки режущих инструментов; шлифования прерывистых поверхностей; отделочного шлифования цилиндров, кулачков и роликов; резьбошлифования; хонингования; алмазных и эльборовых кругов.

Вулканитовая – для отрезки, прорезки и шлифования пазов, обработки фасонных поверхностей, бесцентрового шлифования (главным образом ведущие круги), отделочного шлифования и полирования гибкими кругами, алмазных брусков для чистового хонингования.

Металлическая – для алмазных кругов при шлифовании твердых сплавов, кругов при электролитическом шлифовании, алмазных хонинговальных брусков.

Наиболее часто применяемые связки приведены в табл. 19.3.

Таблица 19.3

Связки абразивных кругов

Окончание табл. 19.3

Основными видами абразивного инструмента являются: шлифовальные круги, головки, бруски, сегменты и шкурки.

Каждый вид абразивного инструмента имеет свою особенность, связанную с конструкцией станка и крепежного приспособления, с выполняемой операцией, конфигурацией и размерами детали. Внутри каждого вида инструменты различаются по наружному диаметру, высоте, диаметру отверстия (для шлифовальных кругов и головок), по диаметру и глубине выточек (для шлифовальных кругов), по длине и ширине (для брусков и сегментов).

Точность размеров и геометрической формы абразивных инструментов обуславливается тремя классами АА, А и Б. Для менее ответственных операций абразивной обработки применяют инструмент класса Б. Более точным и качественным является инструмент класса А. Для работы в автоматических линиях, на высокопрецизионных и многокруговых станках применяется прецизионный инструмент АА. Он отличается более высокой точностью геометрических параметров, однородностью зернового состава, уравновешенностью абразивной массы, изготовляется из лучших сортов шлифовальных материалов.

Класс неуравновешенности шлифовального круга характеризует неуравновешенность массы круга, которая зависит от точности геометрической формы, равномерности размешивания абразивной массы, качества прессования и термообработки инструмента в процессе его изготовления.

Установлено четыре класса допускаемой неуравновешенности массы кругов. По этим классам неуравновешенности проверяют качество кругов.

Рабочая окружная скорость круга ограничивается прочностью абразивного инструмента.

Глава 20

Обработка резанием неметаллических материалов: