Абразивные и алмазные материалы и инструменты

Абразивные инструменты изготовляются в виде шлифовальных кругов различного профиля и размеров, брусков, пластин, шкурки. Абразивы используют в виде порошков и паст.

Абразивные материалы для изготовления кругов применяются в виде зерен. Они должны обладать высокой твердостью, иметь хо­рошую теплоустойчивость, а при своем затуплении хорошо дро­биться и образовывать новые острые лезвия. Все абразивные ма­териалы делятся на две группы: естественные и искусственные. К естественным материалам относятся корунд и нажда к, состоящие из А1₂О₃ и примесей. Широкого применения они не получили из-за низких качественных характеристик.

Из искусственных абразивных материалов наиболее широкое распространение получили: электрокорунд, карбид кремния, кар­бид бора, синтетический алмаз, кубический нитрид бора (КНБ), белбор.

Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алюминия А1₂О₃, являющуюся очищенным продуктом плавки глинозема (бокситов). Различают несколько видов электрокорун­да: нормальный, белый, хромистый, титанистый и монокорунд.

Наибольшее применение получил электрокорунд нормальный. Выпускается он следующих марок: 16А, 15А, НА, 13А, 12А. Применяется электрокорунд нормальный при черновом, получистовом и чистовом шлифовании сталей и чугунов, а также для заточки режущего инструмента из инструментальной стали.

Электрокорунд белый 25А, 24А, 23А, 22А превосходит по качеству электрокорунд нормальный, так как включает меньше примесей. Он применяется при шлифовании прочных и вязких ста­лей (незакаленных и закаленных), ковкого чугуна, заточки инстру­ментов из быстрорежущей стали.

Электрокорунд хромистый 34А, ЗЗА, 32А получает­ся при плавке в электропечах глинозема с добавлением хроми­стой руды. Зерна его имеют розовую окраску. Содержание Аl₂О₃ не менее 97 % и СrO до 2 %.

Электрокорунд титанистый 37А получается при плавке в электропечах глинозема с добавлением соединений тита­на. Выплавленный материал подвергается дроблению и рассеву Содержание А1₂О₃ не менее 97, ТiO₂ — не менее 2 %.

Большое постоянство физико-механических свойств и высокая вязкость зерен электрокорунда хромистого и титанистого созда­ют предпосылки для применения их при напряженных режимах шлифования углеродистых и конструкционных сталей, а также для высокоточных работ и доводочных операций.

Монокорунд 45А, 44А, 43А отличается высокой прочностью и более высокими режущими свойствами. Он содержит 97...98 % А1₂О₃. Применяется для обработки весьма прочных сталей, ковкого чугуна, быстрорежущей стали.

Карбид кремния (карборунд) представляет собой химическое соединение кремния с углеродом SiC. Он изготовляется путем спекания в электропечах кварцевого песка с углеродом в ви­де кокса и выпускается двух видов: черный 55С, 54С, 53С, 52С и зеленый 64С, 63С, 62С.

В черном карборунде содержится 95...98, в зеленом — 98.„99 % SiC. Более качественным, но и дорогим является зеленый карбид кремния. Применяется он только для заточки твердосплав­ного инструмента. Черный карбид кремния хрупок и применяется для обработки материалов с низким пределом прочности (чугуна, бронзы), вязких металлов и сплавов (мягкой латуни, алюминия, меди), а также для обработки таких неметаллических материалов, как кожа, стекло, мрамор и т. д.

Карбид бора (В₄С) обладает высокой твердостью, но в два раза меньшей твердости алмаза. Применяется для доводки твердосплавного инструмента, так как обеспечивает минимальный радиус округления режущего лезвия до 6... 10 мкм (электрокорунд обеспечивает этот радиус до 15 мкм), а также при обработке весьма твердых материалов, например рубина, корунда, кварца и т. д.

Связка служит для скрепления отдельных абразивных зерен в одно тело. От материала связки в большой степени зависит прочность удержания зерен в шлифовальном круге. Различаются два вида связок: органические и неорганические. К неорганическим связкам относятся керамическая, магнезиальная и силикатная.

Керамическая связка (К) получила наиболее широ­кое применение. Состоит она из каолина, огнеупорной глины, таль­ка, жидкого стекла, полевого шпата, кварца. Она обладает боль­шой теплостойкостью, водоупорностью, высокой химической стой­костью, обеспечивает высокую производительность и хорошо сохраняет профиль круга. Однако она чувствительна к ударам и изгибающим нагрузкам. Допускаемая скорость шлифования круга на керамической связке v_к = 30...50 м/с.

По ОСТ 2МТ 66-2—72 различают восемь разновидностей ке­рамической связки — от К1 до К8.

Магнезиальная связка (М) представляет собой смесь каустического магнезита и раствора хлористого магния, твердеющую на воздухе,— магнезиальный цемент. Шлифовальные круги на этой связке гигроскопичны и должны храниться в сухом проветриваемом помещении. Круги имеют повышенный износ, нестойкий профиль, допускают v_K не более 20 м/с, но зато работают с небольшим нагревом обрабатываемой поверхности.

Силикатная связка (С) имеет основное связующее ве­щество — растворимое стекло (силикат натрия). Тепловое выде­ление при шлифовании такими кругами минимальное, а поэтому они применяются на таких операциях, где нагрев обрабатываемых деталей недопустим. Однако прочность этой связки намного ниже, чем керамической, и круги размягчаются от охлаждающей жидкости.

К органическим связкам относятся бакелитовая (Б), глифталиевая (Г) и вулканитовая (В). Все органические связки намного прочнее неорганических. Так, бакелитовая связка, изго­товляемая из искусственной фенолформальдегидной смолы, в силу высокой прочности, твердости и упругости позволяет получить кру­ги толщиной до 1 мм. Интенсивность тепловыделения при работе кругами на этой связке низка, однако она обладает пониженным сцеплением с зернами и способна разрушаться под действием ще­лочных растворов, входящих в состав СОЖ- Для уменьшения вред­ного воздействия щелочных растворов круги на бакелитовой связке обмазывают по всей поверхности суриком или серой или окрашива­ют водонепроницаемой краской. Допустимая скорость шлифования кругов на этой связке равна 30...50 м/с.

Глифталиевая связка представляет собой синтетическую смолу из глицерина и фталиевого ангидрида. Применяются круги на глифталиевой связке для чистовых и отделочных опера­ций, так как отличительной их особенностью является повышен­ная упругость.

Вулканитовая связка состоит из каучука и серы и обладает высокой прочностью и эластичностью. Она позволяет изго­товлять тонкие круги (до 0,5 мм толщиной) с относительно большим диаметром (до 150 мм). Круги на этой связке могут выдерживать большие удельные давления и получили широкое распространение на чистовых, полировальных и отрезных операциях и особенно в подшипниковой промышленности.

Рисунок 1 – Структуры шлифовального круга: а) закрытая (плотная), б) средняя, в) открытая; 1 – зерна абразива, 2 – связка, 3 – поры.

Под структурой шлифовального круга пони­мается его внутреннее строение, т. е. процентное соотношение и взаимное расположение зерен, связки и пор в единице объема круга. Система структур выражается равенством

где V₃ — объем абразивных зерен; V_c — объем связки; V_a — объем пор.

Основой системы структур является объемное содержание аб­разивного зерна в единице объема инструмента V₃ :

Номер структуры 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Объемное содержание зерна, % 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38

С повышением номера структуры на единицу объем абразив­ных зерен уменьшается на 2 %. Структуры № 1...4 называются закрытыми или плотными (рис. 24.3, а), № 5...8 — средними (рис. 24.3, б), № 9... 12 — открытыми (рис. 24.3, в).

Исходя из практики шлифования, можно выбирать структуры шлифовальных кругов для различных работ:

Круги с мелкими порами — струк­туры № 4 и 5 Круги с порами среднего размера — структуры № 6 Круги с крупными порами — струк­туры № 7 и 8 Круги с крупными порами — откры­тые структуры № 9... 12

Для шлифования твердых и хрупких металлов, с малой шероховатостью по­верхности, при фасонном шлифовании Для наружного круглого шлифова­ния, заточки инструмента Для шлифования мягких и вязких металлов, плоского шлифования Для скоростного шлифования (здесь уменьшается количество связки по сравнению с обычными кругами струк­туры № 12)