2.3. Алмазные инструменты

и инструменты из кубического нитрида бора

Применение алмазов и кубического нитрида бора (эльбора, кубонита) для изготовления абразивных инструментов позволяет повысить их стойкость в 5-10 раз и более по сравнению с инструментами из электрокорунда и карбида кремния, дает возможность эффективно обрабатывать высокотвердые и труднообрабатываемые материалы и повысить качество и точность обрабатываемых заготовок.

Алмазные и эльборовые круги состоят из корпуса и закрепленного на нем рабочего слоя. Исключение составляют круги прямого профиля малых диаметров алмазные до 13 мм, эльборовые до 22 мм, которые состоят целиком из рабочего слоя.

Алмазные и эльборовые шлифовальные круги изготавливают с учетом рекомендаций по ГОСТ 24747—81, который регламентирует форму корпуса круга, форму сечения рабочего слоя, расположение рабочего слом на корпусе.

Размеры алмазных кругов выбирают по ГОСТ 16167-80 - ГОСТ 16180-82, кругов из эльбора - по ГОСТ 17123-79Е. В таблице 23 приведены основные формы и размеры алмазных и эльборовых кругов. Корпуса кругов обычно изготовляют из алюминия АК6 или из стали (сталь СтЗ, 35 или 45). Для кругов на органической связке применяют также корпуса из пластмассы и алюминобакелита (90 % алюминиевого порошка и 10 % пульвербакелита). У кругов на керамической связке корпуса делают керамические из нормального или белого электрокорунда, связка та же, что и у рабочего слоя. Рабочий слой у кругов состоит из алмазных или эльборовых порошков, связки и наполнителя. Аналогичная конструкция и у кругов из кубонита.

Рабочий слой с корпусом соединяют у кругов на металлической связке в процессе горячего прессования непосредственно на корпус или на промежуточное кольцо, которое затем напрессовывают на корпус и дополнительно закрепляют на нем штифтами или винтами (рис.9, а). У кругов на органической связке кольцо из рабочего слоя соединяют с корпусом из алюмобакелитового или карболитового порошка методом горячего прессования или наклеивания (рисунок 9, б) с помощью клея ВК32-200 на металлический корпус. Гальваническим способом крепят мелкоразмерные круги, круги и правящие ролики сложной формы в тех случаях, когда изготовление инструмента не может быть осуществлено в пресс-формах.

У кругов из эльбора на керамической связке соединение рабочего слоя и керамического корпуса происходит в процессе горячего прессования и спекания.

Толщина рабочего слоя для большинства кругов находится в пределах 1,5-5 мм и только у кругов прямого профиля доходит до 20 мм. Концентрацию (содержание) алмаза и кубического нитрида бора выражают в процентах. Круги изготавливают с 25, 50, 100, 150 и 200%-ной концентрацией.

Рис. 9. Соединение рабочего слоя и корпуса:

а) – напрессовкой и штифтами; б) – горячим прессованием

или склеиванием

Концентрация определяет режущую способность абразивных инструментов, их производительность, срок службы и стоимость. За 100%-ную концентрацию принимают содержание 0,88 г (4,4 кар) (1 кар = 0,2 г) режущих зерен в 1 см³ рабочего слоя. При этом объем режущих зерен составляет 25 % рабочего слоя. В настоящее время наиболее распространены круги со 100 %-ной концентрацией. Круги на органической связке для доводочных работ изготавливают также с 25-50 %-ной концентрацией. Круги на металлической и керамической связке для обработки фасонных деталей, резьбошлифования, зубошлифования изготавливают с 100, 150 и 200 %-ной концентрацией.

Маркировку алмазных и эльборовых кругов с наружным диаметром 60 мм и выше наносят на корпус. В ней указывают товарный знак предприятия-изготовителя, обозначение круга, зернистость порошка, его концентрацию в рабочем слое, марку связки, номер круга, номер стандарта и год изготовления. У кругов из эльбора на керамической связке дополнительно указывают твердость и структуру круга.

Таблица 23

Основные типы и размеры кругов из СТМ

У кругов диаметром 200 мм и выше, кроме указанного, маркируют размеры круга и рабочего слоя, допустимую рабочую скорость. На корпусах кругов с наружным диаметром до 60 мм маркируют только номер круга и товарный знак завода изготовителя. Полную маркировку этих кругов указывают на бирках из пресс-шпана.

Зерна синтетических алмазов и других сверхтвердых материалов не имеют строгой формы. За размер зерна принимают полусумму длины и ширины прямоугольника, условно описанного вокруг проекции зерна. Зернистость алмазов обозначают дробным числом (ГОСТ 9206—80Е), у которого числитель соответствует большему, а знаменатель меньшему размеру зерен основной фракции, выраженному в микрометрах. Порошки выпускают двух диапазонов зернистостей — широкой и узкой.

По широкому диапазону алмазные порошки выпускают зернистостью: 400/250, 250/160, 160/100, 100/63, 63/40; по узкому: 400/315, 315/250, 250/200, 200/160, 160/125, 125/100, 100/80, 80/63, 63/50, 50/40. Микропорошки выпускают следующей зернистости: 50/40; 40/28, 28/20; 20/14; 14/10; 10/7; 7/5; 5/3; 3/2; 2/1; 1/1. Субмикропорошки зернистостью 1/0,5; 0,5/0,3, 0,3/0,1; 0,1/0. Зернистость эльбора обозначают подобно абразивным кругам: шлифзерно и шлифпорошки (Л20—Л4) в сотых долях миллиметра, микрошлифпорошки (ЛМ63—ЛМ5) и особотонкие микрошлифпорошки (ЛМЗ, ЛМ1) - в микрометрах. Зернистость кубонита обозначается так же, как зернистость алмазных кругов.

Зернистость алмазных инструментов выбирают в зависимости от требуемого качества обрабатываемой поверхности, согласно рекомендациям, приведенным в таблице 24 [6].

Для изготовления алмазных кругов и кругов из кубического нитрида бора применяют металлические, органические и керамические

связки различных составов. Наиболее распространенными металлическими связками являются связки M1 (80 % меди и 20 % олова) и М013 - медноалюминецинкового состава с наполнителем - карбидом бора. Большинство органических связок изготавливают на основе бакелита с добавлением различных наполнителей: Б1 - карбил бора, Б2 - железный порошок; Т02 - смесь карбида бора и медного порошка.

Таблица 24

Выбор зернистости алмазных инструментов

Шероховатость обрабатываемой поверхности Ra, мкм	Зернистость круга со связкой
	органической	металлической	керамической
0,63-1,25	200/160-125/100	160/125-125/100	160/125-125/100
0,32-0,63	160/125-100/80	125/100-80/63	125/100-80/63
0,16-0,32	100/80-50/40	80/63-50/40	80/63-50/40
0,08-0,16	50/40-40/28	-	50/40-40/28
0,04-0,08	40/28-14/10	-	-
0,04	14/10-5/3	-	-

Основными керамическими связками являются связки К1, состоящие из керамического шамота, алюминия и стекла с добавлением наполнителя карбида бора, и связки С10, рекомендуемой для кругов из эльбора.

Для инструмента из эльбора разработаны новые керамические связки: К18, состоящие из стекла с наполнителем нихром, и ОП9, в которую входят плавиковый шпат и оксиды некоторых металлов. Эти связки, по сравнению со связкой С10, повышают прочность сцепления с эльбором и снижают температуру обжига инструмента.

При выборе наполнителя (особенно абразивного) необходимо исходить из условия , где - предел прочности на изгиб композиции эльбор+стеклосвязка; — предел прочности на изгиб композиции наполнитель + стеклосвязка. Если это условие не выдержано, резко возрастает вероятность появления прижогов, так как зерна наполнителя прочнее удерживаются связкой, чем зерна эльбора.

Круги на металлической связке работают только с охлаждением, иначе они быстро засаливаются. Вследствие большой износостойкости их рекомендуют для обдирочного шлифования, отрезки и заточки с большими съемами. Круги на органической связке работают с охлаждением и без него; рекомендуют их для чистового и обдирочного шлифования, чистовой заточки и доводки режущих инструментов. Круги на керамической связке обеспечивают у твердосплавного инструмента одновременную заточку пластины из твердого сплава и державки, что нельзя осуществить кругами на металлической или органической связке.

Крути из эльбора на керамической связке изготавливают различной твердости от М2 до Т2 и структуры № 6 - № 12, что значительно расширяет область их применения. Количество зерен связки и пор в круге на керамической связке определяют так же, как и у абразивных кругов, Из рассчитанного объема зерна в рабочем слое 25 % (при 100 %-ной концентрации) составляет эльбор, остальное - абразивный порошок из электрокорунда или карбида кремния.

Система составления рецептур для производства инструментов из эльбора на керамической связке разработана эмпирическим путем. Процент содержания связки, а также увлажнителя (жидкого бакелита), добавляемого для повышения прочности заготовки, определяется в зависимости от массы эльбора и др. компонентов.

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.