2. Абразивные материалы

И ИНСТРУМЕНТЫ

Абразивные инструменты (АИ) широко применяются при обработке различных деталей машин, агрегатов и механизмов из разных по физико-механическим свойствам (прочность, твердость, теплостойкость, обрабатываемость и др.). АИ обеспечивает точность обработки IT5-IT8 и выше шероховатость поверхности Ra от 2,5 до 0,8-0,20 мкм и Rz от 2,5 до 0,10 мкм.

В промышленности более 20-25 % парка металлорежущих станков (шлифовальные, доводочные, заточные, хонинговальные, зубошлифовальные и др.) работают с применением абразивного, алмазного и эльборового инструмента. В подшипниковой, автомобильной, инструментальной и моторостроительной отраслях станки для абразивной обработки составляют более 45-50 % от общего числа станков.

АИ - это режущий инструмент, предназначенный для абразивной обработки (ГОСТ 21445-84) разнообразных деталей (деталей подшипников, зубчатых пар, валов, фасонных деталей, мерительных и режущих инструментов и др.) и узлов из разных материалов.

Абразивные инструменты - это режущие инструменты, изготовленные из зерен шлифовальных материалов, сцепленных между собой связующим веществом (связкой) и разделенных друг от друга порами.

В отличие от лезвийных инструментов абразивные не имеют сплошных режущих кромок, так как многочисленные абразивные зерна находятся на некотором расстоянии друг от друга. Зерна расположены хаотично и имеют неправильную геометрическую форму с отрицательными передними углами. Процесс резания абразивными инструментами заключается в срезании отдельными зернами-резцами тонкого слоя материала заготовки. При этом высокие твердость и теплостойкость абразивных зерен дают возможность обработки очень твердых материалов на высоких скоростях резания.

В зоне контакта абразивных зерен и заготовки возникает высокая мгновенная температура (1000... 1600 °С), часто вызывающая на поверхности детали появление прижогов, остаточных напряжений и шлифовочных трещин. Иногда это является сдерживающим фактором повышения производительности процесса шлифования.

Абразивные инструменты классифицируют по следующим признакам:

- по геометрической форме - шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски, абразивные ленты и шкурки;

- по роду абразивного материала - абразивные, алмазные, эльборовые и др.;

- по виду основы - жесткая (шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски); гибкая (эластичные круги, абразивные ленты и шкурки); жидкая (пасты, суспензии).

2.1. Материалы для абразивных инструментов

В последнее время абразивные инструменты находят все более широкое применение в обработке резанием благодаря обеспечению высокой производительности, точности и минимальной шероховатости не только на чистовых операциях, но и при формообразовании фасонных профилей методом глубинного шлифования. Только абразивными инструментами оказывается экономически целесообразной обработка современных труднообрабатываемых, сверхтвердых материалов, твердых сплавов и др.

Абразивные инструменты в своей основе содержат абразивные материалы, которые выпускаются в виде зерен и порошков и характеризуются высокими твердостью, прочностью, тепло- и износостойкостью. По своему происхождению абразивные материалы делятся на естественные и искусственные. Последние, благодаря большей однородности и низкому содержанию примесей, получили наибольшее применение в производстве абразивных инструментов. К искусственным абразивным материалам относятся электрокорунды, карбиды кремния, карбиды бора, алмазы, КНБ (эльбор).

Электрокорунды получают плавкой в электрических печах боксита или глинозема, содержащих окись алюминия. В зависимости от содержания (в %) корунда электрокорунды бывают следующих разновидностей:

— нормальный электрокорунд (условное обозначение 13А...16А) содержит 93...96,5 % корунда, характеризуется высокими прочностью

и вязкостью, что позволяет использовать его как на чистовых, так и на обдирочных операциях при обработке различных металлов;

— белый электрокорунд (условное обозначение 22А...25А) содержит 96...99 % корунда и применяется для изготовления всех видов абразивных инструментов, а также микропорошков, используемых для обработки свободным абразивом;

— хромистый электрокорунд (условное обозначение 33А, 34А), титанистый электрокорунд (37А), хромотитанистый электрокорунд (условное обозначение 91А…94A) содержат 95...98 % корунда с добавлением хрома и титана, что улучшает абразивные свойства. Легированные электрокорунды применяются для изготовления всех видов абразивных инструментов и, по сравнению с обычными электрокорундами, обеспечивают значительное повышение производительности при обработке конструкционных и углеродистых сталей;

— циркониевый электрокорунд (условное обозначение 38А) состоит из корунда (75...80 %) и окиси циркония и используется для изготовления обдирочных кругов. По сравнению с кругами из электрокорунда круги из циркониевого электрокорунда работают на повышенных режимах резания, а на обдирочных операциях их стойкость увеличивается до 40 раз.

Монокорунд (условное обозначение 43А . .45А) содержит 98 % корунда, обладает высокими механическими и режущими свойствами и применяется для изготовления всех видов абразивных инструментов, используемых для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Карбид кремния получают плавкой в электропечах кремнезема и материалов с высоким содержанием углерода (кокс, антрацит и т.п.). В зависимости от процентного содержания чистого карбида и цвета различают карбид кремния зеленый (SiC ≤ 97 %) и карбид кремния черный (SiC≤95%):

— карбид кремния зеленый (условное обозначение 62C...64С) обладает большими твердостью и абразивной способностью, но меньшей вязкостью. Изготавливается в виде кругов, брусков, абразивной шкурки, паст и применяется для обработки твердых сплавов (пластмассы, камень, мрамор и др.);

— карбид кремния черный (условное обозначение 52С...54С) отличается большей хрупкостью и применяется для металлов, неметаллических хрупких материалов.

Карбид бора (КБ) получают плавкой шихты из технической борной кислоты В₂О₃ и нефтяного кокса. Карбид бора содержит 84...93 % кристаллического карбида бора В₄С, имеет малую зернистость, очень высокие твердость и хрупкость, и поэтому его выпускают в виде порошков и паст и используют для обработки (доводки) незакрепленным зерном деталей из твердого сплава и чугунов

Алмаз синтетический (АС) выпускают в виде зерен размерами 0,1...3000 мкм и применяют для изготовления кругов, паст, брусков, а также карандашей и роликов для правки шлифовальных кругов. При обработке твердых сплавов шлифованием, резке и доводке используют кристаллические, синтетические алмазы марок АС2…АС6, АС 15, АС20, АС32, АС50 (цифры 2, 6, 15 и др. показывают прочность зерен в ньютонах) или поликристаллические марок АРК4, АРСЗ с покрытием зерен карбидом вольфрама (К) и кремнием (С), повышающих их производительность и прочность. Микропорошки марок АСМ и АСН нормальной и повышенной режущей способности применяют для изготовления всех видов абразивных инструментов, а также в виде паст для доводки и притирки.

Природные алмазы (А) применяются в основном в правящем инструменте для обработки камня, керамики.

Кубический нитрид бора (эльбор) применяют для обработки изделий из легированных и закаленных сталей. В зависимости от вида сырья для синтеза, способа получения, прочности и наличия покрытий эльбор производится следующих марок: ЛО, ЛП и ЛКВ - соответственно обычной, повышенной и высокой механической прочности; ЛД - поликристаллический; ЛОМ и ЛОС - с покрытием пленками, содержащими кремень или углерод. Из эльбора изготавливают все виды инструментов.

Для изготовления абразивных инструментов применяется в основном искусственные абразивные материалы. Выбор абразивного материала для инструментов зависит от свойств обрабатываемого материала и в первую очередь от твердости, прочности, физико-механических свойств и средством материала с зернами.