6.2.2. Выбор зернистости абразивного инструмента

Зернистость - условное обозначение шлифовального материала, соответствующее размеру абразивных зерен основной фракции. По ГОСТ 3647-80 абразивные материалы делят на четыре основные группы: шлифзерно, шлифпорошки, микрошлифпорошки, тонкие микрошлифпорошки.

Зернистость шлифзерна и шлифпорошков выражают в сотых долях миллиметра, зернистость микрошлифпорошков и тонких микрошлифпорошков в микрометрах.

Шлифзерно: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16.

Шлифпорошки: 12, 10, 8, 6, 5, 4.

Микрошлифпорошки: М63, М50, М40, М28, М20, М14.

Тонкие микрошлифпорошки: М10, М7, М5.

Зернистость шлифзерна и шлифпорошков обозначают как 0,1 размера стороны ячейки сита в свету в микрометрах, на котором задерживаются зерна основной фракции при их просеивании. Зернистость микропорошков обозначают по верхнему пределу зерен основной фракции. Зерновой состав шлифовальных материалов характеризуют процентным содержанием следующих фракций: предельной, крупной, основной, комплексной и мелкой. Размеры зерна основной фракции устанавливают в зависимости от зернистости.

В зависимости от процентного содержания зерен основной фракции зернистость подразделяют на четыре индекса: В - с высоким содержанием (60 - 55 %) для микрошлифпорошков, П - с повышенным (55 - 45 %) для кругов класса АА диаметром до 300 мм, Н - с нормальным содержанием (45 - 40 %) для кругов диаметром свыше 300 мм, заточных кругов и кругов для обработки неметаллических материалов, Д - с допустимым содержанием (41 - 37 %) для кругов на органической связке и шкурки.

Зернистость абразивного инструмента выбирают исходя из его назначения и требуемого качества поверхности обработанной детали. Инструменты с более крупными зернами дают возможность работать с большими глубинами шлифования, меньше засаливаются и более производительны, однако при этом ухудшаются качество и точность обрабатываемой поверхности. Для зачистки заготовок, отливок, поковок, штамповок применяют круги зернистостью 125 - 80, для плоского шлифования торцом круга, заточки резцов, отрезки и правки абразивного инструмента - круги зернистостью 80 -50, для заточки режущих инструментов - круги зернистостью 63 - 25 (Ra = 1,25...0,63 мкм), для чистового шлифования, обработки фасонных поверхностей, заточки мелких инструментов - круги зернистостью 32 - 16 (Ra = 0,63...0,16 мкм), для отделочного шлифования, суперфиниширования, окончательного хонингования и доводки - инструменты зернистостью 6-М40 и меньше (Ra = 0,32...0,01 мкм).

6.2.3. Выбор связок абразивного инструмента

Связка закрепляет зерна в абразивном инструменте. В качестве связок применяют неорганические вещества (керамические, магнезиальные, силикатные), металлы, органические вещества (естественные - шеллаковые связки), синтетические (бакелитовые, вулканитовые, эпоксидные, глифталиевые связки). Комбинации органических и неорганических веществ образуют металлоорганические, металло-керамические и другие виды связок.

На керамической связке выпускают до 60 % абразивных инструментов, на бакелитовой 30 %, на вулканитовой 5 - 7 % и на других связках 3 - 5 %. Инструменты на керамической связке обладают высокой прочностью, хрупкостью, жесткостью, химической стойкостью, их рекомендуют для выполнения всех видов шлифования, кроме обдирки на подвесных станках, отрезки, прорезки узких пазов, плоского шлифования торцом круга. В промышленности применяют несколько видов керамических связок: для инструмента из электрокорундовых материалов - К1, К2, К4, К5, К6, К8, для инструментов из карбидокремниевых материалов К3, К10.

Ниже приведены наиболее распространенные керамические связки, применяемые для изготовления абразивных инструментов. Керамические связки разделяют на спекающиеся при термической обработке (К3, К10), применяемые для изготовления инструментов из карбида кремния, и плавящиеся (К5, К8), обеспечивающие наиболее эффективное связывание белого и нормального электрокорундов. Для изготовления инструментов из легированных электрокорундов рекомендуют связку К6, изготовляемую на основе бариевого стекла. Основой всех связок является кремнезем (SiО₂) и глинозем (Аl₂О₃), содержание которых в связках колеблется для различных марок от 74 до 86 %. Кроме того, в связки входят различные сорта жидкого стекла, ряд окислов металлов и другие элементы.

При изготовлении инструментов из карбида кремния не рекомендуется применять плавящиеся связки, так как при расплавлении этих связок жидкая фаза входит во взаимодействие с зернами карбида кремния и разлагает их на кремний и углерод, что ухудшает их режущие свойства.

В последнее время для изготовления высокопрочных кругов, работающих со скоростью 80 м/с и более, широко применяют плавящую связку К43, изготавливаемую на основе литийсодержащего борного стекла с добавкой фтористых соединений.

Круги на бакелитовой связке имеют по сравнению с керамическими более высокую прочность, особенно при работе на сжатие, и большую упругость. В качестве основы в бакелитовой связке применяют бакелит в виде порошков (пульвербакелит - смесь новолочной смолы с уротропином) или жидкости (жидкая резольная смола).

Прочность кругов из карбида кремния, изготовленных на жидком бакелите, ниже на 15 - 20 %, а кругов из электрокорунда ниже на 5 - 10 %, чем кругов, изготовленных на пульвербакелите. На бакелитовой связке, так же как и на керамической, изготавливают абразивные инструменты всех форм и размеров. Кроме того, на бакелитовой связке изготавливают круги толщиной до 1 мм и меньше, применяемые для отрезки и прорезки узких пазов.

К недостаткам бакелитовой связки следует отнести ее невысокую теплостойкость. При нагреве до 200 °С она приобретает хрупкость, а при длительном нагреве при температуре 250 - 300 °С выгорает. При охлаждении щелочными растворами (свыше 1,5 % щелочи) абразивные инструменты на бакелитовой связке несколько теряют свою твердость и прочность. Инструменты на бакелитовой связке обладают высокой самозатачиваемостью в процессе работы и обеспечивают меньший нагрев обрабатываемой заготовки по сравнению с обработкой инструментами на керамической связке.

В абразивный инструмент на бакелитовой связке иногда вводят наполнитель, его назначение - придать инструменту необходимые физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства. Наполнителями обычно служат неабразивные материалы, которые уменьшают нагрев заготовок при шлифовании за счет повышения их теплопроводности (соединения металлов, антифрикционные вещества типа СОЖ), вещества, активизирующие процесс шлифования путем химического воздействия с обрабатываемым материалом (сера, галогеносодержащие вещества и т. п.), и вещества, повышающие адгезию абразивного зерна к связке (жидкие компоненты абразивных паст, минеральных веществ и т. п.).

Бакелитовые связки имеют три основные разновидности: Б и Б1, изготавливаемые из пульвербакелита, Б2, получаемую из жидкого бакелита, и специальную БЗ, применяемую для изготовления резьбошлифовальных и тонких отрезных кругов. Связку Б изготавливают с наполнительным криолитом; для увлажнения в нее добавляют жидкий бакелит. Связка Б1 отличается от Б наполнителем.

Вулканитовая связка является провулканизированной смесью каучука с серой. Для ее изготовления применяют синтетические каучуки. В зависимости от содержания серы регулируется процесс вулканизации. При содержании серы до15 % изделие получают мягким, эластичным; при введении серы до 60 % - жестким, твердым. Первые используют для полирования и отделочных операций, вторые - для резки, глубинного шлифования и т. п. Для ускорения процесса вулканизации используют порошки каптакса, альтаков и тиурама в количестве 0,5 - 3 %. Для повышения прочности изделий в связку вводят асбест, каолин, глину, криолит и т. п. Повышение теплостойкости обеспечивают введением в связку металлических композиций или пирита. Для повышения формовочных свойств смеси, регулирования твердости изготавливаемого абразивного инструмента и повышения адгезии связки к зерну в качестве мягчителей в смесь добавляют органические вещества: жирные кислоты, рубракс, полидиены, идитол и дибутилфталат. Количество мягчителя подбирают эмпирически в зависимости от требуемой твердости инструмента.

Вулканитовая связка прочно удерживает зерна, но будучи эластичной, деформируется при работе, что снижает процесс самозатачивания. При этом повышается полирующая способность инструмента, но производительность обработки снижается. В отличие от инструментов на других связках, инструмент на вулканитовой связке содержит на 10 - 20 % шлифовального зерна больше, а пористость его соответственно ниже.

Для увеличения процесса самозатачивания кругов на бакелитовой связке используют вещества, повышающие пористость (поваренную соль, нафталин), которые растворяются или выводятся при термической обработке, за счет чего образуются поры, и хрупкие материалы (известняк, мрамор, гипс, уголь, кварц и т. д.), которые выкрашиваются непосредственно в процессе шлифования, образуя при этом поры.

Для повышения прочности и эксплуатационных свойств инструмента применяют наполнители - окиси магния и цинка. При оптимальном содержании наполнителя (10 - 20%) прочность связки увеличивается в 10 - 15 раз. На вулканитовой связке делают жесткие круги В, В1, В2, ВЗ, применяемые для отрезки и прорезки пазов, и гибкие 1ГК - 4ГК, применяемые для полирования и отделочного шлифования.

Кроме шлифовального материала, зернистости, связки абразивный инструмент характеризуется твердостью и структурой. Твердость абразивных инструментов определяется свойством связки оказывать со­противление прониканию в абразивный инструмент другого тела.

По твердости шлифовальные инструменты делят на восемь основных групп: ВМ - весьма мягкие; М - мягкие; СМ - среднемягкие; С - средние; СТ - среднетвердые; Т - твердые; ВТ - весьма твердые; ЧТ - чрезвычайно твердые. Внутри группы твердость инструментов разделяют по номерам, причем большему номеру соответствует большая твердость в группе. Всего шлифовальные инструменты выпускают 18 различных твердостей - от ВМ1 до ЧТ2, условно обозначенных номерами 0 – 17 в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Твердость шлифовальных кругов

Твердость номер	ВМ1 0	ВМ2 1	Ml 2	М2 3	M3 4	СМ1 5
Твердость номер	СМ2 6	C1 7	С2 8	СТ1 9	СТ2 10	СТ3 11
Твердость номер	Т1 12	Т2 13	ВТ1 14	ВТ2 15	ЧТ1 16	ЧТ2 17