6.3. 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 слоя на корпусе.

Размеры алмазных кругов выбирают по ГОСТ 16167-80 - ГОСТ 16180-82, кругов из эльбора - по ГОСТ 17123-79Е. В табл. 6.3 приведены основные формы и размеры алмазных и эльборовых кругов. Корпуса кругов обычно изготовляют из алюминия АК6 или из стали (сталь Ст3, 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.

Таблица 6.3

Основные типы и размеры кругов из СТМ

Наименование и обозначение круга	Форма круга	Размеры, мм
1	2	3
Шлифовальный плоский прямого профиля: алмазные 1А1 (АПП) эльборовые 1А1 (ЛПП)		D = 16...500 H = 2...10 d = 6...203
		D = 25...500 H = 4...50 d = 6...305
Шлифовальные плоские прямого профиля без корпуса: алмазные А8 (А1ПП) эльборовые А8 (Л1ПП)		D = 6...13 H = 6...10 d = 2...4
		D = 1...22 H = 1,6...25 d = 0,5...8

Продолжение табл. 6.3

1	2	3
Алмазные шлифовальные плоские прямого профиля трехсторонние 14V1 (А2ПП)		D = 125...250 H = 10...20 d = 32...76
Шлифовальные чашечные конические: алмазные 12А2 = 45 (АЧК) эльборовые 11А2 (ЛЧК)		D = 50...250 H = 19,5...52 d = 16...76
		D = 75...150 H = 35; 50 d = 20; 32
Шлифовальные чашечные конические: алмазные 12V5 - 45 (А2ЧК) эльборовые 12V5 -45 (Л2ЧК)		D = 50...150 H = 20...40 d = 16...51
		D = 125; 150 H = 39; 41 d = 32
Шлифовальные тарельчатые алмазные 12А2 - 20 (АТ) эльборовые 12А2-20 (ЛТ)		D = 50...250 H = 6...23 d = 10...51
		D = 50...200 H = 10...21,5 d = 10...51
Шлифовальные тарельчатые эльборовые 12R9		D = 100; 125; 150 H = 10; 13; 16 d = 20...32

Окончание табл. 6.3

1	2	3
Шлифовальные плоские с двусторонним коническим профилем: алмазные 14ЕЕIX (А2П) эльборовые 1D1 (Л2П-1)		D = 25...40 H = 3...10 d = 6...203  = 30; 40; 60; 90; 120 
		D = 60...500 H = 10...20 d = 13...305  =15; 30; 40;60
Шлифовальные плоские с полукругловыпуклым профилем: алмазные 1FF1X (А5П) эльборовые 1FF1X (Л1ФП)		D = 50...150 H = 2...32 d = 16...51 R = 1...16
		D = 35...135 H = 5...29 d = 10...32 R = 5...17
Обозначение дано по ГОСТ 24747-81, а в скобках дано старое обозначение кругов.

Концентрацию (содержание) алмаза и кубического нитрида бора выражают в процентах. Круги изготавливают с 25, 50, 100, 150 и 200 %-ной концентрацией. 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. 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 прессшпана.

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 особо тонкие 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 табл. 6.4.

Таблица 6.4

Выбор зернистости алмазных инструментов

Шероховатость обрабатываемой поверхности Ra, мкм	Зернистость круга со связкой
	органической	металлической	керамической
0,63 - 1,25 0,32 - 0,63 0,16 - 0,32 0,08 - 0,16 0,04 - 0,08 0,04	200/1601 - 25/100 160/125 - 100/80 100/80 - 50/40 50/40 - 40/28 40/28 - 14/10 1 4/10 - 5/3	160/125 - 25/100 125/100 - 80/63 80/63 - 50/40 - - -	160/125 - 125/100 125/100 - 80/63 80/63 - 50/40 63/50 - 40/28 - -

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 - карбид бора, Б2 - железный порошок; Т02 - смесь карбида бора и медного порошка. 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: К 18, 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.

Круги 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, определяют в зависимости от массы эльбора и абразивного порошка, содержащегося в рабочем слое.