3549

низкой скорости резания?

16.Какой инструментальный материал имеет максимальную твердость?

17.Какой инструментальный материал обладает наибольшей теплостойкостью?

18.Какая марка быстрорежущей стали Р9К5, Р18, Р6М5, Р12Ф3 получила наибольшее применение?

19.Какой из перечисленных материалов имеет наименьшую теплостойкость: ВК8, Р6М5, Т14К8, У10?

20.У каких материалов имеется в составе WC, NiC, Co?

21.Какой инструментальный материал применяется при обработке закаленных сталей (HRC 58)?

22.Какой из перечисленных материалов имеет наибольший предел прочности при изгибе?

23.Какой материал - Р6М5, ВК8, ТТ7К12, Р12, алмаз - применяется для обработки деталей из чугуна?

24.Какой из перечисленных материалов - эльбор, ВОК200, Р6М5, У10, ТГ7К12 - является керамическим материалом?

25.Какой из перечисленных материалов - ВК6, Р6М5Ф, Т14К8, эльбор, У13 - имеет твердость (HRА 90)?

26.Какой из перечисленных материалов - ВК6, ТТ7К12, Т15К8, ТН20, ВК8М - является безволфрамовым твердым сплавом?

27.В каких инструментах применяются углеродистые стали (У10 - У12)?

28.Из каких компонентов состоит твердый сплав

Т30К4?

29.Какая группа твердых сплавов применяется при обработке сталей?

30.Какие материалы соответственно имеют температуру теплостойкости:

620ºС и 850 ºС?

31.Для чего на РИ выполняется поверхностное упрочнение?

60

Раздел 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.

Впромышленности 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.

Вотличие от лезвийных инструментов абразивные инструменты 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

61

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,

62

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

63

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,

64

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.

2.2. Характеристики абразивных инструментов

Абразивные инструменты на жесткой основе характеризуются формой и размерами, шлифовальным материалом, его зернистостью, связкой, твердостью, точностью, неуравновешенностью, а алмазные и эльборовые инструменты также и концентрацией зерен в рабочем слое.

Форма и размеры. Геометрические параметры

65

абразивных инструментов задаются станком, на котором предполагается их использование, а также формой, размерами обрабатываемых поверхностей и характером движений инструментов.

Шлифовальные круги (рис.7,а) применяются в том случае, когда основное движение вращательное. Поэтому они представляют собой различные по форме тела вращения. Кратко рассмотрим области применения кругов основных форм исполнения.

Плоские круги прямого профиля ПП применяют для круглого наружного, внутреннего и бесцентрового шлифования, для плоского шлифования периферией круга и для заточки инструментов. Плоские круги с двухсторонним коническим профилем 2П применяют для вышлифовывания зубьев шестерен и шлифования резьбы. Плоские круги с выточкой ПВ и с двухсторонней выточкой ПВД позволяют помещать в выточках зажимные фланцы, а благодаря этому, совмещать круглое шлифование с подрезкой торца. Эти круги применяют также в качестве ведущих кругов при бесцентровом шлифовании.

Цилиндрические и конические круги – чашки ЧЦ и ЧК применяют для заточки инструментов и для плоского шлифования торцом.

Тарельчатые круги Т применяют для заточки и доводки передних граней фрез, обработки зубьев долбяков и других инструментов.

Алмазные круги (рис.7,6) бывают плоского прямого профиля, чашечные тарельчатые, дисковые и другие и применяются для заточки и доводки твердосплавных инструментов, а также для шлифования труднообрабатываемых и резки неметаллических материалов.

Эльборовые круги имеют формы, подобные алмазным кругам. Их применяют для шлифования закаленных сталей (>60HRC), чистовой заточки инструментов из быстрорежущих сталей, при чистовом

66

шлифовании резьб, а также для обработки жаропрочных и коррозионно – стойких сталей.

Размеры шлифовальных кругов следует брать, возможно, большими, так как в этом случае улучшаются условия шлифования, и снижается стоимость обработки. При этом верхний предел размеров круга ограничивается конструкцией и размерами станка, а иногда размерами и формой обрабатываемой заготовки. Так, например, при шлифовании отверстий диаметр круга должен быть не более 0,7...0,9 диаметра обрабатываемого отверстия.

Шлифовальные головки (рис.7,в) – это шлифовальные круги небольшого диаметра (3...40 мм). Такие круги приклеивают к стальным хвостовикам и применяют для внутреннего шлифования и для ручной зачистки заготовок с помощью шлифовальных машин.

Шлифовальные бруски (рис.7,г) используют в инструментах, совершающих возвратно – поступательное движение: при слесарных работах, а также при хонинговании или суперфинишировании. В последних случаях бруски закрепляют в специальных стальных головках.

Шлифовальные сегменты (рис.7,д) применяют для плоского шлифования. В этом случае шлифовальный круг состоит из нескольких сегментов, закрепленных в головке или патроне.

Шлифовальные шкурки – это абразивные инструменты на гибкой (бумага, ткань, металлическая лента) или комбинированной основе (бумага и ткань) с наклеенным на нее слоем шлифовального материала, закрепленного связкой. Шкурки выпускают в виде листов, лент и применяют для ручной и машинной зачистки и отделки деталей (см. в [6]).

Основные размеры абразивных инструментов регламентированы ГОСТ, ТУ и нормативно-технической документацией.

Зернистость шлифовальных материалов. Совокупность абразивных зерен шлифовального материала в установленном

67

интервале размеров называют фракцией, а преобладающую по массе, объему и числу зерен фракцию называют основной фракцией.

Условные обозначения, соответствующие размеру зерен основной фракции, называют зернистостью.

В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делят на четыре группы:

—шлифзерно – 2500...160 мкм (номера от 200 до 16);

—шлифпорошки – 160...40 мкм (от 12 до 4);

—микропорошки – 63...10 мкм (от М6З до М14);

—тонкие микрошлифпорошки – 10...3 мкм (от М10 до

5).

Алмазные материалы делят на шлифпорошки и микропорошки. Размер шлифпорошков находится в пределах от 630 до 40 мкм (по размерам ячеек верхнего и нижнего сита),

аразмер микропорошков – от 60 до 1 мкм и менее (контролируется на микроскопе). Зернистость алмазных порошков обозначается дробью, в которой числитель соответствует наибольшему размеру зерен основной фракции,

азнаменатель – наименьшему размеру, например: 400/250, 250/160 и т.д.; алмазных микропорошков – 60/40, 40/28 и т.д.; эльборовых порошков – ЛЗ15/250 (Л25), Л250/200 (Л20) и т.д.

Зернистость абразивного круга зависит от вида шлифования требуемой шероховатости и точности обработки, материала заготовки и снимаемого припуска.

Чаще всего применяют абразивные круги средней зернистости 40...16, которые обеспечивают высокую производительность при требуемой шероховатости и точности обработки.

Номер зернистости круга увеличивают: для уменьшения опасности «засаливания» круга и появления прижогов на заготовке; при увеличении припуска на обработку; для увеличения производительности процесса шлифования; при увеличении скорости шлифовального круга; при переходе от кругов с керамической связкой на круги с

68

бакелитовой или вулканитовой связками; при увеличении вязкости и уменьшении твердости материала заготовки; при уменьшении номера структуры круга.

При использовании алмазных кругов рекомендуется брать: для предварительного шлифования круги зернистостью

– 200/160... 100/80(марок АС4, АС6), для чистового шлифования – зернистостью 80/63...50/40 (марок АС2, АС4), для доводочного шлифования – зернистостью 40/28 и мельче.

Вслучае, когда предварительное и окончательное шлифование производятся одним кругом, следует применять круги зернистостью 100/80...63/50 (марок АС4, АС6).

Связка абразивных инструментов служит для сцепления зерен шлифовальных материалов и удержания их от преждевременного выкрашивания в процессе шлифования. Она оказывает большое влияние на работоспособность абразивных кругов. От количества, вида, качества и равномерности распределения связки в абразивном круге зависят твердость, прочность, структура, неуравновешенность круга и допускаемая скорость шлифования.

Впроцессе резания затупившиеся зерна выкрашиваются или раскалываются, обнажая новые острые кромки, т.е. инструмент самозатачивается, автоматически поддерживая свои режущие свойства. При неправильно выбранной связке происходит ненормальный износ абразивных инструментов, характеризуемый либо «засаливанием», когда инструменты теряют свои режущие свойства вследствие засорения пор размельченной связкой и стружкой, либо осыпанием вполне работоспособных зерен. В первом случае на обрабатываемой поверхности наблюдаются прижоги, а во втором случае – повышенный износ кругов.

Для изготовления абразивных кругов применяют неорганические (керамические, силикатные) и органические (бакелитовые, вулканитовые) связки. Из них наиболее распространены керамическая, бакелитовая и вулканитовая связки.

69