3.2.Шлифовальные круги.
3.2.1.Абразивные материалы.
Абразивный материал – это естественный или искусственный материал, преимущественно высокой твердости. К естественным абразивным материалам относится алмаз, кварц, корунд, наждак, кремень, гранит. К искусственным – нормальный электрокорунд, хромистый электрокорунд, титанистый электрокорунд, монокорунд, зеленый и черный карбид кремния, карбид бора, синтетические алмазы, кубический нитрат бора, и другие.
Основными свойствами абразивных материалов является твердость, абразивная способность, прочность и износостойкость.
Алмаз естественный (А) представляет собой разновидность углеродов, обладает наивысшей твердостью из всех известных естественных и искусственных абразивных материалов, но хрупок. Естественные алмазы содержат наибольшее количество (от 0.02% до 4.8%) примесей окислов алюминия, железа, кальция, кремния, марганца, титана и др. Алмазы, непригодные для изготовления украшений называют техническими и используют для шлифования металлов. Массу алмаза измеряют в граммах и каратах; 1 кар = 0.2 г.
Алмаз синтетический (АС). Для получения синтетических алмазов используют углеродсодержащие вещества с применением катализаторов. В качестве углеродсодержащего вещества наиболее часто применяют графит, реже – сажу или древесный уголь, а в качестве катализатора – металл (хром, никель, железо, кобальт и др.). Под действием высокой температуры и давления происходит образование синтетического алмаза.
В зависимости от размеров зерен, методов их получения и контроля порошки из синтетических алмазов делят на шлифпорошки и микропорошки.
Существует пять марок шлифпорошков из синтетических алмазов, которые различаются в основном механическими свойствами (прочностью, хрупкостью), а также формой и параметрами шероховатости:
АСО – зерна с шероховатой поверхностью, обладают пониженной прочностью и пониженной хрупкостью, работают с минимальными потреблением и энергией и выделением теплоты, обладают хорошими режущими свойствами;
АСР – зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью по сравнению с АСО и хорошо удерживаются в связке;
АСВ – зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью, чем АСО и АСР, имеют по сравнению сними более гладкую поверхность;
АСК – зерна с меньшей хрупкостью и большей прочностью по сравнению с АСО, АСР, АСВ;
АСС – зерна имеют максимальную прочность по сравнению с алмазами других марок и представляют собой зерна блочной формы. Прочность зерен АСС выше прочности естественных алмазов.
Алмазные микропорошки выпускают: 1) с нормальной абразивной режущей способностью (АМ) из естественного алмаза и из синтетических алмазов (АСМ); 2) с повышенной абразивной способностью из природных (АН), синтетических (АСН) алмазов.
В институте сверхтвердых материалов АН УССР создан новый сверхтвердый материал «Славутич», который, не уступая алмазам по износостойкости, превосходит их по прочности.
Электрокорунды состоят из окиси алюминия Al2O3и его примесей. Содержания окиси алюминия 93-96% в нормальном электрокорунде и монокорунде. Разновидности электрокорундов различаются содержанием окиси алюминия. Нормальный электрокорунд 1А выплавляют из бокситов; его разновидности 12А, 13А, 14А и 16А. При содержании, например, 92% окиси алюминия нормальный электрокорунд обозначают 13А, 93% - 14А и так далее. Белый электрокорунд 2А выплавляют из глинозема; его разновидности – 22А, 23А, 24А, 25А. Белый электрокорунд содержит не менее 97% окиси алюминия. При содержании 98% окиси алюминия белый электрокорунд обозначают 22А а свыше 99.3% - 25А.
Легированные электрокорунды выплавляют из глинозема с различными добавками. К этим электрокорундам относится хлористый электрокорунд 3А; его разновидности 32А, 33А, 34А, а также титанистые электрокорунд 37А. Окислы хрома и титана упрочняют кристаллическую решетку окиси алюминия и одновременно придают зерну очень высокую вязкость, приближающуюся к вязкости нормального электрокорунда.
Циркониевый электрокорунд изготовляют на базе белого электрокорунда с добавкой окиси циркония. Он имеет очень высокую прочность. Шлифовальные круги из циркониевого электрокорунда, изготовленные по технологии горячего прессования, обладают стойкостью в 10-20 раз превышающей стойкость инструмента, изготовленного из нормального электрокорунда по обычной технологии. Вследствие незначительного нагревания заготовки на обрабатываемой поверхности не возникает прижогов. Циркониевый электрокорунд обозначается 38АМ, содержит 18-25% двуокиси циркония, зернистость 250-125.
За последние годы в нашем государстве созданы абразивные материалы из легированного электрокорунда повышенной стойкости и прочности: хромотитанистый 91А и 92А, ванадиевый, формокорунд, электрокорунд и другие.
Перспективны круги из хромотитанистого электрокорунда 91. При их использовании на операциях плоского и круглого наружного шлифования и других видов шлифования стойкость шлифовальных кругов повышается до 2.5 раза, производительность в 2 раза, обработка без прижогов.
Монокорунд 4А выплавляют из боксита сернистым железом и восстановителем с последующим выделением монокристалла корунд. Выпускают монокорунд марок 43А, 44А, 45А; он особенно эффективен при обработке жаропрочных и кислотоупорных сталей.
Карбид кремния представляет собой химическое соединение кремния и углерода, получаемое из кокса и кварцевого песка в электрических печах при нагреве их до температуры 2100-22000 С и содержит около 97-99% SiC. Карбид кремния является ценным шлифующим материалом. Он имеет зерна темно-синей и зеленой окраски с красивым цветом побежалости и металлическим блеском. В зависимости от содержания (%) чистого карбида кремния этот материал делят на зеленый (6С) и черный (5С). Зеленый карбид кремния имеет повышенную по сравнению с черным хрупкость и содержит чистого кремния не менее 97%. Он выпускается следующих разновидностей: 62С, 63С и 64С. Черный карбид кремния в зависимости от содержания карбида кремния выпускают следующих разновидностей: 52С, 53С, 54С и 55С.
Важнейшими свойствами этого абразивного материала являются высокие твердость (тверже его только алмаз, эльбор и карбид бора) и абразивная способность, которая объясняется тем, что его зерна имеют острые режущие грани. Под абразивной способностью понимают способность абразивных зерен обрабатывать тот или иной материал. Карбид кремния очень теплостоек; он способен выдерживать температуру до 20500 С.
Карбид бора (КБ) представляет собой химическое соединение B4C, он обладает высокими абразивной способностью, износостойкостью и химической стойкостью.
Кубический нитрид бора (КНБ) – сверхтвердый материал, впервые получен в 1957г. и содержит 43.6% бора 56.4% азота. Несмотря на несколько меньшую твердость, кубический нитрид бора обладает почти теми же абразивными свойствами, что и алмаз, но превосходит по износостойкости все известные абразивные материалы, применяемые в технике. Кубический нитрид бора выгодно отличается от алмаза своей высокой теплостойкостью. Он не теряет своих режущих свойств даже при температуре 12000 С; шлифовальные круги из него отличаются высокой стойкостью. Их применение повышает точность и качество детали, резко сокращает время на правку.
Абразивные материалы из кубического нитрида бора в СССР выпускают в виде шлифпорошков – эльбор (Л) и кубонит (КО) – и микропорошков (КМ).
Зернистость абразивного материала приведена ниже.
Шлифзерно – 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16
Шлифпорошки - 12, 10, 8, 6, 5, 4
Микропорошки - М63, М50, М40, М28, М20, М14, М10, М7, М5
3.2.2.Связка шлифовального круга.
Связка – вещество или совокупность веществ, применяемых для закрепления зерен в инструменте. Связки делят на неорганические и органические. К неорганическим связкам относят керамическую, силикатную и магнезиальную; к органическим бакелитовую и вулканитовую. Наибольшее применение имеют керамические, бакелитовые и вулканитовые связки.
Керамическая связка (К) состоит из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца, мела, талька и других составляющих. Круги, изготовленные на керамической связке, имеют наибольшую пористость и поэтому меньше засаливаются, легко режут металл и обладают хорошей водоупорностью, допускают шлифование с охлаждением. Недостатком керамической связки является хрупкость, которая делает абразивные инструменты чувствительными к ударной нагрузке.
Силикатную связку (С) изготовляют из жидкого стекла, которое смешивают с окисью цинка, мелом, глиной и др. Силикатная связка обладает достаточной прочностью. Круги на такой связке быстро изнашиваются, но работают с малым выделением теплоты при резании. Их применяют, когда поверхность заготовки чувствительна к повышению температуры при шлифовании. Круги на силикатной связке обычно используют без охлаждения.
Магнезиальная связка состоит из акустического магнезита и раствора хлористого магния. Она имеет ограниченное применение, так как круги, изготовленные на ней, неоднородны, быстро неравномерно изнашиваются. Они гигроскопичны, их можно использовать только для сухого шлифования.
В бакелитовой связке (В) главной составляющей является жидкий или порошкообразный бакелит (искусственная смола). Круги на такой связке обладают большой прочностью, но быстро изнашиваются. При тяжелых условиях работы, когда температура в зоне резания достигает 3000С и более, связка начинает выгорать, а зерна преждевременно выкрашиваются. Указанные круги используют главным образом без охлаждения. Бакелитовая связка несколько разрушается под действием щелочных растворов, находящихся в охлаждающей жидкости. Поэтому охлаждающая жидкость в случае применения кругов на этой связке не должна содержать свыше 1.5% щелочи.