Абразивные материалы

Абразивными материалами в шлифовальном деле называются мелко раздробленные искусственные или естественные минералы.

Основными показателями качества абразивного материала являются его твердость, форма зерна и степень вязкости.

Под твердостью принято понимать сопротивление, оказываемое тело: проникновению в него другого тела. В соответствии с этим разработана, следующие две шкалы (10-степенная и 15-степенная) твердости минерале; (табл. 8), в которых порядок минералов установлен исходя из того, что каждый последующий минерал тверже предыдущего и может его царапать.

Твердость закаленной стали по этим шкалам оценивается 8—9 баллами.

Другим важным свойством абразивного материала является форма и характер поверхности зерна — с острыми гранями или округлая, гладка.-, или шероховатая.

Круглому зерну, естественно, значительно труднее проникать в обра­батываемую деталь, чем зерну с острыми гранями. Зерно шероховатое будет

Таблица 8 Две шкалы твердости минералов

вызывать большее трение и нагрев обрабатываемой детали, чем гладкое. Но даже гладкое зерно, обладающее острыми гранями и максимальной твер­достью, может быть малопригодным для шлифования, если оно окажется слишком хрупким. Поэтому помимо твердости и гладкой поверхности с острыми кромками от абразивного зерна требуется также вязкость, т. е. способность не разрушаться от сил, действующих на него в процессе резания.

Основными абразивными материалами, применяемыми при шлифовании, притирке и доводке, являются кварц, наждак, естественный и искусствен­ный корунд, карборунд и карбид бора.

К естественным абразивным материалам относятся кварц, наждак и корунд. Ввиду наличия в естественных абразивных материалах примесей в виде окиси железа, силикатов и др., для изготовления кругов они приме­няются редко.

Искусственные абразивные материалы

Электрокорунд, нормальный, (марка Э) — наиболее часто применяемый абразивный материал, представляет собой кристаллическую окись алюминия (до 90%) с небольшим количеством примесей: окиси же­леза, окиси кремния и окиси титана. Твердость 9,05—9,1 по Моосу. Зерна имеют острые раковистые грани, благодаря чему обладают высокими режу­щими свойствами. Цвет — от серо-коричневого до темно-коричневого и от розового до темно-красного.

Относительно высокая вязкость электрокорунда позволяет с успехом применять его для шлифования металлов, обладающих высоким сопротивле­нием разрыву: углеродистых и легированных сталей, стеллитов, ковкого чугуна, мягких бронз и др. Абразивные инструменты из нормального элек­трокорунда широко применяются для грубой обдирки стальных отливок и поковок, когда требуется срезать большой слой металла.

Электрокорунд белый — корракс — (марка ЗБ) — высшего качества, содержит 97—99% кристаллической окиси алюминия и в соответ­ствии с этим подразделяется на два сорта: ЭБ-97 и ЭБ-99. Белый электро­корунд применяется преимущественно при чистовом точном шлифовании на операциях, где требуется иметь наименьшее теплообразование в зоне резания. Широко применяется для точных работ, для внутреннего шлифова­ния очень твердых сталей и там, где опасно получить местный отжиг поверх­ности, — шлифование калибров, резьбы метчиков и т. п.

Монокорунд (марка М) — кристаллическая окись алюминия в форме сплошных крупных кристаллов, свободных от шлаковых включе­ний и без пор, отличается высокой прочностью и более высокими режу­щими свойствами, чем электрокорунд марок Э и ЭБ. Шлифовальные круги,

изготовленные из монокорунда, применяются при всех видах шлифования, а также при заточке режущих инструментов; они дают высокую производи­тельность и чистую поверхность.

Карборунд представляет собой химическое соединение углерода с кремнием (карбид кремния Si С). Твердость карборунда 9,13—9,15. Кар­борунд выпускается двух марок: КЗ — зеленый карборунд и КЧ — черный карборунд. Зеленый карборунд в химическом отношении более чист, чем черный. Высокая твердость, острота граней, а также способность образо­вывать крупнокристаллическую структуру обеспечивают карборунду приме­нение для различных видов шлифования. Однако зерна карборунда обла­дают большей хрупкостью, чем зерна электрокорунда, сравнительно легче обламываются под давлением прочной и вязкой стружки, вследствие чего карборундовые круги рекомендуется применять главным образом для обра­ботки материалов с относительно малым сопротивлением разрыву: серого чугуна, мягкой латуни и бронзы, меди и неметаллических материалов: дерева, кожи, стекла, агата, корунда, мрамора, гранита, фарфора, огне­упоров, кости, пластмасс и др.

Карборундовые круги широко применяют для заточки режущих инстру­ментов, оснащенных твердым сплавом.

Карбид бора В₄С — абразивный материал, получаемый сплавле­нием технической борной кислоты и нефтяного кокса в электропечах. Обла­дает твердостью 9,6 по шкале Мооса.

По внешнему виду карбид бора в куске представляет плотную, частично сплавленную массу, после дробления которой получаются зерна с острыми режущими кромками. Окраска зерна черная.

Порошки карбида бора применяют для доводки твердых сплавов, в ка­честве заменителя алмазной пыли, а также для шлифования рубина, кварца, корунда и др.

Связывающие вещества (связки) служат для скрепления абразивных зерен, осуществляющих шлифование. Связка имеет решающее значение для прочности кругов и выбора режима шлифования.

Связки делятся на две основные группы: неорганическая — керамиче­ская и органическая — бакелитовая и вулканитовая.

Керамическая связка (марка К) состоит в основном из поле­вого шпата, каолина, огнеупорной глины, талька, мела и др. Она обладает рядом весьма ценных свойств — теплостойкостью, водоупорностью, вы­сокой химической стойкостью и относительно высокой прочностью. До 70% всех абразивных кругов и брусков изготовляют на керамической связке.

Недостаток шлифовальных кругов на керамической связке — чувстви­тельность к изгибающим нагрузкам и ударам — ограничивает применение этой связки при изготовлении тонких кругов.

Допускаемая скорость шлифовальных кругов на керамической связке — до 30—50 м/сек.

Бакелитовую связку (марка Б) изготовляют из искусствен­ной феколформальдегидной смолы. Она является наиболее распространенной органической связкой, так как круги на бакелитовой связке обладают вы­сокой прочностью, твердостью и упругостью; их можно изготовлять тол­щиной до I мм.

Недостатком бакелитовой связки является пониженная прочность сце­пления связки с зернами, повышенная плотность и способность разрушаться год действием щелочных растворов; входящих в состав охлаждающих жидкостей. Для уменьшения вредного действия щелочных растворов круги обмазывают по всей поверхности серой или суриком или окрашивают водо­непроницаемой краской.

Эластичность кругов на бакелитовой связке позволяет применять их при окружных скоростях 30—50 м/сек, а при шлифовании резьбы — до 60 м/сек.

Вулканитовая связка (марка В) состоит из каучука и серы. Она обладает высокой плотностью и эластичностью, поэтому получила широкое распространение при изготовлении шлифовальных кругов, предна­значаемых для чистовых, полировальных, прорезных и отрезных операций. На вулканитовой связке можно изготовлять очень тонкие круги (толщиной до 0,5 мм) при относительно большом диаметре — до 125—150 мм.

Круги на вулканитовой связке благодаря их плотному строению и эла­стичности широко применяют при бесцентровом шлифовании в качестве ведущих и рабочих кругов, а также при работах, при которых создаются большие поперечные давления, например при резке прутковой стали, раз­резке цанг, прорезке канавок, шлифовании стальной часовой ленты, шли­фовании желобов шарикоподшипниковых колец, шлифовании бочкообраз­ных роликов и т. д.

Порыв шлифовальном круге необходимы для размещения¹ стружки снимаемой режущими зернами с обрабатываемого материала. Под влиянием центробежной силы эта стружка удаляется со шлифовального круга.

Если бы не было пор, образование стружки не могло бы происходить, а значит и процесс резания не мог бы осуществляться.

Чем больше слой материала, снимаемый режущим зерном, тем больше . места необходимо для размещения стружки, тем крупнее должны быть поры шлифовального круга.

Структура шлифовального круга характеризует его строение и по­ристость и обозначается номером. Чем меньше номер структуры, тем плот­нее расположены зерна в круге и тем меньше пористость круга.

В СССР заводы выпускают шлифовальные круги с заранее заданной структурой, имеющие 14 номеров — от 0 до 13.

Зернистость шлифовального круга характеризует раз­мер его абразивных зерен. Зернистость обозначают числом отверстий, при­ходящихся на 1 пог. дюйм (25,4 мм) сита, через которое просеивались зерна.

В СССР установлены три группы зернистости: 1-я группа — шлифо­вальные зерна с номерами зернистости 10, 12, 14, 16, 20, 24, 30, 36, 44, 54, 60, 70, 80 и 90; 2-я группа — шлифовальные порошки с номерами зерни­стости 100, 120, 150, 180, 220, 240, 280 и 320; 3-я группа —микропорошки с номерами зернистости М28, М20, М14, М10, М7 и М5. Цифра, идущая за буквой М, показывает максимальное поперечное сечение зерна этого-номера зернистости в микронах. Так, М28 означает, что к этому номеру зернистости относятся зерна, имеющие поперечное сечение 20—28 мк.

Твердость шлифовальных кругов следует отличать от твердости абразивных зерен. Под твердостью круга понимается сопро­тивляемость связки вырыванию шлифующих зерен с поверхности круга под действием внешних усилий. Твердость кругов на керамической и баке­литовой связке определяется:

а) при зернистости 12—90 — измерением глубины лунки, образующейся под действием струи кварцевого песка, выбрасываемой из пескоструйного прибора;

б) при зернистости 100—М14 — измерением глубины лунки, образую­щейся от вдавливания стального шарика при постоянной нагрузке на при­

боре Роквелла.

Твердость кругов на вулканитовой связке определяется измерением числа оборотов сверла, необходимого для высверливания в круге лунки опреде­ленной глубины. Сверление ведется при постоянной нагрузке.

В СССР установлено семь классов твердости, обозначаемых следующим образом:

Самозатачиваемость шлифовальных кругов. Коэффициент шлифования.

Связка должна удерживать зерна в круге лишь до момента их затупления. Как только зерна затупились, связка не должна препятствовать их выкра­шиванию из круга под действием возросших вследствие затупления зерен усилий резания. Вместо выкрошенных затупившихся зерен на поверхности круга обнажаются новые, острые зерна. Такое явление называется само­затачиваемостью круга. Чем тверже обрабатываемый материал, тем быстрее притупляются зерна и, следовательно, тем мягче должна быть связка, чтобы затупившиеся зерна выкрашивались своевременно. Правильно выб-гранный круг должен обладать самозатачиваемостью. При несоответствии твердости шлифовального круга условиям резания вместо самозатачивания происходит либо затупление круга, либо чрезмерно быстрый износ его. Затупление круга выражается истиранием рабочих лезвий шлифующих зерен, при этом дальнейшая работа круга сопровождается усиленным тепло­образованием, прижогом шлифуемой поверхности (появление коричневых «полос на шлифуемой поверхности), повышением расходуемой мощности.

Чрезмерно быстрый износ круга обычно происходит при недостаточной его твердости и выражается осыпанием острых работоспособных зерен. (Расходуемая мощность при этом ниже нормальной.

Чрезмерный износ шлифовальных кругов приводит к увеличению себестоимости шлифуемых деталей. Расход шлифовальных кругов характери­зуется коэффициентом шлифования. Коэффициентом шлифования К_ш назы­вается отношение количества снятого при шлифовании металла в см³ к износу шлифовального круга в см³. Для высокоуглеродистых инструментальных сталей коэффициент 'Шлифования равен К_ш ~ 3 -г- 4, для быстрорежущей .стали К_ш = 4 - 12, для машиноподелочных сталей К_ш = 40 - 80.

Засаливанием круга называется потеря им режущей спо­собности вследствие затупления шлифующих зерен или забивания пор -круга стружкой и грязью. Внешние признаки засаливания: появление бле­стящих пятен на режущей поверхности круга, ухудшение чистоты шлифуе­мой поверхности, появление прижогов (если это не происходит вследствие слишком тяжелого режима шлифования), уменьшение производительности. ₉ Засаленные круги следует подвергать правке.

Правкой круга называется процесс удаления с его поверхности слоя шлифующих зерен. Правку круга производят с целью: 1) восстановления .режущей способности круга, потерянной в результате засаливания; 2) испра­вления геометрической формы и размеров изношенного круга; 3) обеспечения правильного расположения рабочей поверхности круга относительно его вращения после установки на станке.

Правку осуществляют техническими алмазами или их заменителями: твердосплавными карандашами, шарошками, шлифовальными кругами, обкатными роликами (стальными или из твердого сплава) (фиг. 413).

Основные формы кругов. Шлифовальные круги изготовляют путем прессования в формы и отливкой. У прессованных кругов поры мельче, структура более плотная, они быстрее засаливаются. Круги, изготовленные

Фиг. 413. Правка шлифовальных кругов:

a — алмазный карандаш для правки кругов; б — правка круга алмазом; в—правка круга шарошкой; е — правка круга карборундовым колокольчиком; д — правка обкатными роликами из закаленной стали.

Фиг. 414. Основные формы шлифовальных кругов:

о—плоские; 6 — чашкообразные; « — тарельчатые; s — дисковые

Фиг. 415.

и — крепление шлифовального круга при помощи фланцев: / — шпиндель; 2 — шлифовальный круг; 3 — втулка из серо-боксмтной или серо-глинистой массы, залитой перед установкой круга; 4 — металличе­ские фланцы; 5 — прокладки из картона или резины; б — схема наклейки шлифовального круга на план­шайбу; / —• шлифовальный круг; 2 — планшайба; в — элементы резания при круглом шлифовании; г — схема усилий резания при шлифовании; R — равнодействующее усилие резания.

отливкой, более пористы, структура их менее плотна. Основными формами шлифовальных кругов (фиг. 414) являются плоские, чашкообразные, та­рельчатые и дисковые.

Закрепление и испытание кругов. Для обеспечения нормальных условий шлифования и во избежание несчастных случаев вслед­ствие разрыва круга шлифовальный круг должен быть предварительно ис­пытан на прочность, правильно закреплен на шпинделе станка и отбаланси­рован.

Перед эксплуатацией круга необходимо:

1. убедиться в отсутствии трещин, которые обнаруживаются по дре­безжащему звуку при легком постукивании деревянным молотком по тор­цевой поверхности круга;

2. испытать вращением при скорости на 50—60% больше рабочей в тече­ние 5—10 мин. в зависимости от диаметра круга;

3. отбалансировать круг.

Во время работы шлифовальные круги должны быть защищены спе­циальными кожухами.

Для обеспечения безопасной работы на станке и во избежание вибрации шлифовальный круг должен быть правильно установлен и надежно закреп­лен. Обычно круг крепят на шпинделе станка при помощи двух фланцев (фиг. 415, а). Иногда его приклеивают особым составом к планшайбе (фиг. 415, б). В последнем случае применяются кольцеобразные или сег­ментные круги.

Отверстие круга должно быть на 0,5—0,8 мм больше диаметра шпин­деля. С внутренней стороны фланцы должны иметь выточку и соприка­саться с кругом по кольцевой поверхности (от ¹/_s до ¹/₁₀ диаметра фланца), что необходимо для надежного закрепления круга. Между кругом и флан­цами ставятся картонные или резиновые кольца.

Выбор шлифовальных кругов. Твердые круги применяют при шлифовании мягких материалов, мягкие круги — при шлифовании твердых материалов. Исключением являются особо вязкие и мягкие мате­риалы, как красная медь, свинец и пр., которые шлифуют мягкими кругами, вследствие того что они сильно засаливают круг. Мягкие и не слишком вязкие материалы шлифуют твердыми кругами, так как режущие свойства их зерен сохраняются довольно долго, и твердые круги служат в таких случаях без правки в течение длительного времени.

Элементы резания при шлифовании

Основные элементы резания при круглом шлифовании показаны на фиг. 415, в.

Глубиной резания t называется толщина слоя металла, сни­маемого шлифовальным кругом за один проход.

Продольной подачей s_n называется величина перемещения шлифовального круга или обрабатываемой детали вдоль оси детали за один ее оборот.

Поперечной подачей s_non называется величина перемещения шлифовального круга за один оборот обрабатываемой детали в радиальном направлении.

Скоростью резания и называется окружная скорость шлифо­вального круга (обычно измеряемая в метрах в секунду):

где D — диаметр круга в мм;

п_к — число оборотов круга в минуту.

Скорость вращения обрабатываемой детали при шлифовании перифе­рией круга определяют по формуле

где

d — диаметр обрабатываемой детали в мм;

Т — стойкость круга в мин.; t — глубина шлифования в мм;

s — подача круга за один оборот обрабатываемой детали в мм;

C_v — коэффициент, зависящий от вида шлифования, характера

обрабатываемого материала и др.; n_v, m, x_v, y_v — показатели степеней.

Значения коэффициента С„ и показателей степени выбирают по спра­вочникам.

Усилия резания при шлифовании. Усилие резания при шлифовании может быть разложено, как и при точении, на вертикальное усилие реза­ния Р_г, осевое Р_х и радиальное Р_у (фиг. 415, г).

Усилие резания Р_г является главным, так как оно определяет величину крутящего момента на шпинделе и расход мощности на шлифо­вание.

Осевое усилие Р_х действует вдоль оси круга и преодолевается механизмом подачи станка.

Радиальное усилие Р_у действует в направлении радиуса обрабатываемой детали и определяет величину прогиба детали.

По абсолютной величине радиальное усилие Р_у больше вертикального Р_г в 1,5—2 раза.

Усилие резания P_z определяется по формуле

где С_р, х_р и у_р — коэффициент и показатели степени, выбираемые по спра­вочникам.

Основное технологическое время. При круглом шлифовании на станках с продольной подачей стола основное технологическое время при работе с поперечной подачей круга за двойной ход стола определяется по формуле

где L — длина продольного хода стола в мм;

h — припуск на сторону в мм; п_д — число оборотов детали в минуту;

s — продольная подача на один оборот обрабатываемой детали в мм;

t — глубина резания в мм;

К — поправочный коэффициент, зависящий от точности шлифования и износа круга; при грубом шлифовании К = 1,2 - 1,4; при чи­стовом шлифовании К = 1,25 - 1,7.

При других видах шлифования формула основного времени видоизме­няется.