книги / Научно-исследовательская работа магистров по технологии машиностроения

Природный алмаз – минерал, состоящий из кристаллического углерода. Природные технические алмазы содержат небольшие примеси окислов алюминия, железа, кальция, кремния, марганца, которые придают им различный цвет. Атомы углерода в кристаллической решетке алмаза очень прочно связаны, что обеспечивает высокую твердость и износостойкость. Твердость алмаза по шкале Мооса равна 10, микротвердость 10 060 кгс/мм2, модуль упругости 9·104 кгс/см2, плотность 3,52 г/см3.

Недостатки алмазов: высокая хрупкость, большая способность к адгезии со сталью и другими металлами, сравнительно низкая теплостойкость (800…900 °С). Натуральные технические алмазы применяются для правки шлифовальных кругов.

Зернистость абразивных материалов

Абразивные материалы подвергаются дроблению, обогащению, согласно старому ГОСТ 3647–80, они делятся по зернистости на три группы (табл. 2).

Шлифовальные зерна от № 200 до 16 – зерна основной фракции размером от 2000 до 160 мкм; шлифовальные порошки от № 12 до 3 – зерна от 125 до 28 мкм; микропорошки от М40 до М5 – зерна от 40 до 3 мкм. Сортировка зерен от № 200 до 3 производится просеиванием через сита, и зернистость определяется размером стороны ячейки сита (в сотых долях миллиметра). Например, зерно № 16 просеивается через сито с размером ячейки 0,16 мм и остается на сите с размером ячейки 0,12 мм. Размеры зерен микропорошков определяются микроскопическим методом измерения или фотоэлектрическим – по скорости осаждениязерен. Согласно ГОСТ 3647–80, в связанных абразивных инструментах размер зерна определяется процентом содержания основной фракции: В – высокое, 60…55 %;

П– плотное, 55…45 %; Н – нормальное, 45…40 %.

Внастоящее время в РФ, как и в других странах, применяется новое обозначение зернистости абразивных материалов для шлифо-

92

Таблица 2

Зернистость абразивных материалов

93

Эльборовые зерна делятся на три группы зернистости: шлифзерно (Л25–Л16), шлифпорошки (Л12–Л4), микропорошки (ЛМ40– ЛМ1). Алмазные зерна (по ГОСТ 9204–70) делятся на две группы: шлифпорошки, получаемые путем рассева на ситах с контролем зернистости ситовым методом (12 зернистостей от 630/500 до 50/40); микропорошки, полученные путем классификации в жидкости и контролем размера зерен под микроскопом (11 зернистостей от 60/40 до 1/0). Зернистость алмазов обозначается дробно: числитель соответствует наибольшему, а знаменатель – наименьшему размеру зерен основной фракции.

В нашей стране освоено промышленное производство алмазных субмикропорошков, т.е. порошков с размером зерен 0,7; 0,5; 0,3 и 0,1 мкм. При помощи паст на основе субмикропорошков получают минимальную высоту неровностей и незначительную толщину дефектного слоя.

Типы связок

Связки служат для скрепления отдельных абразивных зерен в единое тело (ГОСТ 21445–84). От связки зависит прочность удержания зерен в шлифовальном круге или в шкурке. В качестве связки абразивных зерен применяют следующие три вида связующих веществ: неорганические (керамическая, магнезиальная и силикатная); органические (бакелитовая, глифталиевая, вулканитовая); металлические (порошки меди, алюминия, олова и др.).

К неорганическим связкам относятся керамическая, магнезиальная и силикатная. Наиболее распространена керамическая связка К, из которой изготавливают более 50 % всего абразивного инструмен-

94

та. В ее состав входят огнеупорная глина, каолин, полевой шпат, кварц, тальк, жидкое стекло и др. Инструменты, изготовленные на керамической связке, теплостойки, прочны, обладают химической стойкостью и не боятся влаги. Хорошо сохраняют профиль круга. Их недостаток – большая хрупкость, чувствительность к ударам.

Органические связки – бакелитовая Б, глифталиевая Г, поропластовая П и вулканитовая В. Бакелитовая связка, наиболее распространенная среди органических связок, изготавливается из фенолформальдегидной смолы. Инструмент на бакелитовой связке прочен, эластичен и допускает большие окружные скорости. Толщина кругов может быть минимальна – до 1 мм. Однако химическая и тепловая стойкость этой связки невысока, она способна разрушаться под действием щелочных растворов, входящих в СОЖ. Теплостойкость бакелитовой связки до 300…350 °С. Применяется для чистовых полировальных работ. Допускает скорость до 50 м/мин.

Глифталиевая связка состоит из глицерина и фталиевого ангидрида. Круги на глифталиевой связке имеют повышенную упругость и применяются на чистовых и доводочных работах.

Вулканитовая связка состоит из каучука и серы, обладает высокой прочностью и эластичностью. На вулканитовой связке можно изготовить очень тонкие круги (0,5 мм) с относительно большим диаметром (150 мм). Инструмент на этой связке применяется на чистовых, полировальных операциях, для отрезных и прорезных операций, а также при бесцентровом шлифовании.

Поропластовая связка изготавливается на основе вспененного поливинилформаля и характеризуется повышенной пористостью. Применяется для отделочных и полировальных работ.

Металлические связки, состоящие из металлической основы (порошки меди и алюминия, никеля, олова и др.) и наполнителя, применяют в алмазных кругах и частично в кругах из карбида кремния для электроалмазного шлифования. Металлические связки МИ и МК на медной основе имеют наполнитель – карбид кремния и электрокорунд; связка М5 – с основой из алюминия и меди; связка М1 – с основой из меди и олова. Необходимо отметить, что металлические связки прочнее удерживают зерна и обеспечивают более эффективное

95

использование режущих свойств алмазов, чем органические связки. Связки для изготовления алмазных шлифовальных кругов подразделяются на три группы: органические (Б1-Б4, Т02-Т04 и др.), металлические (М1, МС1, МК, МС6 и др.) и керамические (КС, К2, К5 и др.). Наибольшее применение из органических связок имеют связки Б1,ТО2, Б2 и Б156. Они применяются для алмазных кругов с 50, 100 и 150%-ной концентрацией алмазов в алмазоносном слое. За 100%-ную концентрацию условно принимается содержание алмазного порошка 1 мм2 алмазоносного слоя, равное 0,88 мг. Алмазоносный слой кругов на различных связках включает в себя кроме алмазов наполнитель, связующее вещество и поры (рис. 3).

Рис. 3. Общая схема состава алмазоносного слоя при различных связках

Из металлических связок наибольшее применение находят М1, М5, МК. Круги на этих связках более износостойки, прочные, сохраняют форму. Применяются с охлаждением СОЖ для шлифования и заточки твердосплавного инструмента и шлифования титановых сплавов. Основа – медь и никель. Выбор связок приведен в табл. 3.

Новое обозначение связки: керамическая – К; новый ГОСТ 2424-V; бакелитовая – Б; новый ГОСТ 2424-B; вулканитовая – В; новый ГОСТ 2424-R; металлическая – М; новый ГОСТ2424-M.

96

Обозначение твердости шлифовальных кругов. Выбор твердости кругов

Под твердостью абразивного инструмента понимается сопро-

тивляемость связки вырыванию абразивных зерен под действием внешних сил. В России ранее, согласно ГОСТ 18118–79, было установлено 8 классов твердости по степени повышения твердости (ВМ, М, СМ, С, СТ, Т, ВТ, ЧТ): весьма мягкий – ВМ1; мягкий – М1, М2, М3; среднемягкий– СМ1, СМ2; средний– С1, С2; среднетвердый– СТ1, СТ2; твердый

– Т1, Т2; весьма твердый – ВТ1, ВТ2; чрезвычайно твердый – ЧТ1, ЧТ2. В настоящее время обозначение твердости кругов принято согласно международному стандарту ИСО и принятому ГОСТ Р 57587–2006 (дата введения01.01.2008) побуквамлатинскогоалфавита(табл. 4).

При выборе твердости абразивных инструментов учитывают физико-механические свойства обрабатываемого материала, требования к точности и качеству поверхности. При правильном выборе твердости круга абразивные зерна самозатачиваются, вы-

97

крашиваются, обнажая новые зерна. Если твердость круга завышена, то происходит процесс засаливания круга, заполнение впадин стружкой и частицами связки. Это приводит к возрастанию трения, росту температуры и появлению дефектов в виде прижогов и трещин.

Если же круг слишком мягкий, то происходит преждевременное разрушение круга, производительность шлифования снижается, и требуется постоянная правка круга.

Часто шлифовщики применяют следующее правило: для шлифования твердых материалов берут более мягкий круг, а для мягких материалов – более твердый круг.

Контроль твердости круга проводится двумя методами: пескоструйным с образованием на поверхности лунки определенной глубины и акустическим по колебаниям звука при ударе молоточком по периферии круга. Скорость распространения звука в круге зависит от его плотности и связки. Сигнал звука фиксируется микрофоном и по специальной программе обрабатывается, результат твердости круга выдается в виде величины звукового индекса с помощью прибора «Звук 220» (рис. 4) или других приборов.

98

реком ендуются для глубинного шлифования нике евых сплавов и скоростного шлифования.

поры

связка

абразивное зерно

Рис. 5. Общи й вид обычной (а) и высокопорист ой (б)

сруктур шлифовального круга

Под концентрацией алмазов понимают содержание алмазных

зерен в единице об ема алмазоносного слоя. За 100%-ную концентрацию алмазов принято содержание 0,878 мг ал мазных зерен в 1 мм3 (или 4,39 карата в 1 см3) алмазоносного слоя. Алмазные инструме нты изготавливают с концентрацией алмазов 25, 50, 100, 150 %.

Класс дисбаланса шлифовальных кругов

П ри шлифовании абразивной поверхности дета ей могут появиться следы вибрации от биения шлифовального к уга. Часто это может быть проявле ием дисбаланса круга вследст ие неодинаковой плотности материала круга, износа периферии круга, большого эксцентриситета расположения поса очного отверстия к наружной поверхности круга, биения шпинделя станка и т.д. Ди сбаланс помимо снижения качества обработки опасен вероятностью разрушения и разрыва круга при работе. Поэтому установлены 1-й и 2-й классы дисбаланса – неуравновешенности. Перед установкой кругов на станок предусматривается статическая балансировка кругов на балансировочных оправках с помощь перемещения балансировочных рузиков на посадочных оправках. Многие современные шлифова льные станки с Ч ПУ оснащены автоматическими устройствами для динамической балансировки кругов во время шлифования.

100