Абразивные материалы ...

Маркировка шлифовальных кругов

Каждый шлифовальный круг имеет свою характеристику, наносимую на круг заводом-изготовителем в виде маркировки. В маркировку входят: марка завода-изготовителя, материал абразивного зерна, зернистость, твердость, структура, форма круга, размер наружного диаметра, высота, размер внутреннего диаметра, допускаемая предельная окружная скорость.

Эти данные обозначаются условными знаками в указанной последовательности на торце круга:

• а) завод-изготовитель: ЧАЗ (Челябинский абразивный завод); ЗАЗ (Запорожский абразивный завод) и т. д.;
• б) абразивный материал: электрокорунд — Э; электрокорунд белый — ЭБ; монокорунд — М; карбид кремния черный — К.Ч; карбид кремния зеленый — КЗ;
• в) № зернистости: 12; 16; 20; 220; 280; 320; М40; М28 и т. д.;
• г) связка: керамическая — К; бакелитовая — Б; вулканитовая — В;
• д) твердость: Ml; М2; МЗ; СМ1; СМ2; Cl; C2; СТ1; СТ2; СТЗ; Т1; Т2; ВТ1; ВТ2; ЧТ1; ЧТ2;
• е) структура: 1, 2, 3, 4 и т. д.;
• ж) форма круга: плоский прямого профиля — ПП; плоский с двухсторонним конусом 40° — 2П и т. д.

Пример. Шлифовальный круг с маркировкой

ЧАЗ ЭБ46 СМ2 К 6 ПП 450X63X127 35 м/сек

имеет следующую характеристику:

• ЧАЗ - завод-изготовитель — Челябинский абразивный завод;
• ЭБ - абразивный материал — электрокорунд белый; 46 — № зернистости;
• СМ2 - твердость круга — средней мягкости второй;
• К - керамическая связка;
• 6 - структура;
• ПП - форма круга — плоский прямого профиля; 450 — наружный диаметр, 63 — высота, 127 — внутренний диаметр, мм;
• 35 м/сек - предельная скорость вращения круга

Шлифовальный круг второго сорта выпускается с надписью 2С.

Шлифовальные круги для скоростного шлифования имеют красную полосу и обозначение 50 м/сек.

Формы шлифовальный кругов

Шлифовальные круги изготовляют различной формы и размеров. Форма круга выбирается в зависимости от конструкции станка, крепежных устройств и условий шлифования.

Размеры шлифовальных кругов выбираются по размерам и мощности станка, по размерам обрабатываемого изделия, конструкции и размерам крепежных устройств и защитных кожухов. При выборе размера круга руководствуются правилом — всегда брать возможно больший размер, так как это улучшает условия резания (уменьшается дуга контакта).

ГОСТ 2424-83 определяет формы сечений, обозначения и размеры шлифовальных кругов (рис. 54).

Работа абразивного круга

Работу шлифовального круга можно сравнить с работой фрезы. Абразивные зерна шлифовального круга так же, как и зубья фрезы, периодически вступают в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью детали и снимают стружку (рис.52).

Каждое абразивное зерно представляет собой резец. Количество таких резцов зависит от величины зерен, находящихся в круге, диаметра и ширины круга. Количество абразивных зерен в круге исчисляется десятками тысяч для кругов малых диаметров и сотнями тысяч для кругов большого диаметра и высоты. Так, круг диаметром 400 мм, высотой 40 мм и зернистостью 50 имеет не менее 200 тысяч режущих зерен, расположенных на периферии круга.

Элементы стружки, снимаемые абразивными зернами, имеют неодинаковую форму, так как сами зерна отличаются по форме и расположению относительно обрабатываемой поверхности.

Стружка имеет очень малые размеры. Под микроскопом видно ее сходство со стружкой, получаемой при токарных, фрезерных и строгальных работах. Это свидетельствует о том, что резание абразивными инструментами подчиняется тем же законам, что и резание стальными и твердосплавными лезвийными инструментами. В процессе шлифования абразивные зерна своими острыми кромками врезаются в обрабатываемую поверхность и, преодолев силы сцепления между частицами материала, отделяют стружку.

Шлифование в отличие от фрезерования имеет свои особенности. Так, зерна круга в отличие от зуба фрезы имеют неправильную округленную в вершинах геометрическую форму и произвольно расположены в круге. Это вызывает непостоянное значение переднего угла, который, как правило, является отрицательным (тупым). Процесс шлифования состоит из суммарного массового очень тонкого резания отдельными зернами-резцами материала детали. Процесс снятия стружки отдельным зерном происходит за очень короткий промежуток времени (0,0001.. 0,00005 сек.), т. е. практически мгновенно, но благодаря большому количеству зерен процесс стружкообразования протекает для всего круга непрерывно.

В процессе шлифования затупившиеся зерна могут выкрашиваться за счет увеличивающейся нагрузки на затупившееся абразивное зерно. При этом обнажаются новые острые зерна. Таким образом, в отличие от фрезы круги могут самозатачиваться.

Абразивные материалы

Для изготовления абразивного инструмента применяют мелкие зерна искусственных и естественных абразивных материалов. Чтобы врезаться в шлифуемый материал, например закаленную сталь, твердый чугун и др., материал режущего инструмента должен быть более твердым, чем обрабатываемый материал.

Абразивный инструмент должен иметь острые режущие грани, обладать высокой температурной стойкостью, прочностью.

В качестве материала для абразивного инструмента используют:

• а) минералы естественного происхождения: алмаз, гранат, кварц, наждак, корунд, известь, окись хрома, окись железа;
• б) минералы искусственного происхождения: электрокорунд, карбид кремния (карборунд), карбид бора, монокорунд, борсиликарбид.

Твердость этих материалов определяется по принятой в минералогии шкале твердости Мооса, по которой твердость алмаза равняется 10 единицам.

Алмаз — одна из трех разновидностей углерода (уголь, графит, алмаз) — является редким, дорогим минералом. Алмаз обладает наивысшей твердостью из всех известных естественных и искусственных материалов, уступая лишь борсиликарбиду.

Алмазы, применяемые в промышленности, носят название технических алмазов и широко используются для правки шлифовальных кругов, изготовления абразивных кругов и брусков, для заточки режущего инструмента, при бурении нефтяных скважин и т. д.

В настоящее время для этих целей применяют искусственные синтетические алмазы. Искусственные алмазы имеют более шероховатую поверхность граней и изрезанные ребра. Поэтому круги, изготовленные из них, производительнее кругов из натуральных алмазов в среднем на 35%, а в отдельных случаях на 100%.

Гранат — это химическое соединение алюминия с силикатом магнезии и марганца.

Кварц — горная порода в виде гальки и песка, представляет собой химическое соединение кремния с кислородом (SiO₂).

Наждак — горная порода, состоящая из корунда и магнетита (железной руды). Содержание чистого корунда в наждаке 40—50%. Наждак неоднороден и имеет низкую твердость по сравнению с другими абразивными материалами, а потому применение его ограничено.

Корунд — минерал, состоящий из окиси алюминия (Аl₂О₃ от 70 до 92%) с примесями окиси железа, слюды, кварца и др. Встречается в виде сапфиров, рубинов и обыкновенных корундов. Обыкновенный корунд применяется для изготовления шлифовальных кругов. Зерна корунда очень твердые и при размоле образуют раковистый излом с острыми гранями, однако в тяжелых условиях шлифования быстро теряют форму, т. е. тупятся.

Электрокорунд — искусственный корунд, получаемый путем электрической плавки из материалов, богатых окисью алюминия (например, бокситов и глинозема). В настоящее время различают три вида электрокорундов:

• 1. Электрокорунд нормальный получается методом восстановительной плавки бокситов. Он содержит окись алюминия в количестве не менее 87% и имеет цвета от серо-коричневого до темно-коричневого.
• 2. Электрокорунд белый (корракс) получается переплавкой чистого глинозема. Он содержит окись алюминия в количестве не менее 97%, имеет белый или светло-розовый цвет.
• 3. Монокорунд — это разновидность электрокорунда. В зависимости от количества примесей разделяется на два вида: а) с содержанием окиси алюминия от 96,5 до 97,4% и б) с содержанием окиси алюминия от 97,5 до 98,5%.

Карбид кремния (SiC) представляет собой химическое соединение кремния и углерода. Получают его в электрических печах при температуре 2100—2200° из кварцевого песка и кокса. Зерна карбида кремния имеют темно-синюю и зеленую окраску с металлическим блеском и цветами побежалости.

Карбид кремния очень твердый материал (по твердости следующий после алмаза), его зерна обладают острыми режущими гранями, легко врезаются в обрабатываемый материал и способны выдерживать температуру до 2050°

Различают два вида карбида кремния по цвету — карбид кремния черный и карбид кремния зеленый.

Карбид бора получается из технической борной кислоты и малозольного углеродистого материала (например, нефтяного кокса, пекового кокса, сажи и т. д.) сплавлением при температуре 2000—2350° в электропечах.

Борсиликарбид известен под названием порошка В-1, является новым твердым материалом, полученным во ВНИИАШ. В отличие от карбида бора он не содержит вредной примеси графита. Применяется в виде микропорошка для паст.

Окись железа получается переработкой железного купороса и щавелевой кислоты. Применяется в виде порошка.

Окись хрома — порошок темно-зеленого цвета, получаемый из бихромата калия с примесью серы.

Известь — природный мягкий и тонкий полирующий материал, более известный под названием венской извести. Получают ее обжигом извести и очисткой от примесей песка и глин путем отмучивания.

Области применения, указанных абразивных материалов даны в табл. 5.

Зернистость абразивных материалов

В шлифовальном круге, бруске или порошке используются абразивные зерна определенного размера, чтобы снимаемые ими стружки были бы одинаковыми. Для снятия большой стружки применяют шлифовальные круги с крупными зернами, для удаления небольшой стружки — с зернами помельче.

При подготовке абразивного материала для инструмента большие куски абразивного материала размельчаются в дробилках до получения зерен требуемых размеров. После дробления зерна очищаются от посторонних примесей, проходят химическую и термическую обработку.

Зернистость абразивных материалов (размер зерен) определяется размерами сторон ячеек двух последовательных сит, через которые производится просев или анализ отобранного абразивного зерна (порошка).

По крупности зерна различают следующие номера: 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16; 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3; М40; М28; М20; М14; М10; М7; М5.

Зернистость абразивных материалов по ГОСТ 3647—59 задается длиной стороны сетки в сотых долях миллиметра (по старому ГОСТ размеры определялись количеством проволочек сита на длине в один дюйм).

Перевод обозначений зернистости из метрической в дюймовую систему и наоборот приводится в табл. 6.

Большие размеры зерен, указанные в таблице, соответствуют тому размеру отверстий сита, сквозь которые они проходят, а меньшие размеры — тому, при котором зерна задерживаются.

Абразивные материалы по величине зерен разделяются на 3 группы со следующими номерами зернистости:

• 1) шлифзерно — 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16;
• 2) шлифпорошки — 12; 10; 8; 6; 5; 4; 3;
• 3) микропорошки — М40; М28; М20; М14; М10; М7; М5.

Микропорошки обозначаются буквой М и числом, показывающим наибольший размер зерна в микронах.

Размер зерен микропорошков определяется измерением через микроскоп наибольшей ширины площади зерна, которую видно в поле зрения микроскопа. Размеры зерен в шлифпорошках № 4 и 3 измеряются комбинированным методом,

Т. е. зерна крупнее 40 мк определяются размерами сторон сита, а более мелкие — линейным измерением зерен под микроскопом.

Выбор круга по зернистости производится в зависимости от вида шлифования, величины съема шлифуемого материала, требуемой чистоты поверхности и точности обработки. Круги с крупным зерном увеличивают съем металла при шлифовании, повышают производительность труда, но при этом на поверхности детали оставляют значительные риски; потому их применяют на обдирочных работах.

Мелкозернистые круги применяют при чистовых и отделочных работах. В табл. 7 даны рекомендации по выбору зернистости абразивного материала.

Связующие вещества

Абразивные зерна после сортировки по размерам соединяются в единую прочную массу для образования шлифовального круга определенной формы посредством связующего вещества.

Связующие вещества делятся на неорганические и органические. К неорганическим относят керамическую, силикатную и магнезиальную связку, к органическим — бакелитовую и вулканитовую.

Керамическая связка представляет собой огнеупорную глину и полевой шпат. Смесь из связки и абразивного зерна прессуется или отливается. Литые круги более хрупки и пористы, чем прессованные. Различная твердость кругов достигается путем подбора состава связки, а различная пористость — режимами прессования.

Керамическая связка устойчива при высоких температурах, обладает большой химической стойкостью, а потому допускает при шлифовании применение различных охлаждающих и смазывающих жидкостей. На керамической связке изготовляют шлифовальные круги из электрокорунда нормального, электрокорунда белого, карбида кремния черного и зеленого.

Керамическая связка допускает скорость круга до 50 м/сек. Тонкие круги на керамической связке не могут воспринимать боковых нагрузок.

Силикатная связка состоит из жидкого стекла. Эта связка не дает прочного закрепления зерен в круге, так как жидкое стекло слабо сцепляется с абразивными зернами. Круги на силикатной связке применяются, когда обработка детали ведется без охлаждения и в то же время обрабатываемая поверхность детали не должна перегреваться. При нагреве связка легко освобождает затупившиеся зерна с поверхности круга, при этом вводятся в работу новые острые зерна.

Магнезиальная связка представляет собой каустический магнезит и хлористый магний (цемент Сореля). Применяется для изготовления кругов из наждака и естественного корунда.

Круги на магнезиальной связке неоднородны, быстро и неравномерно изнашиваются, т. е. имеют малую стойкость. Они очень чувствительны к сырости, под действием которой разрушаются, а также к повышенным температурам.

Бакелитовая связка состоит из бакелитовой смолы в виде порошка или бакелитового лака. Это наиболее распространенная из органических связок.

Круги на бакелитовой связке изготовляют из всех абразивных материалов. Они обладают высокой прочностью и упругостью, устойчивы при высоких температурах, но пористость их ниже, чем у кругов на керамической связке.

Круги на бакелитовой связке работают при скоростях 35—70 м/сек. Эта связка позволяет изготовлять круги для отрезных работ толщиной (высотой) до 0,18 мм.

При тяжелых работах, где температура резания достигает более 300°, связка быстро выгорает, а зерна выкрашиваются. Под действием щелочных жидкостей бакелитовая связка частично разрушается, а потому применение охлаждающих жидкостей с содержанием соды более 1,5% не рекомендуется.

Вулканитовая связка представляет в своей основе каучук. Для изготовления кругов абразивный материал смешивают с каучуком, а также серой и другими компонентами в малых количествах. В специальных формах под прессом производят вулканизацию абразивной смеси, при этом каучук становится твердым и эластичным. При температуре выше 150° каучук размягчается и начинает выгорать.

Вулканитовые круги прочны и эластичны, что позволяет использовать их для прорезных и отрезных работ. Они обладают хорошей полирующей способностью и допускают работу со щелочными охлаждающими жидкостями. При шлифовании высокоуглеродистых сталей во избежание прижогов и трещин применяют круги на бакелитовой и вулканитовой связках. Круги на вулканитовой связке более упруги, чем на бакелитовой, но их пористость меньше.

В настоящее время абразивные заводы освоили выпуск кругов с тканевыми прокладками. Абразивный порошок смешивается с бакелитовой смолой и помещается в пресс-форму между слоями ткани. При сжатии пресс-формы и нагреве получают монолитные абразивные круги, упрочненные прокладками. Такие круги обладают большой прочностью и позволяют работать со скоростью 70 м/сек.

Твердость шлифовальных кругов

Твердость шлифовального круга определяет силу, с которой абразивные зерна круга удерживаются связкой. Согласно ГОСТ 3751—47 под твердостью абразивного инструмента понимается сопротивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента под влиянием внешних усилий. Чем тверже круг, тем больше усилий нужно, чтобы вырвать зерно из связки. Шкала твердости абразивного инструмента ПО ГОСТ указана в табл. 8.

Твердость абразивных инструментов

Цифры 1, 2, 3 справа от буквенных обозначений характеризуют степень твердости инструмента в порядке ее возрастания.

На керамической и бакелитовой связке выпускаются инструменты всех твердостей, а на вулканитовой — только СМ1; СМ2; С1; С2; СТ1; СТ2; СТ3; Tl; T2.

Для обработки твердых материалов применяются более мягкие круги, для мягких материалов — более твердые.

Твердость шлифовальных кругов определяется тремя методами:

• 1) пескоструйным
• 2) вдавливанием шарика
• 3) высверливанием лунки

Пескоструйный метод состоит в том, что на поверхность испытываемого круга под давлением направляется струя кварцевого песка, который оставляет на поверхности лунки. По глубине лунок судят о твердости круга. Этот метод применяют для определения твердости кругов на керамической и бакелитовой связке зернистостью от № 10 до 100 по дюймовой системе (от 200 до 12 в сотых долях миллиметра).

Метод вдавливанием шарика состоит в том, что в поверхность круга под определенной нагрузкой вдавливается закаленный шарик. В мягком круге он оставляет более глубокую лунку, чем в твердом. По глубине лунки судят о твердости кругов. Этот метод применяется для кругов на бакелитовой и вулканитовой связке зернистостью от № 100 по дюймовой системе до М14 (от 12 в сотых долях миллиметра-до М14).

Метод высверливания лунки состоит в том, что специальным сверлом производят сверление лунки определенной глубины при постоянном давлении на сверло. По количеству оборотов сверла судят о твердости круга.

Этот метод применяют для кругов на вулканитовой связке зернистостью от № 24 до № 120 в дюймовой системе (от 80 до 10 в сотых долях миллиметра).

Структура шлифовального круга

Под структурой шлифовальных кругов понимают их внутреннее строение, т. е. количественное соотношение и взаимное расположение зерен, связки и пор в массе круга. Поры представляют собой маленькие пустоты в материале круга, которые служат для размещения в них отделяемой при шлифовании стружки. Стружка не должна задерживаться в порах, иначе круг потеряет режущую способность, произойдет засаливание круга.

На рис. 53 показаны структуры шлифовальных кругов одной зернистости и связки. Чем плотнее структура, тем больше зерен на единицу поверхности и меньше пор. В открытой структуре количество пор в круге больше и зерна располагаются на большем расстоянии друг от друга. В последнее время применяют структурные круги — круги с заданным расположением пор.

Шкала кругов с нормированной структурой состоит из 13 номеров. Каждый номер структуры характеризуется определенным соотношением и взаимным расположением зерен, связки и пор круга.

Так, структура 5 для круга твердости СМ1 характеризуется объемом зерен 52%, объемом связки 9%, объемом пор 39%. Структура 6 для круга той же твердости характеризуется объемом абразивных зерен 50%, Таблица 9 объемом связки 11%, объ

В табл. 9 указан объемный процент зерна в кругах различных структур.

В настоящее время начинают применять высокопористые шлифовальные круги, имеющие структуру от 13 до 18. Поверхность этих кругов напоминает губчатое тело. Такие круги значительно легче по удельному весу, чем структурные круги. Высокопористый круг засаливается меньше, и, кроме того, большие поры позволяют воздушному потоку, образующемуся при шлифовании, охлаждать режущие зерна и тем самым улучшать режущую способность круга. Такими кругами можно успешно обрабатывать вязкие материалы — медь, латунь, пластмассы, кожу и т. д.

При выборе круга по структуре руководствуются правилом: чем мягче обрабатываемый материал, тем больше номер структуры, и наоборот, чем тверже обрабатываемый материал, тем меньше номер структуры.

ИНФОРМАЦИЯ С САЙТА Рубикон ООО