Плавящиеся связки (KI, К5, К7, К8, K5I) в основном применяются при изготовлении шлифовальных кругов из электрокорунда. В результате процессов, происходящих при отжиге этих связок, они целиком превращаются в стекло. Взаимодействуя с электрокорундом, плавящиеся связки растворяют его поверхность, образуя твердые растворы, что обеспечивает после охлаждения прочное сцепление зерна со связкой.
Для кругов из электрокорунда нормального применяют связку K8, из алектрокорунда белого - KI, К5 и К8. Связку К5 изготовляют из борсодержащего сырья иона предназначена для кругов с повышенной износостойкостью кромок и профиля. Связка К7 предназначена для мелкозернистых кругов.
При изготовлении кругов из карбида кремния применяют спекающиеся керамические связки (К, К2, КЗ), которые только частично плавятся в процессе обжига. Для мелкозернистых кругов используется обычно связка К2.
3.8.2.3. При изготовлении кругов из алмазов и КНБ используют керамические связки KI, K5, KI6, KI9, CIO,СК. При этом вследствие более высоких требований к точности формы абразивного слоя, подбирают составы связок и режимыобжига, обеспечивающие минимальную усадку.
|
|
Существенным отличием связок для кругов из алмазов является то, что температура обжига инструмента ограничивается термостойкостью алмазов. Поэтому в качестве основного компонента используются низкотемпературные стекла. В качестве основного компонента связки в этих случаях применяют специально приготовленное легкоплавкое стекло (образованное, например, для связки К1 при сплавлении тетраборнокислого натрия, пегматита и углекислого лития). Для обеспечения высокой прочности, износостойкости и теплопроводности в состав связки вводят шамот, карбид бора, алюминий и т.п.
3.8.3. Бакелитовые связки
3.8.3.1. В состав бакелитовых связок входят связующее и наполнитель. В качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы, которые при нагреве затвердевают и приобретают высокую прочность. Наличие менее прочных, легко выкрашивающихся в процессе обработки частиц наполнителя (гипс, криолит) улучшает работоспособность кругов, так как на поверхности круга при выпадении частиц наполнителя образуются дополнительные поры, что облегчает удаление шлама. Основные свойства шлифовальных кругов на бакелитовых связках приведены в табл.10.
Шлифовальные круги на бакелитовых связках обладают высокой самозатачиваемостью рабочих поверхностей и обеспечивают меньший нагрев обрабатываемой заготовки по сравнению с инструментом на керамической связке, а поэтому применяются при больших площадях соприкосновения круга с обрабатываемой поверхностью, например, при плоском шлифовании торцом круга. Бакелитовая связка оказывает полирующее действие, что повышает качество обработки.
|
|
При заточке РИ шлифовальные круги на бакелитовых связках обеспечивают получение минимальной шероховатости обработанной поверхности до Ra = 0,16...0,04 мкм.
К недостаткам бакелитовых связок относятся низкая стойкость к щелочным COЖ, низкая теплостойкость (250-300°С) и проявление "ползучести" (увеличение объема под действием постоянной нагрузки).
3.8.3.2. Для кругов из электрокорунда и карбида кремния применяются бакелитовые связки Б, Б1, Б2, БЗ, Б4.
Под действием щелочных растворов бакелитовая связка разлагается. Поэтому поверхность кругов на бакелитовой связке окрашивают водонепроницаемой краской, лаком, суриком или покрывают серой, пропитывают парафином. Концентрация соды в СОЖ для шлифования кругами на бакелитовых связках не должна превышать 1,5 %.
3.8.3.3. Бакелитовые связки для круговиз алмазов в КНБсодержат более твердые и прочные материалы наполнителей, такие как карбид бора, железный порошок, электрокорунд, зеленый карбид кремния.
Абразивные наполнители используются в связках Б1, БЗ и Б4, металлические порошки в связкеБ2, более сложные композиции в связках БР, Б8, Т02, БП2 и БI56.
3.8.4. Вулканитовые связки
Вулканитовые связки представляют собой многокомпонентные смеси каучука, серы и наполнителей, образующих в процессе формования шлифовальных кругов и их термической обработки прочную гибкую или жесткую основу, в которой закреплены абразивные зерна.
Шлифовальные круги на вулканитовой связке отличаются повышенной стойкостью профиля и прочностью в условиях ударных нагрузок по сравнению с кругами на керамической и бакелитовой связках. Они упруги и эластичны, поэтому используются для отрезки, прорезки и шлифования пазов, обработки сферических поверхностей, а также при других видах фасонного шлифования, бесцентрового шлифования (ведущие круги), чистовых операций, отделочного шлифования и полирования гибкими кругами, обработки тонких лезвий инструментов и других деталей, где опасен прижег и требуется пониженная шероховатость обработанной поверхности.
Для изготовления вулканитовых связок применяют синтетические каучуки различных марок натрий-бутадиеновый, бутадиен-нитрильный и бутадиен-стирольный. Два, последних используются для изготовления жестких эбонитовых связок, натрий-бутадиеновый для мягких. При нагреве каучука в присутствии серы он полимеризуется. Линейные молекулы каучука соединяются за счет насыщенных атомов углерода и образуют сетчатую пространственную структуру. Этот процесс называется вулканизацией. В зависимости от количества серы, введенной в состав вулканитовых масс, получают различную твердость, пластичность и прочность связки.
Для повышения прочности вулканизированного каучука в его состав вводят наполнители – мелкодисперсные порошки сажи, окиси цинка, криолит и др.
Разновидности вулканитовойсвязки: В - натрий-бутадиеновая, В1 и В2 - специальные жесткие, ВЗ - для инструментов, изготовляемыхпрессованием. Для резьбошлифовальных кругов и шлифования резьбс малым шагом используетсясвязка В2,
Недостатки инструментов на вулканитовых связках - низкая теплостойкость (150-180°С) и малая пористость.
3.8.5. Металлические связки
Абразивные режущие зерна из алмазов и КНБ можно закреплять методами порошковой металлургии и электрохимического осаждения, методом литья, зачеканкой и шаржированием зерен в металлический, изготовленный из пластичных материалов корпус. Промышленное значение имеют два первых метода, причем в общем объеме выпуска преобладает инструмент, изготовленный методами порошковой металлургии,
|
|
В качестве основных компонентов металлических связок используются порошки чистых металлов меди, олова, железа, никеля и др.
Металлические связки обеспечивают более прочное, чем органические и керамические, удержание режущих зерен. В некоторые связки добавляют наполнитель (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, стекло), причем в этом качестве могут быть использованы высокотемпературные твердые смазки, обеспечивающие возможность работы алмазных кругов без СОЖ.
Наибольшее применение имеют следующие маркисвязок: МI, МИ, М1П (алмазосодержащий прокат), М04, М07, М08, MOI3, М013Э(специальная для электрохимической заточки твердосплавных инструментов), М016, М020, MBI, ТМ 2, МП1, М.
Инструменты, изготовленные гальваническим методом (электрохимического осаждения), обладают более высокой режущей способностью по сравнению с изготовленными методом порошковой металлургии. Режущие верна прочно закрепляются осаждающимся в гальванической ванне металлом на металлический корпус инструмента. Чаще всего связкой служит никель, дающий при осаждении прочные, хорошо сцепленные с корпусом осадки.
Металлические порошковые связки применяются в кругах, предназначенных для заточки РИ при сравнительно невысоких требованиях к шероховатости обработанной поверхности (обычно Ra ³0,63 мкм). Связки MI, МИ, М1П, М04 и МО7 обладают высокой износостойкостью, хорошо сохраняют форму профиля инструмента, допускают работу с перегрузками и ручными подачами с обязательным использованием СОЖ. Связки М08, МOI3, МО1ЗЭ, MOI6, М020, МВ1, ТМ2 и МП1 предназначены для снятия больших припусков, обдирочного шлифования с применением СОЖ и в режиме электроалмазного шлифования.
3.9. Тип (форма) и конструкция шлифовального круга
Тип, форма, обозначение, основные размеры и конструктивные особенности шлифовальных кругов из различных абразивных материалов приведены в табл. II.
Шлифовальные круги из электрокорунда и карбида кремния представляют собой однородное по составу тело.
Эльборовые и алмазные шлифовальные круги (кроме кругов малого диаметра плоского прямого профиля типа А8) конструктивно состоят из корпуса с нанесенным на него эльборосодержащим или алмазоносным слоем, Корпус круга изготавливают из алюминиевого сплава или стали. Эльборовые круги на керамической связке изготавливают, как правило, с корпусом из электрокорунда на керамической связке.
|
|
Эльборовые и алмазные круги имеют большое число разновидностей формпо сравнению с кругами тех же типов из электрокорунда и карбида кремния. Это связано с особенностями размещения и закрепления абразивного слоя на корпусе круга и трудностями правки таких кругов.
. Тип (форма) и основные размеры характеризуют типоразмер шлифовального круга. Алмазные шлифовальные круги имеют условное цифровое обозначение типоразмера /1,с.32-47, табл.24 /, которое в технической документации указывается вместе со стандартом на форму круга. Например, запись типоразмера 2720-0034 ГОСТ 16167-80 расшифровывается следующим образом - алмазный крут формы 1А1 с размерами: наружный диаметр100 мм, высота 20мм, диаметр посадочного отверстия 20 мм, толщина алмазоносного слоя 5 мм.
3.10. Класс точности круга
Точность исполнения размеров является одной из характеристик качества шлифовального круга.
По ГОСТ 2424-83 установлены следующие классы точности кругов общего применения из электрокорунда и карбида кремния: АА, A, Б. Класс точностикруга характеризует предельные отклонения размеров круга: наружного диаметра,высоты, диаметра посадочногоотверстия и др. Наименьшие отклонения размеров установлены для кругов класса точности АА, а наибольшие - для круговкласса точности Б.
Точность исполнения размеров кругов из сверхтвердых материалов устанавливается техническими условиями по ГОСТ 24106-80 и I6I8I-82, она не варьируется и в состав элементов характеристики не включается.
3.11. Класс неуравновешенности круга
Уравновешенность является одним из основных комплексных показателей качества шлифовальных кругов. Неуравновешенность шлифовального круга (или его дисбаланс) приводят к появлению вибраций при обработке, возрастанию напряжений в круге, ухудшению качества обработанных поверхностей и появлению наних прижогов или трещин, повышенному износу круга и увеличению расхода правящих средств (алмазных карандашей и др.), преждевременному износу и выходу из строя шпиндельного и других узлов станка.
Классы неуравновешенности шлифовальных кругов из электрокорунда и карбида кремния установлены ГОСТ 3060-75 и они должны быть:
I - для кругов класса точности АА;
I и 2 - для кругов класса точности А;
I, 2 и 3 - для кругов класса точности Б.
Согласно ГОСТ 24106-80 эльборовые круги на керамической связке изготавливают по I и 2 классу неуравновешенности; неуравновешенность кругов на органической связкене регламентируется.
Допускаемый дисбаланс алмазных кругов устанавливается техническими условиями по ГОСТ I6I8I-82, он не варьируется и в состав элементов характеристики не включается.
3.12. Рабочая скорость круга
Рабочая скорость шлифовального крута - это наибольшая окружная скорость, при которой допускается его эксплуатация. Она определяется механической прочностью круга, которая зависит от многих факторов. Важнейшими из них являются: тип круга, зернистость и твердость круга. Ряд рабочих скоростей для абразивных шлифовальных кругов различных типов установлен в диапазоне 25-100 м/с для кругов из электрокорунда и карбида кремния (ГОСТ 2424-83). 35-50 м/с для эльборовых кругов (ГОСТ 24106-80), 25-40 м/с для алмазных кругов (ГОСТ I6I8I-82).
3.13. Условное обозначение характеристики шлифовального круга
Условное обозначение характеристики шлифовального круга используется для краткой записи ее в технической документации.
Примеры условного обозначения характеристики шлифовальных кругов
из электрокорунда:
ЧК 150х40х32 24А 25П СМ1 7 К5 25 м/с Б 2 кл. ГОСТ 2424-83;
из карбида кремния:
Т 125х13х32 63С 40Н М3 6 KI 20 м/с Б 2 кл. ГОСТ 2424-83;
из кубического нитрида бора (эльбора):
1А1-1 125х10х20х5 ЛО I25/I00 СТ1 7 CI0 150 1кл. 35 м/с;
алмазного:
2725-0076 ГОСТ I6I77-82 АС2 80/63 Б1 4 25 м/с.
3.14. Маркировка шлифовального круга
При маркировке шлифовальных кругов на них или на этикетках (для кругов диаметром меньше 50-40 мм) приводятся все или часть элементов характеристики шлифовального круга в их условном обозначении (см. п.3.13), а также товарный знак предприятия-изготовителя и номер партии кругов (или номер круга). Состав элементов характеристик шлифовальных кругов, указываемых при их маркировке, регламентирован ГОСТ 2424-83, ГОСТ 24106-80 и ГОСТ 16181-82.
4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ПРИ ЗАТОЧКЕ
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
4.1. Особенности шлифования (заточки) лезвий режущих инструментов
Заточка лезвий РИ является весьма ответственной шлифовальной операцией, обеспечивающей высокую работоспособность РИ. Связано это с тем, что при заточке формируются основные качественные показатели лезвия, в том числе:
- соответствие линейных и угловых размеров лезвия техническим требованиям на РИ;
- требуемая микротвердость и шероховатость заточенных поверхностей лезвия;
- отсутствие структурных изменений в поверхностных слоях заточенных поверхностей лезвия;
- отсутствие на режущей кромке и поверхностях лезвия микро- и макротрещин, сколов и выкрашиваний.
В тех случаях, когда по техническим условиям на РИ шероховатость поверхностей лезвия допускается в пределах Ra = 1,25... 0,32 мкм снятие припуска на поверхностях лезвия при заточке осуществляется обычно в одну операцию.
Если шероховатость поверхностей лезвия РИ задается в пределах Ra = 0,32...0,04 мкм, то снятие припуска осуществляют за две операции. На первой операции, которая в этом случае называется заточкой, осуществляется производительное удаление основной части припуска. Оставшуюся часть припуска удаляют на второй операции, которая называется доводкой. Задачей доводки является обеспечение наиболее высокого качества поверхностей лезвия РИ.
При изготовлении или переточках составных твердосплавных инструментов часто проводят предварительную заточку стального корпуса инструмента, а также поверхностей твердосплавной пластины, образующих лезвие инструмента, которые загрязнены после напайки пластины остатками припоя, флюса и окалины.
Для каждой из этих операций требуются различные шлифовальные круги, выбираемые по соответствующим рекомендациям. Обоснование выбора характеристики кругов проводят с учетом комплекса исходных данных:
- марка материала лезвия РИ;
- разновидность заточки;
- форма и размеры затачиваемой поверхности РИ;
- тип заточного оборудования;
- условия заточки (всухую или с СОЖ, режим резания и др.).
4.2. Обоснование выбора кругов из электрокорунда и карбида кремния
4.2.1. Область применения
Шлифовальные круги из электрокорунда и карбида кремния применяются для заточки быстрорежущих РИ при сравнительно невысоких требованиях к качеству заточенных поверхностей или для заточки РИ с последующей доводкой их шлифовальными кругами из кубического нитрида бора или алмазными, а также для предварительной заточки РИ. Причины пониженного качества заточки РИ этими шлифовальными кругами рассмотрены в /3, с.17-18/.
В отдельных случаях, например, при отсутствии кругов из сверхтвердых материалов, круги из карбида кремния зеленого применяют для доводки быстрорежущих инструментов.
К достоинствам абразивных шлифовальных кругов следует отнести большое разнообразие их конструкций, простоту эксплуатации, включая правку кругов, низкую стоимость и сравнительно невысокие требования к заточному оборудованию, на котором они эксплуатируются.
4.2.2. Обоснование выбора элементов характеристики
4.2.2.1. Для заточки быстрорежущих РИ применяют качественные абразивные материалы: электрокорунд белый (2А) или монокорунд (4А); для заточки твердосплавных РИ - карбид кремния зеленый (6С) /1, с.153-155, с. 174 ./. Для предварительной заточки стальных корпусов РИ применяют электрокорунд нормальный (IA).
Новая разновидность электрокорунда - электрокорунд хромотитанистый (9А) - разработана целевым назначением для операций однопроходного глубинного шлифования, а при заточке инструментов имеет ту же область применения, что и монокорунд.
Основные свойства и области рационального применения этих абразивных материалов приведены в /I, с.6-9/.
4.2.2.2. Зернистость абразивных шлифовальных кругов выбирают в соответствии с рекомендациями /I, с.10-12, 154, 174; 2, с,195-I98/. Индекс однородности фракционного состава - П или Н выбирают в зависимости от требуемого качества заточки.
При выборе зернистости шлифовальных кругов следует учитывать, что мелкозернистые круги необходимо применять в тех случаях, когда требуется низкая шероховатость обработанной поверхности и повышенная точность обработки. При этом из-за опасности засаливания круга и появления прижогов приходится снижать режимы резания, что ведет к снижению производительности обработки. При снятии относительно больших объемов обрабатываемого материала целесообразно использовать крупнозернистые круги.
4.2.2.3. Рекомендации по выбору степени твердости шлифовальных кругов при заточке РИ приведены в /I, с.28-29, I53-I55, 174; 2. с. 195-198/.
При выборе степени твердости круга необходимо руководствоваться следующими основными положениями /2, с.87/:
1) при обработке твердых материалов абразивные зерна быстрее истираются и затупляются, поэтому для обеспечения удаления затупившихся зерен при обработке твердых материалов с целью обеспечения качества обработанной поверхности следует применять мягкие и среднемягкие круги, а для обработки материалов невысокой твердости - более твердые; исключение составляют медь, алюминий, свинец, нержавеющие и жаропрочные стали, которые обрабатывают мягкими кругами, так как в этом случае главной причиной потери кругом работоспособности является его засаливание;
2) с увеличением площади контакта между кругом и заготовкой давление на единицу площади круга уменьшается и, следовательно, обновление круга затрудняется, в этом случае следует применять более мягкий инструмент;
3) с повышением окружной скорости круга при прочих постоянных условиях следует уменьшать твердость применяемого круга; при интенсификации процесса шлифования за счет повышения скорости обрабатываемой заготовки или поперечной подачи применяют более твердые круги;
4) для предварительных операций шлифования применяют более твердые круги, чем для чистовых операций;
5) при шлифовании без COЖ следует использовать менее твердые круги, чем при работе с COЖ;
6) при шлифовании неровных, прерывистых поверхностей необходимо применять более твердые круги, чем при шлифовании ровных поверхностей;
7) на автоматических станках с повышенной жесткостью применяют более мягкие круги, чем на станках с ручной подачей;
8) мелкозернистый круг должен иметь относительно меньшую твердость, чем крупнозернистый;
9) при заточке лезвий стальных и твердосплавных инструментов, при обработке тонких деталей и деталей, плохо отводящих тепло, применяют мягкие шлифовальные круги;
10) при одинаковых условиях резания шлифовальный круг на бакелитовой связке должен быть на две степени тверже круга на керамической связке;
11) более мягкие круги в среднем экономичнее более твердых, так как первые реже правят и приих использовании можно вести обработку с более интенсивными режимами, однако твердость их не должна быть столь низкой, при которой круги быстро изнашиваются и теряют форму.
4.2.2.4. Рекомендации по выбору структуры круга при заточке РИ приведены в /I, с.29-30, 154, I74/.
4.2.2.5. Рекомендации по выбору связки круга при заточке РИ приведены в /I, с.27-28, I53-I55, 174; 2, с.195-198/.
4.2.2.6. Для большинства операций заточки РИ используют круги нормальной точности класса Б. Применение кругов классов А и АА целесообразно только при выполнении наиболее сложных и ответственных операций, выполняемых на высокоточном оборудовании, например, при заточке прецизионных червячных фрез или шлифовании профиля резьбы.
4.2.2.7. Требуемое качество заточки РИ кругам класса точности Б обычно обеспечивается при втором классе неуравновешенности круга.
4.2.2.8. Рабочая скорость круга должна быть не ниже скорости круга, назначаемой в соответствии с рекомендациями по режимам резания при заточке РИ /I,с.154, с.174; 2, с.196. I98/.
4.2.2.9. Выбор типа (формы) и размеров шлифовального круга для заточки определяется конструкцией рабочей части РИ, а также возможностями заточного оборудования и технологическими особенностям процесса заточки.
Плоские поверхности затачивают торцовой поверхностью или периферией круга.
При заточке задних поверхностей РИ, когда круг не требуется вводить в стружечную канавку, используют чашечные круги или плоские с выточкой.
Передние поверхности многолезвийных инструментов с прямолинейнымзубом затачивают торцовой поверхностью тарельчатых кругов.
Заточку передней поверхности винтовых зубьев для предупреждения подрезания чаще всего производят конической поверхностью кругов.
Профиль круга должен соответствовать профилю затачиваемой поверхности. При несовпадении профиля круга стандартной формы с требуемым профилем, необходимый профиль получают путем правки круга (в первую очередь это относится к кругам для заточки стружкозавивающих канавок, подточки поперечной режущей кромки сверл и т.п.). При этом выбирают круг такой формы, чтобы правка круга была минимальной.
Рекомендации по выбору типов (форм) кругов при заточке некоторых РИ приведены в табл.12 (в табл.12: в квадратных скобках указаны дополнительные типы кругов, которые могут быть применены для заточки инструментов; h - высота затачиваемой поверхности зуба инструмента).
Рекомендуется применять круги больших диаметров, так как при этом повышается производительность и улучшается качество заточки. Однако диаметр круга часто ограничивается возможностями оборудования и конструктивными особенностями затачиваемого инструмента.
При заточке многолезвийных инструментов с винтовыми зубьями, зуборезных долбяков и протяжек радиус кривизны рабочей поверхности круга должен быть меньше радиуса кривизны передней поверхности инструмента. Например, при заточке протяжек это условие обеспечивают, рассчитывая наружный диаметр круга и угол наклона образующей конической поверхности шлифовального круга, а также угол установки его на станке /I, с.119-120/.
При затыловании инструментов диаметр круга ограничивается неподрезанием вершины следующего зуба.
Основные размеры шлифовальных кругов выбирают по ГОСТ 2424-83.
Таблица 12