Абразивные инструменты и динамика шлифования

Абразивные инструменты - это режущие инструменты, изготовлен­ные из зерен шлифовальных материалов, сцепленных между собой свя­зующим веществом (связкой) и разделенных друг от друга порами.

В отличие от лезвийных инструментов абразивные инструменты не имеют сплошных режущих кромок, так как многочисленные абразивные зерна находятся на некотором расстоянии друг от друга. Зерна располо­жены хаотично и имеют неправильную геометрическую форму с отрица­тельными передними углами. Процесс резания абразивными инструмен­тами заключается в срезании отдельными зернами-резцами тонкого слоя материала заготовки. При этом высокие твердость и теплостойкость аб­разивных зерен дают возможность обработки очень твердых материалов на высоких скоростях резания.

Абразивные инструменты классифицируют по следующим призна­кам: 1) по геометрической форме - шлифовальные круги, головки, сег­менты, бруски, абразивные ленты и шкурки; 2) по роду абразивного ма­териала - абразивные, алмазные, эльборовые и др.; 3) по виду основы - жесткая (шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски); гибкая (эла­стичные круги, абразивные ленты и шкурки); жидкая (пасты, суспензии).

Абразивные инструменты на жесткой основе характеризуются фор­мой и размерами, шлифовальным материалом, его зернистостью, связкой, твердостью, точностью, неуравновешенностью, а алмазные и эльборовые инструменты также и концентрацией зерен в рабочем слое.

Форма и размеры. Геометрические параметры абразивных инстру­ментов задаются станком, на котором предполагается их использование, а также формой, размерами обрабатываемых поверхностей и характером движений инструментов.

Шлифовальные круги (рис. 13.1, а) применяются в том случае, ко­гда основное движение вращательное. Поэтому они представляют собой различные по форме тела вращения. Кратко рассмотрим области приме­нения кругов основных форм исполнения.

Плоские круги прямого профиля типа 1 (ранее ПП) применяют для круглого наружного, внутреннего и бесцентрового шлифования, для плоского шлифования периферией круга и для заточки инструментов. Плоские круги с двухсторонним коническим профилем типа 4 (ранее 2П) применяют для вышлифовывания зубьев шестерен и шлифования резьбы. Плоские круги с выточкой типа 5 (ПВ) и с двухсторонней выточкой типа 7 (ранее ПВД) позволяют помещать в выточках зажимные фланцы, а бла­годаря этому, совмещать круглое шлифование с подрезкой торца. Эти круги применяют также в качестве ведущих кругов при бесцентровом шлифовании.

Цилиндрические и конические круги-чашки типа 6 (ЧЦ) и типа 11 (ЧК) применяют для заточки инструментов и для плоского шлифования торцом.

Тарельчатые круги типа 12 (ранее Т) применяют для заточки и до­водки передних граней фрез, обработки зубьев долбяков и других инст­рументов.

Алмазные круги (рис. 13.1, б) бывают плоского прямого профиля, чашечные, тарельчатые, дисковые и другие и применяются для заточки и доводки твердосплавных инструментов, а также для шлифования трудно­обрабатываемых и резки неметаллических материалов.

Эльборовые круги имеют формы, подобные алмазным кругам. Их применяют для шлифования закаленных сталей (S 60 HRC₃), чистовой заточки инструментов из быстрорежущих сталей, при чистовом шлифо­вании резьб, а также для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Размеры шлифовальных кругов следует брать возможно большими, так как в этом случае улучшаются условия шлифования и снижается стои­мость обработки. При этом верхний предел размеров круга ограничивается конструкцией и размерами станка, а иногда размерами и формой обраба­тываемой заготовки. Так, например, при шлифовании отверстий диаметр круга должен быть не более 0,7...0,9 диаметра обрабатываемого отверстия.

Шлифовальные головки (рис. 13.1, в) - это шлифовальные круги не­большого диаметра (3...40 мм). Такие круги приклеивают к стальным хво­стовикам и применяют для внутреннего шлифования и для ручной зачист­ки заготовок с помощью шлифовальных машин.

Шлифовальные бруски (рис. 13.1, г) используют в инструментах, совершающих возвратно-поступательное движение: при слесарных рабо­тах, а также при хонинговании или суперфинишировании. В последних случаях бруски закрепляют в специальных стальных головках.

Шлифовальные сегменты (рис. 13.1, д) применяют для плоского шлифования. В этом случае шлифовальный круг состоит из нескольких сегментов, закрепленных в головке или патроне.

Шлифовальные шкурки - это абразивные инструменты на гибкой (бумага, ткань, металлическая лента) или комбинированной основе (бу­мага и ткань) с наклеенным на нее слоем шлифовального материала, за­крепленного связкой. Шкурки выпускают в виде листов, лент и приме­няют для ручной и машинной зачистки и отделки деталей.

Основные размеры абразивных инструментов регламентированы нормативно-технической документацией.

Шлифовальные материалы - это абразивные материалы (см. гл. 1), подвергнутые сортировке, дроблению, измельчению и очистке от посто­ронних веществ. Они выбираются в зависимости от физико- механических свойств обрабатываемого материала и условий шлифова­ния. Так, например, круги из электрокорунда белого применяют в основ­ном при чистовой и отделочной обработке закаленных сталей, а также углеродистых, быстрорежущих, легированных и коррозионно-стойких сталей.

Круги из электрокорунда нормального широко применяют на обди­рочных и чистовых операциях обработки материалов, имеющих высокий предел прочности на растяжение.

Абразивные инструменты из карбида кремния применяют в основ­ном для обработки твердых и хрупких материалов, например, чугунов, бронз и т.д. Крупнозернистые круги из карбида кремния используют для обработки неметаллических материалов и правки шлифовальных кругов.

Круги из монокорунда используют чаще всего для получистовой и чистовой обработки средне- и высоколегированных сталей, подвергну­тых хромированию, азотированию и закалке.

Круги из хромотитанистых электрокорундов используют на опера­циях, где имеется опасность появления прижогов или требуется высокая стойкость инструментов, особенно по сохранению профиля рабочей по­верхности.

Для заточки и вышлифовки канавок инструментов из закаленных инструментальных сталей используют эльбор, а из твердых сплавов - синтетический алмаз.

Зернистость шлифовальных материалов. Совокупность абразив­ных зерен шлифовального материала в установленном интервале разме­ров называют фракцией, а преобладающую по массе, объему и числу зерен фракцию называют основной фракцией.

Условные обозначения, соответствующие размеру зерен основной фракции, называют зернистостью.

Алмазные материалы делят на шлифпорошки и микропорошки. Раз­мер шлифпорошков находится в пределах от 630 до 40 мкм (по размерам ячеек верхнего и нижнего сита), а размер микропорошков - от 60 до 1 мкм и менее (контролируется на микроскопе). Зернистость алмазных порошков обозначается дробью, в которой числитель соответствует наи­большему размеру зерен основной фракции, а знаменатель - наименьше­му размеру, например: 400/250, 250/160 и т.д.; алмазных микропорош­ков - 60/40, 40/28 и т.д.; эльборовых порошков - ЛЗ15/250 (Л25), Л250/200 (Л20) и т.д.

Зернистость абразивного круга зависит от вида шлифования, тре­буемой шероховатости и точности обработки, материала заготовки и снимаемого припуска. Чаще всего применяют абразивные круги средней зернистости 40... 16, которые обеспечивают высокую производитель­ность при требуемой шероховатости и точности обработки.

Номер зернистости круга увеличивают: для уменьшения опасности «засаливания» круга и появления прижогов на заготовке; при увеличении припуска на обработку; для увеличения производительности процесса шлифования; при увеличении скорости шлифовального круга; при пере­ходе от кругов с керамической связкой на круги с бакелитовой или вул- канитовой связками; при увеличении вязкости и уменьшении твердости материала заготовки; при уменьшении номера структуры круга.

Связка абразивных инструментов служит для сцепления зерен шлифовальных материалов и удержания их от преждевременного вы­крашивания в процессе шлифования. Она оказывает большое влияние на работоспособность абразивных кругов. От количества, вида, качества и равномерности распределения связки в абразивном круге зависят твер­дость, прочность, структура, неуравновешенность круга и допускаемая скорость шлифования.