Абразивные материалы

Абразивные материалы

Абразивные материалы- это вещества природного или синтетического происхождения, содержащие минералы высокой твердости и прочности, зерна и порошки которых способны обрабатывать поверхности других тел путем царапания, скобления или истирания. Их применяют для изготовления шлифовальных и заточных кругов, головок, брусков, хонов, доводочных порошков и паст. Они прекрасно подходят для обработки различных видов поверхностей, в том числе металлических. С их помощью производятся обдирка, заточка, нарезка, шлифование, полирование, притирка, доводка, хонингование и другие слесарные операции. Во всех этих операциях абразивный материал, обладающий большей твердостью, чем обрабатываемые им поверхности, работает острием своих граней как режущий инструмент, снимающий в процессе обработки стружку с обрабатываемой поверхности.

К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги, головки, бруски, у которых режущими элементами являются зерна абразивного материала. Абразивный инструмент представляет собой пористое тело, состоящее из абразивных зерен, связанных друг с другом цементирующим составом (связкой). Абразивные инструменты имеют по сравнению с другими режущими инструментами ряд преимуществ:

1. обеспечивают высокую точность и малую шероховатость поверхности;

2. имеют высокую твердость абразивных зерен, позволяющих обрабатывать материал любой твердости, а также закаленных сталей;

3. обладают свойством самозатачивания, т.е. в процессе резания восстанавливают режущие свойства.

Абразивный инструмент характеризуется родом абразивного материала; зернистостью; родом связки; структурой; формой и размерами.

Естественные абразивные материалы

Искусственные абразивные материалы

Абразивное зерно - структура, похожая на песок, очень твердая, имеющее кристаллическую структуру. Согласно ГОСТ 3647-71 различают зернистость абразивных материалов:

• шлифовальные зерна от 200 до 16 (2000 - 160 мкм);

• шлифовальные порошки от 12 до 3 (125 - 40 мкм);

• микропорошки от М40 до М14 (63 -14 мкм);

• тонкие микропорошки М10…М5(10 -3 мкм).

Существуют две системы маркировки шлифовальных кругов по этому параметру. Согласно ГОСТ 3647-80 применяется числовая система обозначений. Цифрой 1 обозначается размер зерна в 10 мкм. Если зернистость круга 40, то размер зерен составляет 400 мкм. При обозначении шлифпорошков индексами указывают процентное содержание основной фракции. Приняты следующие индексы П – повышенное, Н – низкое, Д – допустимое. Зернистость алмазных и эльборовых шлифпорошков обозначают дробью, у которой числитель характеризует величину наибольших зерен, а знаменатель величину наименьших зерен.

ГОСТ Р 52381-2005 соответствует системе маркировки FEPA, принятой во всем мире. В ней зернистость обозначается буквой F с числом. Чем выше числовое значение, тем мельче абразивные частицы. Например, маркировка F70 означает, что размер зерен составляет 200 – 250 мкм, а F40 говорит о том, что размер равен 400 – 500 мкм.

Обычно зернистость выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, нужной шероховатости заготовки, толщины снимаемого слоя. Например, сначала проводят черновую шлифовку кругом с крупной зернистостью, затем оснасткой с мелким зерном проводят чистовую обработку.

Связка  это материал, с помощью которого щлифзерно цементируется и формируется в абразивный инструмент определенных размеров и формы. Связка определяет прочность и твердость инструмента, оказывает влияние на режимы, производительность и качество обработки.

Различают связки:

неорганические

• керамическая;

• магнезиальная;

• силикатная;

• перлитная

органические

• бакелитовая;

• глифтолиевая;

• вулкнитовая;

• эпоксидная

металлические для кругов алмазных и из карбида кремния

• порошки меди

• порошки олова

Керамическая связка (огнеупорная глина, полевой шпат, кварц в стеклоподобном состоянии) обладает износостойкостью, водостойкостью, прочно держит зерно, хорошо сохраняет профиль рабочей кромки круга, но чувствительна к ударным и изгибающим нагрузкам. Маркируются латинской буквой V, старая маркировка буквой К. Применяется для всех видов шлифования, хонингования, финишной обработки деталей из стали.

• Силикатная связка  жидкое стекло в смеси с оксидом цинком и глиной. Инструмент малопрочный и чувствительный к охлаждающим жидкостям. Основное его преимущество— малое выделение теплоты при шлифовании. Обозначается буквой С.
• Магнезиальная  смесь каустического магнезита и хлористого магния. Инструмент на таком типе связки не обеспечивает однородность абразивных зерен, они быстро затупляются, поэтому используется только при сухом шлифовании на скорости не более 20 м/с. Маркировка – буква М.
• Бакелитовая  смола с высоким уровнем прочности и эластичности, что делает её идеальным средством для выполнения чистового шлифования. К недостаткам относят ее быстрый перегрев (температура до 300°С). Маркируется латинской буквой В или русской Б. Инструмент может быть изготовлен различных форм и размеров, в том числе и очень тонким — до 0,5 мм для отрезных и прорезных работ. Инструмент применяется для обдирки на подвесных станках и ручных машинах, абразивной отрезке, хонингования, полировки и тонкого шлифования.
• Вулканитовая связка изготавливается из каучука, к которому добавляют серу и другие элементы. При высоких температурах размягчается. Маркировка – русская буква В. Инструмент используется для отрезки, прорезки, профильном и бесцентровом шлифовании, полирлвке.
• Глифтолевая связка  соединение глицерина и фталевого ангидрида (напоминает канифоль). Эффективна при финальном шлифовании поверхностей, доведения их до идеального состояния. Маркировка – буква Г.
• Металлическая связка (кобальт, железо и никель, медь и олово) применяется для соединения абразивов из алмаза и эльбора. Обычно круги имеют светло-серый оттенок.

Для сохранения режущей способности шлифовального круга необходимо, чтобы в процессе шлифования отделяемая стружка не застревала в порах между зернами. Обычно чем больше пространство между зернами, тем лучше удаляется стружка при шлифовании. Структура круга определяет взаимное расположение зерен и связки, наличие и объемы пустот (пор) между отдельными частицами абразива и связки. Чем плотнее структура, тем больше приходится зерен на единицу поверхности и меньше связки и пор. Различная плотность расположения зерен достигается изменением давления при прессовании заготовок кругов.

Структуры шлифовальных кругов

Для алмазных и эльборовых кругов характеристикой структуры является концентрация зерен. Здесь условно принимается, что при 100 %-й концентрации алмазная или эльборовая составляющая занимает 1/4 объема рабочего слоя круга, а остальной объем занимают связка, наполнители и поры. По массе при 100 %-й концентрации в 1 мм³ алмазо- или эльбороносного слоя содержится 0,88 мг соответственно алмазных или эльборовых зерен. Шлифовальные круги выпускаются с 25; 50; 75; 100; 150; 200 и 250 %-й концентрацией.

Форма абразивных инструментов: круги, головки, бруски, сегменты, шкурки, порошки, пасты и др.

Твердость круга  способность связки сопротивляться выкрашиванию зерен и говорит об износоустойчивости оснастки. Зерно должно полностью выработать свой ресурс и только затем выпасть из связки, открыв следующий слой абразива.

Для удовлетворительного потребления производство по ГОСТ3751-47 установлена шкала твердости кругов: М  мягкий; СМ  среднемягкий; С  средний; СТ  среднетвердый; Т  твердый; ВТ  весьма твердый; ЧТ  чрезвычайно твердый. Степень твердости обозначается на самом круге.

Алмазы и алмазные инструменты

Для получения большой точности геометрических размеров и высокого класса чистоты поверхностей можно использовать алмазный режущий инструмент, который используются в металлообработке для тонкого точения и растачивания, фрезерования, гравирования, волочения, резки стекла; в оптико-механической промышленности для деления шкал, сеток, дифракционных решеток и т.д. Алмазный инструмент – один из видов абразивного инструмента, который можно разделить на две основные группы:

1) инструменты из порошков алмаза (круги шлифовальные на металлической и органической связках, отрезные, хонинговальные бруски, надфили, пасты и порошки);;

2) инструменты из кристаллов технических алмазов (резцы, волоки, карандаши, иглы и ролики для правки абразивных кругов, а также стеклорезы).

До 70% всех алмазов используется в качестве порошка для изготовления кругов, брусков, надфилей и др. инструментов. К преимуществам алмазного инструмента относят:

• достижение высокой точности соблюдения размеров и шероховатости поверхности;

• повышение износостойкости оснастки;удешевление производства;

• возрастание производительности обработки хрупких и твердых материалов.

Круги шлифовальные алмазные используют для доводки изделий (достижение чистовых размеров и требуемой шероховатости), заточки, хонингования и шлифования труднообрабатываемых и твердосплавных материалов, керамических поверхностей, стекла, драгоценных, поделочных и полудрагоценных камней с помощью ручных и автоматических шлифовальных машин. Выпускаются три вида алмазных кругов - на металлических, на органических и на керамических связках.

Алмазные круги на металлических связках отличаются повышенной прочностью и теплостойкостью, значительным сроком службы, хорошо сохраняют свою геометрическую форму, но быстро засаливаются и требуют частой правки. Эти круги применяются для предварительной обработки, когда требуется снять значительный объем материала. При работе алмазными кругами на металлической связке применение охлаждения обязательно.

Алмазные круги на органических связках предназначены для окончательной (чистовой) обработки (доводки). Эти круги отличаются большей производительностью и почти не засаливаются, но по сравнению с кругами на металлической связке расход алмаза на единицу веса снятого материала в 3 раза больше. Кругами на органической связке можно работать и без охлаждения, но при этом увеличивается износ круга.

Круги отрезные алмазные используют для работы с асбестом, камнем, железобетоном, керамикой, стеклом, ферритами, корундом, гранитом, полупроводниковыми материалами (германий, кремний) и прочее. Алмазные отрезные диски группируют на инструмент универсального назначения и в зависимости от вида материала: для гранита, бетона.

Алмазные порошки согласно ГОСТ Р 52370-2005 представляют собой дробленые осколки или монокристаллы правильной кристаллической формы определенных размеров. Их выпускаются в виде шлифпорошков и микропорошков. К характеристикам сухих составов относят концентрацию, величину и форму алмазов. Сухие составы используют при производстве алмазного инструмента, для грубой обработки металла и твердых поверхностей (гранит, сапфир, рубин, железобетон). Их используют в горнодобывающей, ювелирной и машиностроительной отраслях.

Алмазные пасты изготавливают в соответствии с ГОСТ 25593-83 из алмазных микропорошков и шлифпорошков с очень узким распределением частиц по размерам предназначены для доводки и полировки металлов, твёрдых сплавов, природных алмазов, полупроводниковых материалов. Алмазные пасты изготавливаются с нормальной (Н), повышенной (П) и высокой (В) концентрацией алмазного микропорошка на жировой основе мазеобразной (М) консистенции с нормальной (НОМ), повышенной (ПОМ) и высокой (ВОМ) концентрацией, смываемые органическими растворителями. Типы паст выбирают в зависимости от требований к скорости доводки или полирования, шероховатости поверхности, а также от физико-химических и механических свойств обрабатываемого материала.

Алмазные бруски изготовляются преимущественно из порошков синтетических алмазов на органической и металлической связках шести типоразмеров, применяются при ручных доводочных работах в процессе изготовления твердосплавных штампов, пресс-форм, режущего и измерительного инструмента.

Алмазные головки представляют собой алмазные круги, напрессованные на цилиндрические хвостовики, изготовляются на органической и металлической всязке, применяются при обработке фасонных отверстий в деталях из твердых сплавов.