Курс лекций по дисциплине МДК.01.01 «Технологические процессы изготовления деталей машин» Лекция 49. «Характеристика абразивного инструмента. Маркировка»

Курс лекций по дисциплине МДК.01.01

«Технологические процессы изготовления деталей машин»

Лекция 49. «Характеристика абразивного инструмента. Маркировка»

Основными видами абразивных инструментов являются шлифовальные круги, головки, сегменты, шкурки, притиры.

Наиболее часто используются абразивные круги, применяемые при шлифовании. Шлифование распространено очень широко. С его помощью проводят чистовую отделочную обработку деталей с высокой точностью, а для закаленных сталей шлифование является самым распространенным методом обработки.

Различают абразивные инструменты, изготовленные на твердой и мягкой основах. К инструментам на твердой основе относят шлифовальные круги, сегменты, головки, бруски. Абразивные зерна этих инструментов скрепляются между собой вспомогательным связующим материалом – связкой. Эти инструменты имеют определенную форму и размеры.

К инструментам на мягкой основе относят абразивные шкурки и фетровые диски, насыщенные абразивом. На специально подготовленную тканевую, бумажную или металлическую ленты наносится и закрепляется посредством клеящих веществ абразивное зерно. Фетровые диски, используемые для полирования, также покрываются абразивным материалом посредством клеящих веществ.

Отдельное место среди абразивных инструментов занимают различные абразивные пасты, а также притиры – металлические поверхности из чугуна, меди и других мягких металлов, шаржированные (насыщенные) абразивным зерном. Абразивные зерна используются также в свободном состоянии, например, для гидро- и пневмополирования.

Инструмент на твердой основе характеризуется материалом абразивных зерен, зернистостью (размером зерна), связкой, твердостью, структурой, формой и размерами.

В промышленности используется более 200 тысяч разновидностей различных абразивных инструментов. Инструментов на твердой основе выпускают 2,5 тысяч типоразмеров (72 типа). Размеры, типы, технические требования к абразивным инструментам регламентируются соответствующими стандартами.

Абразивные материалы

Абразивные материалы, из которых изготавливаются инструменты, представляют собой зерна кристаллов различных химических соединений. К абразивным материалам предъявляется ряд требований:

а) абразивные зерна должны быть тверже обрабатываемого материала, иначе они не смогут царапать или истирать обрабатываемый материал (снимать с него стружку).

б) важны также форма и поверхность зерна: с острыми углами или закругленными краями, гладкая поверхность или шероховатая. Зерно с острыми углами и гладкой поверхностью легче проникает в обрабатываемый материал, чем зерно с закругленными и шероховатыми гранями.

в) важным свойством зерна является вязкость, т.е. способность зерна сопротивляться действующим на него при работе силам. Зерно не должно при работе распадаться по плоскостям спайности на мельчайшие кристаллики.

Указанными свойствами в разной степени обладают зерна из естественных и искусственных минералов и кристаллов.

Из естественных минералов большое практическое применение имеет только алмаз. Другие естественные абразивные материалы (кварц, корунд, наждак, кремень и т.д.) утратили свое промышленное значение.

Из искусственных абразивных материалов, получаемых промышленным способом, используются: электрокорунд (кристаллический оксид алюминия Al₂O₃), карборунд (карбид кремния SiC), карбид бора B₄C_, эльбор (кубический нитрид бора), синтетические алмазы (СА).

Для абразивного инструмента используются зерна от самых мелких до 2000 микрометров (мкм). В зависимости от размера зерна подразделяются на группы и номера. Величины зернистости приведены в табл. 1.

Номера шлифзерна и шлифпорошка указывают в сотых долях миллиметра наименьший размер зерна, входящего в этот номер, а номер микропорошков – наименьший размер в микрометрах. Например, номер зернистости 40 охватывает размеры зерна от 500 до 400 мкм. Зернистость микропорошка М63 охватывает размеры от 63 до 500 мкм. Размеры зерен от № 4 и больших номеров определяются размерами ячеек сит, в которых задерживается зерно, а размеры зерен шлифпорошка № 3 и микропорошков определяются микроскопическим методом путем измерения размеров зерен или фотоэлектрическим – по скорости осаждения

Шлифзерно широко используется как для грубого, так и для чистового шлифования, из него изготавливают инструменты на твердой и мягкой основах.

Шлифпорошок используется для тонкого и точного шлифования и доводки. Из него изготавливают инструменты на твердой и мягкой основах (бруски для хонингования и суперфиниша, шкурки), а также притиры.

Микропорошки используются главным образом для доводочных и полировочных паст.

Таблица 1

Зернистость материала

Связки – материалы, связывающие зерна – разделяются на неорганические (минеральные) и органические. Наиболее распространенной неорганической связкой является керамическая (К), а органической – вулканитовая (В) и бакелитовая (Б).

Керамическая связка, на которой выпускается около 90 % кругов и других инструментов на твердой основе, состоит из огнеупорной глины, полевого шпата, талька, мела, кварца, жидкого стекла. Абразивные инструменты на этой связке обладают хорошей прочностью и термической стойкостью. Недостатком их является хрупкость.

Бакелитовая связка состоит из искусственной смолы, представляющей собой смесь карболовой кислоты и формалина. Изготовленный на ней инструмент отличается большой прочностью и достаточной эластичностью. Круги на бакелитовой и вулканитовой связках выдерживают более высокие окружные скорости (в 1,5 раза и более), чем на керамической связке, следовательно, позволяют работать на больших скоростях резания.

Для алмазных кругов, кроме перечисленных, используют металлические связки. Металлические связки (М) включают порошки меди, олова, алюминия и другие и обеспечивают более эффективное использование алмазов по сравнению с другими связками. Алмазные круги состоят из алмазного кольца (алмазный порошок и связка) толщиной от 0,5 до 3 мм, закрепленного на корпусе из стали, алюминия или пластмассы.

Твердость шлифовального круга или бруска характеризуется величиной силы, с которой связка удерживает абразивное зерно. Шкала степеней твердости абразивных инструментов и их условное обозначение приведены в табл. 2. Правильный выбор круга по твердости является фактором, определяющим его производительность и стойкость.

Таблица 2

Твердость абразивных инструментов

За время работы зерна круга тупятся, вследствие чего силы резания, действующие на каждое зерно, возрастают. Когда сила резания превысит силу, с которой зерно удерживается связкой, притупившиеся зерна вырываются с поверхности круга, а на поверхность выступают новые острые зерна. Описанное явление называется самозатачиванием круга. При правильном выборе круга по твердости и правильном режиме шлифования круг работает с самозатачиванием. Если твердость круга излишне высока, то притупившиеся зерна задерживаются связкой и заволакиваются подплавившимся обрабатываемым материалом (металлом) в черный блестящего цвета круг, и он теряет способность резать. Указанное явление называют «засаливанием» круга. Для восстановления работоспособности круга необходимо удалить с его поверхности затупившиеся зерна. Эта операция называется «правкой круга». Если круг излишне мягок, зерна будут вырываться еще до того, как они затупятся, при этом круг теряет свою форму и требует правки. Производительность таких кругов низкая.

Выбор твердости круга или бруска для обработки конкретного материала – задача сложная и часто связана с экспериментом. Общим правилом является следующая зависимость: чем тверже материал, тем быстрее притупляются зерна круга, следовательно, тем мягче должен быть круг (слабее связка)

Структурой абразивного инструмента называется соотношение объемов, занятых в нем зернами, связкой и порами, выраженное в процентах.

Различают три группы структур, включающих 13 номеров от 0 до 12: плотная структура (0, 1, 2, 3); среднеплотная (4, 5, 6); открытая (7, 8,

9, 10, 11, 12). Чем выше номер структуры, тем меньше содержание зерна в единице объема. В зависимости от номера структуры объем пор колеблется в пределах 30 – 40 % объема круга. Содержание алмазных зерен в единице объема алмазного кольца (слоя) определяется концентрацией. За 100 % - ную концентрацию принято содержание 0,878 мг алмазного порошка в 1 мм алмазного кольца (круга).

Алмазные круги и бруски изготавливают с 25, 50 и 100 % - ной концентрацией, а на металлической связке также со 150 и 200 % - ной концентрацией.

Чем мягче шлифуемый материал, выше его вязкость, тем более пористый шлифовальный круг выбирается для его обработки.

Маркировка инструментов производится заводом-изготовителем путем условного обозначения на нерабочей поверхности инструмента: материала связки, структуры, формы и размера. Для шлифовальных кругов, кроме того, указывается наибольшая допустимая окружная скорость.

Например: Э40 СМ1 К7; ПП400 69 100; 35 м/с.

Указанная маркировка означает:

Э – электрокорунд нормальный;

40 – номер зернистости, указывающий величину зерна;

СМ1 – твердость круга (среднемягкий первый);

К – материал связки (керамическая);

7 – номер структуры (открытая);

ПП – плоский прямой;

400 – наружный диаметр, мм;

69 – ширина круга, мм;

100 – диаметр отверстия, мм;

35 – наибольшая допустимая окружная скорость при шлифовании, м/с.