Рекомендации но выбору абразивного материала

АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

 

Методические указания

к лабораторной работе

 

 

Разработал Промптов А.И

 

 

Иркутск 2014

 

 

АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Цель работы

Приобрести основные сведения об абразивных инструмента, их исполне­нии и назначении, паромерах, характеризующих их рабочие свойства Полу­чить навыки выбора абразивного инструмента для заданных условий обработки.

Основные понятия

Абразивная обработка представляет процесс резания с использованием инструмента, режущими элементами которого являются кристаллические зерна, обладающие высокой твердостью и теплостойкостью.

Зерна, находящиеся на рабочей поверхности инструмента, при движении ретине путем одновремен­ного царапания и истирания удаляют с обрабатываемой поверхности слой ме­талла в виде мелкой стружки. Укатанные выше эксплуатационные свойства аб­разивных материалов позволяют вести ими обработку с высокими скоростями резания практически любых конструкционных материалов.

В сопоставлении с лезвийной обработкой абразивная обработка имеет ряд особенностей. Режущие лезвия имени малую протяженность, что определяется размерами абразивных зерен. Абразивные зерна представляют собой непра­вильные многогранники, которые имеют хаотичную ориентацию. Как следствие для них характерны большие отрицательные передние утлы. В работе одно­временно участвует большое число режущих элементов. Все это в совокупно­сти приводит к тому, что прочесе резания сопровождается возникновением вы­сокой температуры, а большая степень измельчения срезаемою материала при­водит к большой энергоемкости пронесся (примерно на порядок превосходя­щей энергоемкость лезвийной обработки).

Для придания абразивному инструменту необходимой формы к обеспече­ния его прочности в нею помимо абразивного материала вводят связывающее ве­щество (связку). Количество святки устанавливают таким образом, чтобы меж­ду абразивными зернами и связкой оставались поры, обеспечивающие образо­вание режущих кромок и пространства для размещения стружки (рис. I).

В настоящее время используют искусствен­ные абразивные материалы в связи с их большей химической чистотой и однородностью и. как следствие, большей прочностью и износостойко­стью Основными абразивными материалами яв­ляются электрокорунд и карбид кремния.

Электрокорунд представляет кристаллический оксид алюминия (Al₂O₃). Получают его плавкой глинозема в электропечах (о чем свидетельствует название материала). Существует несколько видов электрокорунда: нормальный, белый, легированный (хромистый, титанистый, хромотитанистый и циркониевый) и монокорунд.

 

 

Рис. 1 Строение абразивного инструмента: 1 - абразивное зерно; 2 - связка; 3 - поры

 

Электрокорунд нормальный в зависимости от содержания примесей имеет марки 12А, 13А, 14А, I5A и 16А (содержание примесей соответственно от 8 до 5%). Абразивные инструменты из электрокорунда нормального имеют цвет близкий к кирпичному.

Электрокорунд белый отличается меньшим содержанием примесей (от 5 до 3%) и более высоким качеством. Его марки 22А, 23А. 24А, 25А Цвет абразивных инструментов из электрокорунда белого отвечает его названию.

Электрокорунд хромистый марок 32А, ЗЗА и 34А получают плавкой гли­нозема с присадкой хромистой руды. D нем содержится не менее 97% Al₂O₃ и до 2% CrO.

Электрокорунд титанистый марки 37А выплавляют из глинозема с при­садкой соединений титана. В нем содержится не менее 97% Al₂O₃ и не менее 2% TJ02. Электрокорунд циркониевый марки 38А содержит до 2% оксида цир­кония. Абразивные инструменты из легированных электрокорундов имеют цвет от малинового до фиолетового.

Монокорунд отличается от остальных электрокорундов тем, что необхо­димый размер зерен обеспечивают не дроблением слитка, полученного при вы­плавке, а путем кристаллизацией расплава в воде. В результате абразивные зер­на имеют естественную форму, на них отсутствуют повреждения, вызванные механическим воздействием. Поэтому монокорунд обладает большей прочно­стью и более высокими режущими свойствами. Монокорунд выпускают марок 43А,44А и 45А, которые содержат 97...98% Al₂O₃.

Карбид кремния представляет соединение кремния с углеродом. Получают его при нагреве смеси кварцевого песка с углеродом в виде кокса

SiO₂+C=SiO+O₂.

Карбид кремния имеет две разновидности: карбид кремния черный марок 52С. 53С, 54С, 55С, и карбид кремния зеленый марок 62С, 63С. 64С. Более ка­чественным, но и более дорогим является карбид кремния зеленый. В нем со­держится карбида кремния 98...99%, в то время как в карбиде кремния черном 95...98%. Цвет абразивных инструментов из карбида кремния близок к серо-зеленому. У инструментов из карбида кремния зеленого он более светлый.

Размеры абразивных зерен характеризуются зернистостью. При изготовле­нии абразивных инструментов поступающий материал просеивают через ряд сит с постепенно уменьшающимися размерами ячеек. Размер ячеек сита, выра­женный в сотых долях миллиметра, на котором остается основная часть абра­зивных зерен, определяет их зернистость и соответственно зернистость инст­румента. Например, если основная часть просеиваемых абразивных зерен оста­лась на сите с размерами ячеек 1600 мкм. абразивному материалу будет при­своен номер зернистости 160.

Абразивные зерна, имеющие размер, отвечающий номеру зернистости, представляют основную фракцию. При используемом методе разделения абра­зивных зерен в абразивном инструменте могут присутствовать зерна меньших размеров (мелкая фракция) и зерна больших размеров (крупная фракция). В связи с этим различают нормальную концентрацию (Н). когда основная фракция составляет 45% от общею объема абразивного материала, и повышенную (П) с увеличением относительного объема основной фракции до 55%.

По размерам абразивные зерна разделяют на шлифзерно с зернистостью 200, 160, 100, 80, 63, 50, 40. 32, 25. 20, 16 и шлифпорошки с зернистостью 12, 10, 8. 6, 4. 3. Для доводочных работ в виде свободного абразива, кроме того, выпускают микропорошки и тонкие микропорошки, зернистость которых опре­деляют микроскопическим анализом. Характеризуют их зернистостью, выра­женной в микрометрах, на что указывает стоящая в начале обозначения буква «М»: микропорошки М63, М50, М40, М28, М20, M14. гонкие микропорошки М10, М7, М5.

Для изготовления абразивных инструментов используют два вида связок: неорганические и органические.

Основной неорганической связкой, имеющей наибольшее применение, яв­ляется керамическая, в состав которой входят огнеупорная глина, полевой шпат, борное стекло, тальк и другие неорганические материалы. Марки кера­мической связки K1, К2, КЗ, К5, К8, KI5, К20 и другие. Плавящиеся керамиче­ские связки (Kl, K5) обеспечиваю! прочное соединение электрокорундовых зерен, вступая с ними в химическое взаимодействие. Спекающиеся керамиче­ские связки (К2, К3) используют для закрепления зерен карбида кремния. В процессе изготовления абразивного инструмента они расплавляются только частично.

Достоинством керамической связки является отсутствие в ее составе дефи­цитных компонентов, отсюда и относительная дешевизна, химическая инерт­ность, термостойкость и влагоустойчивость. Недостаток - повышенная хруп­кость, что исключает работу с ударными нагрузками.

В тех случаях, когда нагрев деталей при обработке недопустим, применяют магнезиальные связки (М), представляющие смесь каустического магнезита и хлористого магния, и силикатные (С), сырьем для которой служит жидкое стек­ло.

К органическим связкам относятся бакелитовая (Б), вулканитовая (В) и глифталевая (Г).

Основой бакелитовой связки является тяжелая фракция нефтеперегонки. Абразивные инструменты на бакелитовой связке обладают более высокой прочностью и упругостью по сравнению с абразивными инструментами на ке­рамической связке, что позволяет работать с высокими скоростями, но при температуре до 200º С. Бакелитовая связка имеет три основных разновидности: Б1, Б2, Б3.

Сырьем для вулканитовой связки служит синтетический каучук. Абразив­ные инструменты на вулканитовой связке получают прессованием и вулканиза­цией смеси абразивных зерен и каучука. Эластичность связки, ее способность прочно удерживать абразивные зерна позволяет изготавливать абразивные ин­струменты малой толщины. Податливость связки не позволяет абразивным зер­нам снимать большие стружки, что обеспечивает получение обработанных по­верхностей с особо малой шероховатостью. Ограничивают производительную обработку инструментами на вулканитовой связке рабочие температуры, которые не должны превышать 150º. Вулканитовую связку выпускают марок В, В1, В2, Б3, отличающихся прочностью и эластичностью

Глифталиевая связка, основанная на смоле того же названия, имеет огра­ниченное применение. Её используют для изготовления инструментов из кар­бида кремния зеленого зернистостью 6...M14, предназначенных для тонкого шлифования.

Выпуск абразивного инструмента на керамической связке составляет 50...60% от общего объема, на бакелитовой связке - 30...40%, на вулканитовой связке - 4...7%, на остальных связках - 1...2%.

Специфичной характеристикой абразивного инструмента является его твердость. Она определяет способность связки удерживать абразивные зерна. Чем выше твердость, тем необходимы большие силы для удаления абразивных зерен. Поэтому они могут затупляться в большей мере, что обеспечивает уве­личение срока службы инструмента, но снижает качество обработанной по­верхности и приводит к росту температуры резания. В результате на обрабо­танной поверхности стальных детален могут появляются прижоги, являющиеся продуктом окисления железа.

Для обеспечения оптимального сочетания расхода абразивного инструмен­та и качества обработки требуется мелкая градация твердости абразивного ин­струмента. Стандартом установлено 7 классов твердости:

• М мягкие (М1,М2,МЗ);

• СМ - среднемягкие (СМ1, СМ2);

• С - средние (С1,С2);

• СТ - среднетвердые (СТ1, СТ2, СТ3);

• Т - твердые (Т1, Т2);

• ВТ - весьма твердые;

• ЧТ - чрезвычайно твердые.

При выборе твердости абразивного инструмента руководствуются сле­дующими общими положениями.

Для обработки твердых материалов следует применять мягкие круги. Твердые материалы быстрее затупляют абразивные зерна, а их удаление проис­ходит легче, если твердость инструмента мала.

Для выполнения предварительных операций используют более твердые аб­разивные инструменты, так как качество получаемой поверхности в этом слу­чае имеет меньшее значение. Чем больше площадь контакта абразивного инст­румента с изделием, тем ею твердость должна быть меньше, поскольку обнов­ление затупившихся зерен затрудняется.

При обработке фасонных поверхностей твердость абразивного инструмен­та должна быть более высокой, так как интенсивное выкрашивание абразивных зерен ведет к быстрой потере формы рабочей поверхности инструмента.

Регулирование расстояния между зернами абразивною инструмента, опре­деляющего пространство для размещения стружки, осуществляют изменение соотношения между массой абразивного материала и массой связки. Это соот­ношение характеризуют структурой абразивного инструмента. Основными являются 12 номеров структуры, разделенных на три группы: плотная (№№1...4), среднеплотная (№№5...8) и открытая (№№9...12). В структуре №1 содержание абразивного материала составляет 60%. С повышением номера структуры содержание в инструменте абразивного материала уменьшается на 2%. В структуре №12 содержание абразивных черен составит 38%.

При выборе структуры инструмента руководствуются следующими сооб­ражениями. Мягкие материалы с небольшим сопротивлением разрыву обраба­тывают инструментами открытых структур. Для обработки твердых, хрупких материалов используют инструменты плотных структур. Чистовую обработку осуществляют также инструментами плотных структур, что обеспечивает одно­временное участие в работе большего числа зерен, меньшие толщины среза и получение в итоге более качественной поверхности. Это относится и к обработ­ке фасонных поверхностей. Для грубой обработки, связанной с удалением зна­чительных припусков, находят применение инструменты открытых структур.

По форме абразивные инструменты имеют четыре исполнения: шлифо­вальные круги, шлифовальные головки, абразивные бруски и шлифовальные сегменты.

Шлифовальные круги, предназначенные для работы на шлифовальных и заточных станках, имеют следующие основные формы (цифры, стоящие впе­реди, обозначают номер формы): 1 - плоские прямые (рис. 2а); 2 - кольцевые (рис. 26); 3-е коническим профилем (рис. 2в); 4-е двухсторонним кониче­ским профилем (рис. 2г); 6 - чашечные цилиндрические (рис. 2д); 11 - чашеч­ные конические (рис. 2е); 12 и 14 - тарельчатые (рис. 2ж,и) и 41 -дисковые (рис. 2 к).

Шлифовальные круги плоские прямые являются самым широко исполь­зуемым абразивным инструментом. С их помощью осуществляют наружное продольное и врезное шлифование (рис. 3а,б), бесцентровое шлифование (рис. 3в), внутреннее шлифование (рис. 3г), плоское шлифование периферией круга (рис. 3д). Кольцевые круги отличаются от плоских прямых кругов меньшим на­ружным диаметром при том же диаметре отверстия. Их основное применение -внутреннее шлифование.

Чашечными цилиндрическими кругами шлифуют отверстия в случае ог­раниченного пространства для выхода инструмента, так как элементы его креп­ления на шпинделе станка размешаются в полости круга. Ими же наряду с ча­шечными коническими кругами осуществляют плоское шлифование торцом круга на плоскошлифовальных станках с вертикальным шпинделем (рис. 3е) н для заточки режущих инструментов по задней поверхности на заточных стан­ках (рис. 3ж).

Основное назначение тарельчатых кругов заточка режущих инструментов по передней поверхности (рис. 3к). Для заточки винтовых зубьев используют коническую поверхность круга. Предварительную заточку прямых зубьев осу­ществляют кругами формы 12, которые, имея плоскую торцовую поверхность, обеспечивают большую производительность. Для окончательной заточки пред­назначены кручи формы 14 с конической торцовой поверхностью. Малая пло­щадь контакта с затачиваемым инструментам снижает температуру резания, что позволяет избежать перегрева затачиваемою инструмента и тем самым по­высить качество заточки.

Дисковыми кругами выполняют отрезные и разрезные работы, прорезку узких пазов.

 

Рис. 2. Шлифовальные круги: а - плоский прямой: 6 - кольцевой: в - с кониче­ским профилем; г-с двухсторонние конический профилем; д - чашечный ци­линдрический: е - чашечный конический: ж - тарельчатый (форма 12); и - тарельчатый (форма 14); к- дисковый

 

Шлифовальные головки, которые представлены на рис.4, служат для зачи­стки поверхностей, в том числе самой сложной формы, осуществляемой с по­мощью ручных шлифовальных машин. Шлифовальными головками цилиндри­ческой формы обрабатывают отверстия малых диаметров на круглошлифоваль­ных станках.

Абразивные бруски используют на слесарных операциях удаления заусен­цев, образующихся на деталях при механической обработке, притупления ост­рых кромок, а также в сборных инструментах в качестве рабочих элементов. Их формы в поперечном сечении представлены на рис 5.

Шлифовальные сегменты (рис 6) служат рабочими элементами сборных шлифовальных кругов, работающих торном. Они заменяют чашечные круги в тех случаях, когда требуется инструмент большою диаметра. Форма сегментов в поперечном сечении зависит от способа их крепления в корпусе инструмента.

Рис. 3. Виды шлифования; а - круглое продольное шлифование; б - круглое врезное шлифование; в - бесцентровое шлифование; г - внутреннее шлифование; д - плос­кое шлифование периферией круга; е - плоское шлифование торцом круга; ж - за­тачивание режущего инструмента по задней поверхности; к - затачивание ре­жущего инструмента по передней поверхности

 

Для шлифовальных кругов установлены классы точности АА, А, В. Для вы­сокоточной обработки предназначены круги класса точности АА. Дня большин­ства видов шлифования используют круги класса точности А.

С классом точности кругов связана допускаемая их неуравновешенность. Установлено четыре класса неуравновешенности: Л 2, 3, 4. Для кругов класса точности АА неуравновешенность должна быть класса 1, для кругов класса точности А - класса / или 2, для кругов класса точности Б - класса 2 или 3.

Маркируют шлифовальные круги и приводят их характеристику в техниче­ской документации в следующей последовательности: тин круга (номер фор­мы), наружный диаметр, высота, диаметр посадочного отверстия, марка абра­зивного материала, зернистость, твердость, номер структуры, марка связки, ра­бочая окружная скорость, класс неуравновешенности, класс точности. Напри­мер, имеем следующую запись;

1 300x40x127 24А 20-П СМ-2 6 К5 35 м/с 1 кл А

Еe расшифровка дает: 1 - круг плоский прямой, 300 - наружный диаметр круга, 40 - ширина круга. 127 - диаметр посадочного отверстия, 24А - абразив­ный материал электрокорунд белый, 20 - зернистость круга. П - повышенная концентрация основной фракции, СМ-2 - среднемягкий второй, б -структура №6. К5 связка керамическая, 35 м/с -рабочая окружная скорость, 1 -первый класс неуравновешенности. А - класс точности круга А.

На шлифовальных кругах допускается наносить маркировку частично. II сокращенном объеме может присутствовать маркировка на шлифовальных го­ловках, брусках и сегментах при их достаточных размерах.

При выборе абразивного материала, зернистости твердости и структуры шлифовального круга можно руководствоваться рекомендациями, приведен­ными в таблицах 1,2, 3 и 4.

Таблица 1

Рекомендации но выбору абразивного материала

Абразивный материал	Марка	Область применения
Электрокорунд нормальный	13А, 14А	Обдирочное шлифование стальных заготовок, предварительное шлифование незакаленных сталей
	15А	Чистовое шлифование незакаленных сталей
Электрокорунд белый	23А, 24А	Предварительное шлифование накаленных сталей и быстрорежущегоинструмента
	25А	Чистовое шлифование закаленных сталей, заточка быстро­режущего инструмента. Шлифование труднообрабатываемых сталей
Электрокорунд хромистый	33А, 34А	Шлифование изделий из незакаленных и закаленных сталей
Электрокорунд титанистый	37А	Скоростное шлифование сталей кругами на керамической и бакелитовой связках
Электрокорунд 1Д циркониевый	38А	обдирочное шлифование стальных заготовок кругами на бакелитовой связке
Электрокорунд хромотитанистый	91А, 2А, 93А, 94А	Шлифование на полу чистовых и чистовых режимах зака­ленных сталей всех видов кругами на всех связках
Монокорунд	43А.44А, 45А	Шлифование труднообрабатываемых сталей и сплавов. Заточка режущих инструментов из быстрорежущей cram
Карбидкремния черный	53С, 64С,	Обработка заготовок из чугуна и цветных металлов
Карбид кремния зеленый	62С, 63С, 64С	Скоростное шлифование чугуна кругами на всех связках, заточка твердосплавного режущего инструмента

 

 

Таблица 2