Свойства абразивов
Зернистость
Измельченный на фракции абразивный материал называют шлифовальным. Фракция - это совокупность абразивных зерен в установленном интервале размеров. Преобладающую по массе, объему или числу зерен фракцию называют основной.
Зернистость характеризует размер режущих зерен основной фракции в данном инструменте. В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делятся на следующие группы: шлифзерно-от № 200 до № 16; шлифпорошки-от № 12 до № 4; микрошлифпорошки-от М63 до М14; тонкие микрошлифпорошки - от М10 до М5. Шлиф зерно и шлифпорошки получают ситовым рассевом, микрошлифпорошки - осаждением в жидкости (гидроклассификация). Однородность зернового состава, существенно влияющая на шероховатость обрабатываемой поверхности, режущие свойства и стойкость инструмента, характеризуется процентным содержанием основной фракции. Поэтому условное обозначение зернистости дополняют буквенным индексом, соответствующим этому процентному содержанию: В - высокое; П - повышенное; Н - номинальное; Д - допустимое.
В зависимости от группы материалов зернистость обозначается следующим образом:
- для шлифзерна и шлифпорошков - 0,1 размера (мкм) в свету стороны ячейки сита, на котором задерживаются зерна основной фракции, например 40, 25, 16 (соответственно 400, 250, 160 мкм);
- для микрошлифпорошков - по верхнему пределу размера зерен основной фракции с добавлением индекса М, например М40, М28, М10 (соответственно 40, 28, 10 мкм);
- для алмазных шлифпорошков - дробью, у которой числитель соответствует размеру (мкм) стороны ячейки верхнего сита, а знаменатель - размеру (мкм) стороны ячейки нижнего сита основной фракции, например 400/250, 400/315, 160/100, 160/125;
- для алмазных микрошлифпорошков и субмикропорошков.-дробью, у которой числитель соответствует наибольшему (мкм), а знаменатель - наименьшему размеру (мкм) зерен основной фракции, например 40/28, 28/20, 10/7;
- для шлифзерна и шлифпорошков эльбора - в зависимости от метода контроля: при ситовом методе - 0,1 размера (мкм) в свету стороны ячейки сита, на котором задерживаются зерна основной фракции, например Л20, , Л16, Л10; при микроскопическом методе - аналогично обозначению зернистости шлифзерна и шлифпорошков, например 250/200, 200/160, 125/100.
Требования к зерновому составу шлифовальных материалов приведены в ГОСТ 3647 - 80, алмазных порошков - в ГОСТ 9206 - 80Е, эльбора в зерне - ОСТ 2-МТ79-2-75.
Зернистость шлифовального зерна и порошков по ГОСТ 3647-80 и ISO 8486-86 (FEPA)
| ГОСТ 3647-80 | ISO 8486-86 FEPA 42-D Ряд F (Твердые абразивы) | ГОСТ 3647-80 | ISO 8486-86 FEPA 42-D Ряд F (Твердые абразивы) |
| 80 | F24 | М63 | * |
| 63 | F30 | * | F230 |
| 50 | F36 | М50 | F240 |
| 40 | F40 | * | * |
| * | F46 | М40 | F280 |
| 32 | F54 | * | F300 |
| 25 | F60 | М28 | * |
| 20 | F70 | * | F360 |
| 16 | F80 | М20 | F400 |
| * | F90 | * | * |
| 12 | F100 | М14 | F500 |
| 10 | F120 | М10 | F600 |
| 8 | F150 | М7 | F800 |
| 6 | F180 | М5 | F1000 |
Твердость
Понятие твердости абразивных инструментов по смыслу не совпадает с аналогичным понятием, определяющим свойства металлов и других твердых тел. Твердость абразивного инструмента характеризует прочность связи в нем абразивных зерен между собой. Поэтому из зерен самого твердого абразивного материала можно изготовить мягкие абразивные инструменты (мягкий абразив) и, наоборот, из абразивного материала малой твердости можно изготовить твердые инструменты. Мягкий абразив - это инструмент у которого в отличие от твердых, абразивные зерна легко выкрашиваются.
Твердость характеризует прочность закрепления абразивных зерен в инструменте с помощью связки, поэтому она определяется количеством и свойствами связки, введенной в инструмент. С увеличением количества связки на-1,5% твердость инструмента повышается на одну степень. При этом объем связки увеличивается за счет соответствующего уменьшения объема пор. Расстояние между зернами остается неизменным.
Твердость оказывает влияние на режущие свойства и кромкостойкость инструмента, а также на характер его изнашивания в процессе резания. Если прочность закрепления зерен в инструменте ниже прочности самого абразивного зерна (мягкий абразив), то изнашивание происходит вследствие выкрашивания зерен и абразивный инструмент работает в режиме самозатачивания. Если же прочность абразивного зерна окажется ниже прочности его закрепления в инструменте (твердый инструмент), то изнашивание будет протекать частично за счет хрупкого разрушения, скалывания зерен и частично за счет их стирания с образованием площадок износа на зерне.
В таблице 1 приведена классификация твердости и указаны области применения абразивного инструмента в зависимости от его твердости.
1. Области применения абразивного инструмента в зависимости от твердости
| Степень твердости | Обозначение твердости | Область применения |
|
Мягкий абразив (М) Среднемягкий (СМ) |
F,G,H(М1...М3) K,L(СМ1,СМ2) |
Шлифование с интенсивным самозатачиванием инструмента - плоское (торцом круга), внутреннее (закаленных сталей); заточка и доводка режущего инструмента, цветных металлов, трудно обрабатываемых и вязких сплавов, высокотвердых закаленных сталей, имеющих склонность к прижогам и трещинам; зубошлифование; резьбошлифование; чистовое шлифование и суперфиниширование. |
|
Средний (С) |
M,N(Cl,C2) |
Окончательное и чистовое шлифование (круглое, бесцентровое и внутреннее); плоское шлифование периферией круга; резьбошлифование; шлифование чугунов; обдирочное шлифование торцом круга. |
|
Среднетвердый (СТ) |
O,P,Q(СТ1...СТЗ) |
Круглое и бесцентровое врезное шлифование; профильное шлифование; обработка разобщенных поверхностей; обдирочное шлифование чугунов. |
|
Твердый (Т) |
R,S(Т1,Т2) |
Обдирочное шлифование; снятие заусенцев на поковках и литье; изготовление отрезных кругов и ведущих кругов для бесцентрового шлифования; хонингование закаленных сталей; врезное профильное шлифование с большим объемом металла. |
|
Весьма твердый (ВТ) Чрезвычайно твердый (ЧТ) |
T,U(BT) V,W,X,Y,Z(ЧТ) |
Обдирочное шлифование и зачистка в металлургии и кузнечно-литейном производстве; правка шлифовальных кругов; шлифование с большим давлением резания (например, шаров). |
Получение абразивных инструментов требуемой твердости достигается соответствующей технологией их изготовления, устанавливающей соотношение абразивного зерна и связки: давлением при прессовании, температурой и длительностью термической обработки (обжига).
Структура
Структура абразивного инструмента характеризуется содержанием абразивного материала в единице его объема, выраженным в процентах.
VЗ + VС + VП = 100 %,
где VЗ, - объем зерна, VС - объем связки, VП-объем пор.
Определяющим параметром структуры является объем VЗ.
С увеличением на один номер структуры объем зерен уменьшается на 2%, расстояние между зернами и размер отдельных пор увеличиваются, однако ни сохранения одинаковой твердости инструмента объем связки также увеличивается на 2%, при этом объем пор остается неизменным.
Таким образом, абразивные инструменты, имеющие одинаковые зернистость и твердость, но разные структуры, различаются между собой по степени сближения абразивных зерен. Структуру, обозначенную № 1...4, принято называть закрытой (плотной), № 4...8 - средней, № 9...12 и выше (до 16) - открытой. Чем больше номер структуры, тем больше расстояние между зернами, т. е. структура более открытая.
Рекомендуемые области применения инструмента основных номеров структур следующие:
№ 1...3 - изготовление инструмента на бакелитовой и керамической связках при шлифовании с малым съемом металла, преимущественно для обработки шарикоподшипников;
№№ 3, 4 - профильное шлифование, шлифование, с большими подачами переменной нагрузкой, отрезные работы;
№ 4...6 - круглое наружное, бесцентровое, плоское шлифование периферией круга;
№ 7...9 - плоское шлифование торцом круга, внутреннее шлифование, заточка инструмента;
№ 8...10 - шлифование и заточка инструмента, оснащенного твердым сплавом;
№ 8...12 - профильное шлифование мелкозернистыми кругами (резьбошлифование).
Инструменты открытой структуры имеют улучшенные условия отвода стружки меньшее тепловыделение. Наиболее эффективно их применение при обработке вязких металлов, а также металлов, склонных к прижогам и трещинам.
Помимо шлифовальных кругов с заранее заданной структурой, на керамической связке изготовляются круги, отличающиеся повышенной пористостью (величина пор до 2-3 мм) и получившие название высокопористых. Поры в таких кругах создаются различными наполнителями, выгорающими в процессе термической обработки (пластмасса, уголь, древесная мука).
Объемная масса высокопористых кругов значительно меньше, чем обычных, в результате чего они при тех же размерах, что и обычные, легче и требуют меньшего расхода энергии на вращение.
Высокопористый круг лучше охлаждается поступающим в процессе работы воздухом. Установлено, что скорость воздуха в зоне резания при вращении высокопористого круга на 25-35% больше, чем при вращении обычного, что позволяет работать с большей глубиной резания и с меньшей опасностью прижога обрабатываемой детали. Наличие большого количества крупных пор, а также увеличенная скорость воздушной струи в процессе работы абразивного инструмента создают лучшие условия для удаления стружки и уменьшают возможность застревания ее в порах. При обработке мягких и вязких материалов (красной меди, алюминия, пластмассы, дерева, резины, кожи и т. п.) рабочая поверхность высокопористого абразивного инструмента дольше остается работоспособной и реже требует правки. Высокопористые круги по сравнению с обычными имеют примерно в 1,5 раза меньший удельный износ.
При заказе высокопористых кругов следует сообщать заводу-изготовителю условия их применения и требования, предъявляемые к выполняемой операции. Высокопористые круги следует заказывать зернистостью на 1-3 номера мельче, чем обычно. Например, если применяется структурный круг зернистостью 40, то высокопористый следует заказывать зернистостью 25 или 16.
Класс точности
Точность размеров и геометрической формы абразивного инструмента характеризуется тремя классами АА, А и Б. Для менее ответственных операций абразивной обработки применяют инструмент класса Б. Более точным и качественным является инструмент класса А. Для работы в автоматических линиях, на высокопрецизионных и многокруговых станках применяют прецизионный инструмент класса АА, отличающийся наибольшей точностью геометрических параметров, однородностью зернового состава, уравновешенностью абразивной массы и изготавливающийся из лучших сортов шлифовальных материалов.