Виды связки абразивного инструмента

Вид связки абразивного инструмента имеет большое значение для его прочности и режима работы. В производстве абразивных инструментов применяются два вида связок: неорганические (минерального происхождения) и органические. К органическим связкам относятся бакелитовая, вулканитовая, глифталевая, эпоксидная и поливинилформалевая.

Неорганические (керамические) связки чаще всего представляют собой многокомпонентные смеси, составленные в определенных пропорциях из измельченных сырых материалов: огнеупорной глины, плавней (полевого шпата, борного стекла), талька и ряда других материалов. В целях повышения пластичности и формуемости в абразивнокерамические массы добавляются клеящие вещества: жидкое стекло, декстрин и др. Применяются также и однокомпонентные связки (фриттованные сплавленные), представляющие собой стекло.

Керамические связки обладают высокой огнеупорностью, водоупорностью, химической стойкостью и относительно высокой прочностью. В зависимости от поведения в процессе термической обработки они делятся на плавящиеся (стекловидные) и спекающиеся (фарфоровидные). Плавящиеся связки после остывания превращаются в стекло, спекающиеся расплавляются только частично и по своему составу и состоянию близки к фарфору. Абразивные инструменты из электрокорунда изготовляются на плавящейся, а из карбида кремния - на спекающейся связках. Плавящиеся связки взаимодействуют с абразивными зернами и поэтому обеспечивают большую прочность абразивных инструментов.

Абразивные инструменты на керамической связке в настоящее время имеют несколько большее применение, чем инструменты на органической связке, хотя технология их изготовления сложнее и отличается более длительным циклом по сравнению с технологией изготовления инструментов на других связках. Недостатком керамической связки является ее высокая хрупкость, вследствие чего круги на этой связке не могут использоваться при ударных нагрузках (обдирочное и силовое шлифование).

Из органических связок наибольшее распространение получила бакелитовая. Абразивный инструмент, изготовленный на жидком и порошкообразном бакелите, обладает более высокой прочностью, особенно на сжатие, чем инструмент на керамической связке, и достаточной упругостью. Высокая прочность бакелитовой связки позволяет изготовленному на ней абразивному инструменту работать при больших скоростях резания. Так, круги на бакелитовой связке, армированные стеклосеткой, работают со скоростью до 80 м/с и более. Такие круги применяются для обдирочного шлифования и абразивной отрезки. Бакелитовая связка обладает малой теплостойкостью, выгорая при длительном нагревании при температуре 250-300° С.

Абразивные инструменты на бакелитовой связке изготовляются из нормального электрокорунда и черного карбида кремния, реже из белого электрокорунда и зеленого карбида кремния. Они могут быть изготовлены различных типов и размеров, в том числе в виде очень тонких кругов (до десятых долей миллиметра), предназначенных для абразивной прорезки и отрезки.

Однако бакелитовая связка недостаточно устойчива против действия охлаждающих жидкостей, содержащих щелочные растворы. Поэтому охлаждающая жидкость, применяемая для абразивных инструментов на бакелитовой связке, не должна содержать более 1,5% щелочного раствора. Для уменьшения вредного воздействия щелочных растворов, а также для лучшего стока охлаждающей жидкости поверхность кругов на бакелитовой связке иногда покрывают серой или суриком, окрашивают лаком или какой-либо водонепроницаемой краской. Иногда для этой цели применяется поверхностная пропитка круга парафином.

Вулканитовая связка обладает большой эластичностью и упругостью, поэтому круги, изготовленные на ней, применимы не только для предварительного шлифования, по и для окончательных операций шлифования, а также для абразивного полирования.

В абразивных инструментах на вулканитовой связке, ввиду их большей эластичности по сравнению с инструментами на бакелитовой и керамической связках, при увеличении давления на обрабатываемую заготовку абразивные зерна углубляются в связку и режут с меньшей глубиной, вследствие чего эти инструменты широко применяют на чистовых операциях абразивной обработки.

Благодаря плотному строению круги на вулканитовой связке, изготовленные вальцеванием, незаменимы при бесцентровом шлифовании в качестве ведущих кругов, а также при работах, где создаются большие боковые давления, например при заточке игл кардоленты, при прорезке и отрезке.

Круги на вулканитовой связке в отличие от кругов на керамических связках могут быть изготовлены очень тонкими (десятые доли миллиметра) при относительно большом диаметре (150- 200 мм).

 

С древнейших времен абразивные материалы используются для обработки самых различных поверхностей. Резка, шлифовка, заточка, полировка – все эти работы выполняются с помощью абразивов. Абразивные материалы (от лат. «аbrasio» – соскабливание) – это вещества повышенной твердости, применяемые в массивном или измельченном состоянии для механической обработки таких материалов, как металл, кожа, дерево, стекло, камень, пластмасса, и др. Простейший и всем известный пример абразивного инструмента – наждачная бумага. Сырьем для изготовления абразивов могут быть как природные (алмаз, гранат, корунд, кремень), так и искусственные материалы (синтетический алмаз, карбиды бора и кремния, кубический нитрид бора, электрокорундовые материалы). Поверхность абразивов образована большим количеством твердых мелких частиц. Производство абразивного инструмента состоит из следующих технологических операций: приготовление связки, смешение абразивной массы, формование, термическая обработка, механическая отделка, испытания на прочность и твёрдость. Температурный режим и время термической обработки определяют механические и эксплуатационные свойства абразивного инструмента. Различают три основные формы выпуска абразивных инструментов: гибкие (шлифовальная шкурка, шлифовальные ленты, лепестковые круги, сетчатые и фибровые диски, щетки из абразивонаполненных волокон); жесткие (круги всех типов, кольца, сегменты, шлифовальные головки, бруски и др.) и, так называемые, «свободные» абразивы или их разновидность – абразивы в виде различных паст). И пасты, и свободный абразив используются для различных операций доводки, полирования и притирки. Бытовой пример свободного абразива – речной песок, который в походах часто используют для чистки посуды. Пасты представляют собой смесь различных абразивных материалов с неабразивными, а в качестве связки частиц выступают жиры и масла. Среди жестких абразивных инструментов наибольшую популярность приобрели абразивные отрезные круги. В отличие от гибких и «свободных» абразивов, которые применяются в основном для завершающей обработки материала, отрезные круги могут с успехом использоваться для более «серьезных» работ. В частности, с помощью кругов можно с легкостью резать сталь, чугун, сплавы цветных металлов, кирпич, шифер, керамику, гипсокартон, мрамор, гранит, камень – в общем, спектр материалов чрезвычайно широк. Осуществить резку вам поможет отрезная или угловая шлифовальная машина («болгарка»). Эффективность работы абразивным кругом в большой степени зависит от размера и твердости частиц: чем крупнее частицы и тверже сам абразив, тем быстрее можно резать металл. Зернистость абразива указывается на этикетке. Цвет этикетки тоже имеет свое значение, например, зеленый цвет означает, что данный абразивный круг можно использовать для неметаллических материалов, синий цвет – для металлов.

"ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ СВОБОДНЫМ АБРАЗИВОМ"

Шлифование выполняется абразивными инструментами. Абразивный инструмент представляет собой твердое тело, состоящее из зерен абразивного (шлифовального) материала, скрепленных между собой связкой. Значительную часть объема абразивного инструмента занимают воздушные поры. Абразивные инструменты в подавляющем большинстве используются в виде шлифовальных кругов разнообразной формы. Кроме того, они могут использоваться в виде брусков, шкурок, паст и порошков.

Рис.1 Схема резания и расположения абразивных зерен, пор и связки в абразивном инструменте при шлифовании.Процесс резания при шлифовании можно рассматривать как фрезерование многозубой фрезой с высокой скоростью. Каждое единичное абразивное зерно представляет собой режущее лезвие со случайными геометрическими параметрами, которые зависят не только от формы зерна, но и от положения его в абразивном инструменте.

Каждое единичное зерно срезает стружку очень малого переменного сечения. Обработанная поверхность образуется в результате совокупного действия большого числа абразивных зерен, расположенных на режущей поверхности абразивного инструмента. Срезаемая в процессе работы круга стружка располагается в порах между зернами. Разогревшаяся до высокой температуры, близкой к температуре плавления обрабатываемого материала, и размягчившаяся стружка забивает поры и налипает на поверхность круга, происходит так называемое «засаливание» его. При этом режущая способность шлифовального круга резко падает, ухудшается чистота и качество обработанной поверхности. Для восстановления режущей способности круга производится его правка, при которой с помощью правочных роликов или алмазных «карандашей» с режущей части круга удаляется поверхностный слой затупившихся и засалившихся зерен.

Обоснование необходимости правки шлифовальных кругов

Хорошо известно, что шлифовальный круг является режущим инструментом, который в процессе шлифования самозатачивается в той или иной степени путем частичного или полного выпадения затупившихся абразивных зерен, соединенных между собой относительно более мягким материалом - связкой. При шлифова­нии режущие ребра абразивных зерен, участвующих в процессе резания, начинают постепенно затупляться; при этом силы резания, действующие на эти зерна, увеличиваются; ребра абразивных зерен начинают ломаться по частям или зерна выпадают цели­ком. В большинстве случаев происходит процесс дробления зерна, и раскалывания его на более мелкие части.

Свойства шлифовального круга затупляться или самозатачи­ваться зависят от твердости связующего материала круга, физиче­ских свойств материала шлифуемой детали и абразивных зерен, а также режимов шлифования.

Наблюдения за износом абразивных зерен, начиная с момента правки круга до его полного затупления, показали, что износ рабо­чей поверхности круга характеризуется двумя периодами. В первый период, т. е. в самом начале шлифования, происходит откалывание, и даже вырывание из связки отдельных непрочно закрепленных абразивных зерен. Указанный процесс создает сравнительно интен­сивный износ круга в этот период его работы.

Второй период шлифования сопровождается стабилизацией процесса износа рабочей поверхности круга. В этот период откалывания и вырывания целых зерен, как правило, не наблюдается, а происходит постепенное затупление первоначально острых зерен. После определенного вре­мени работы круга происходит окончательное «сглаживание» его рабочей поверхности, в результате чего между кругом и шлифуе­мой деталью происходит трение скольжения.

Обычно затупление шлифовального круга на операциях чисто­вого шлифования деталей с продольной подачей начинается с его
рабочей кромки и является основной причиной образования прижогов на шлифуемой поверхности детали.

Таким образом, шлифовальный круг, как и другие режущие, инструменты, всегда необходимо поддерживать в работоспособном состоянии с правильной геометрической формой и соответствующим микропрофилем рабочей поверхности, обладающей высокой режу­щей способностью, что достигается посредством периодической правки их инструментами, выбор которых определяется, условиями работы и особенностями различных правящих инструментов.

В связи с тем, что наибольшая часть шлифовального круга расходуется в процессе правки, величина слоя абразива, снимаемого правящим инструментом, должна быть минимальной. В производ­ственных условиях величина этого слоя определяется в большинстве случаев не условиями технической необходимости, а квалификацией рабочего шлифовальщика. Обычно толщина снимаемого при правке слоя устанавливается в несколько раз большей, чем это необходимо для восстановления рабочей поверхности круга.

Исследованиями, проведенными Всесоюзным научно-исследовательским институтом абразивов и шлифования (ВНИИАШ), установлено, что режущая способность шлифовального круга пол­ностью восстанавливается при съеме с затупившейся рабочей поверхности круга слоя абразива величиной 0,08 мм. При этом восстанавливается не только режущая способность, но и форма круга.

Увеличение снимаемого слоя при правке не дает повышения стойкости шлифовального круга, а лишь увеличивает непроизводительный его расход, вследствие чего на ряде предприятий коэффициент использования шлифовальных кругов непосредственно на процесс шлифования составляет около 7%. остальная же часть круга расходуется на правку.

Сущность процесса правки шлифовальных кругов свободным абразивом

Среди различных способов правки абразивных инструментов можно выделить правку шлифовального круга свободным абразивом, который заключается в следующем

Рисунок 2 – Схема правки шлифовальных кругов свободным абразивом

К вращающемуся на рабочей скорости кругу (инструменту) 1 подводят до касания притир 2, продольная ось которого наклоне­на под углом a впределах от 20 до 60° к вектору скорости круга 1 в точке касания его с притиром. Притиру задают возвратно-по­ступательное движение вдоль образующей инструмента.

В зону контакта инструмента и притира подают свободный абразив, который путем шаржирования в притире и перекатывания по поверхности контакта в направлении вектора скорости вышлифовывает материал притира и связки инструмента. Интенсив­ность шлифования связки инструмента и материала притира определяется размером, подаваемых абразивных частиц и величи­ной зазора между инструментом и прити­ром. В свою очередь зазор в процессе правки формируется автоматически путем правильного назначения подачи притира и условий захвата свободного абразива.

Таким образом, подача притира к инст­рументу с заданными скоростью и направ­лением необходима для компенсации износа притира во время правки и для обес­печения требуемого зазора в зоне контакта инструмента и притира.

Свободный абразив берут размером, равным 0.6-0.9 размера зерен абразивного инструмента, и подают его в виде суспензии, которая содержит в себе глину и воду в следующем отношении компонентов масс: абразив 46,0-50,0%; глина 23,0-27,0%; вода – остальное.

Следующая работа "Способ правки абразивного инструмента" посвящена вопросам обоснования экономической эффективности способа правки шлифовальных кругов свободным абразивом, а также исследованиям по разработке рационального состава абразивной смеси, применяемой при правке. В работе представлен перечень требований, предъявляемых к абразивной смеси, описано влияние процентного соотношения различных ее компонентов на эффективность правки шлифовальных кругов на металлической связке. Применение приведенного в работе состава суспензии разрешило при незначительных затратах времени на правку и минимальную затрату алмазоносного пласта в процессе правки увеличить количество пластин, которые выпускаются между правками, на 50% при улучшении качества обрабатываемой поверхности в 1,5 раза.

 

«Знакомство с основными возможностями шлифования, особенностями подготовки инструмента и повышения его эффективности во время работы»

 

Данная статья содержит общую информацию о процессе шлифования, применяемых инструментах, их особенностях его выбора в конкретной ситуации.

Уделено внимание типам применяемых абразивных материалов таким как оксид алюминия, карбид кремния, нитрид бора, природные и синтетические алмазы. Для облегчения выбора того или иного абразивного материала для различных целей приведена таблица, показывающая возможность их эффективного применения.

Далее рассмотрены возможные виды связки шлифовальных кругов, особенности выбора типа связки для обработки различных материалов в зависимости от точности оборудования и прочих условий.

Что касается правки, то в данной статье дана самая общая информация об этом процессе: дано определение правки, цели, возможности и возможные результаты.

 

Шлифование»

В данной статье представлена информация об особенностях процесса резания при шлифовании, работе единичного зерна, о типах абразивного инструмента и их маркировке, представлены основные расчеты параметров режимов резания при шлифовании.

В разделе «особенности процесса резания» представлена интересная информация по строению шлифовального круга, расположению пор, абразивных зерен, связки и продуктов обработки при засаливании рабочей поверхности круга.

В разделе «работа единичного зерна» рассмотрены вопросы устойчивости абразивных зерен, зависимости качества обработанной поверхности от параметров зернистости, расчет сил резания, приходящихся на зерно и т.д.

 

Заключение

Метод правки шлифовальных кругов свободным абразивом на сегодняшний день является перспективным процессом воздействия на рабочую поверхность шлифовальных кругов. Для возможности его внедрения в производство и привлечения внимания к этой разработке необходимы дополнительные исследования и усовершенствования процесса, которые помогут повысить производительность алмазной обработки, уменьшить ее себестоимость и увеличить качество продукции, получаемой шлифованием. Для этого необходимо решить ряд задач практического и теоретического плана, которым и посвящена данная работа.

 

Разновидности станков со свободным абразивом. В станках со свободным абразивом используются три типа рабочего инструмента: 1) дисковые полотна; 2) ленточные полотна; 3) проволочные полотна. Станки, в которых используются ленточные полотна, делятся на рамные пилы, где полотно движется вперед и назад, как в обычных ручных пилах, и ленточные пилы, где узкая металлическая лента движется вокруг роликов в вертикальной плоскости. В станках всех трех типов свободный порошок карбида кремния подается к полотну или проволоке в виде суспензии, которая попадает в паз и, захваченная движущейся полосой металла или проволокой, царапает камень, углубляя постепенно разрез до полного распила камня. Циркулярные пилы дают плоскую гладкую поверхность, иногда даже лучшего качества, чем получаемую с помощью алмазной пилы. В то же время ленточные пилы часто дают волнистые поверхности, что зависит от ширины полотна. Волнистая поверхность образуется и при использовании ножовочной пилы. И все-таки, если полотно достаточно длинное, поверхность получится гладкой. Самые плохие поверхности оставляют проволочные пилы, потому что любое, даже незначительное боковое движение станка, приводящего проволоку в возвратно-поступательное движение, заставляет ее отклонятся.

Циркулярный станок со свободным абразивом, снабженный приводом. Обычные алмазные камнерезные станки могут применяться для распиловки со свободным абразивом, если диск вместо масла погрузить в суспензию абразива. Но в этом случае все движущиеся части станка будут сильно изнашиваться, если самым тщательным образом не закрыть к ним доступ абразива. Так как защитить от него скользящий суппорт почти нереально, полезно применять закрепленный на шарнире рычаг с зажимным устройством, чтобы он удерживал камень при распиловке. Частоту вращения диска нужно уменьшить, чтобы его край успевал подхватывать суспензию. При слишком быстром вращении диском подхватывается лишь вода, а абразив срывается и не попадает в зону резания.

Станок с прямым полотном, использующий свободный абразив. Станок с прямым полотном сделать легче, чем дисковый, да и грязи от него меньше. Здесь практически нет ограничений в размерах режущего полотна, и есть любители, использующие полотно длиной 1,8 м и шириной приблизительно 150 мм. На рисунке 2 показана схема такой пилы, которая в особенности удобна для распиловки очень больших камней. Так как полотно, если оно тонкое, вибрирует, его можно укрепить продольными деревянными рейками. В пилах небольшого размера полотно удерживается подставкой, похожей на старомодные "козлы", применяющиеся при пилке дров.
Рис.2. Станок с прямым полотном, использующий свободный абразив

Для небольших пил толщина полотна (из мягкой стали) может составлять 0,8-1,0 мм; более крупным пилам из соображений жесткости требуется металлический лист большей толщины. Абразивный порошок и вода должны непрерывно поступать в зону резания. На рисунке 2 показано одно из устройств, использующихся для этой цели. Абразивный порошок, который постепенно режет камень, подхватывается металлом полотна. Капли воды, падающие сверху на порошок, обеспечивают его равномерное и непрерывное поступление в зону резания через сделанную из пластилина ванночку. По обе стороны камня можно поставить емкость для сбора абразива, для того чтобы время от времени возвращать его в зону резания. При распиловке свободным абразивом используются порошки с номерами 100 и 220.

Ленточный станок со свободным абразивом. Иногда целесообразно превратить ленточную пилу в камнерезную. И действительно, некоторые музеи и лаборатории пошли на это, чтобы иметь возможность пилить очень крупные камни, недоступные для алмазных пил. В такой переделанной пиле обычная лента с зубьями заменена на незазубренную стальную ленту из незакаленной мягкой стали, а на столе пилы установлен дополнительный столик на роликах, который служит для передвижения камня при пилении. Подшипники и вал предохраняются от попадания на них абразива специальными чехлами. Как правило эти чехлы делаются из брезента и обматываются шнуром. Наибольшую трудность при работе на подобном станке вызывает выбор скорости подачи, которая обеспечивала бы поступление достаточного количества абразива в зону резания и препятствовала бы слишком быстрому его удалению из нее. Для подачи абразива можно использовать также V-образный желоб, на который поступает вода с необходимой скоростью. В зоне резания делают бортики из пластилина и по ходу продвижения пилы бортики тоже передвигают, обеспечивая непрерывное поступление абразива.

Перед пилением камень фиксируют на подвижном столе, чтобы он не менял своего положения и не вибрировал. Далее его продвигают ближе к ленте, но немного не доводят до нее. Сбоку от камня делают из пластилина некое подобие птичьего гнезда, через центр которого будет проходить работающая металлическая лента. Пускают воду и, дождавшись поступления на пилу в достаточном количестве абразива, включают двигатель. Камень продвигают вперед очень медленно, пока он не коснется пилы. Как только появившийся при этом "звенящий" звук прекратится (это означает, что лента больше не режет), камень передвигают на 1,5-3 мм и снова начинают резание. Процесс повторяют до тех пор, пока камень полностью не будет разрезан. Скорость ленты составляет 5,0-5,5 м/с. Размер зерен абразива от 100 до 220 меш.

Проволочный станок. Проволочные станки до сих пор применяются китайцами для распиловки крупных блоков жадеита на более мелкие и более удобные в работе куски. Практически нет предела размерам кусков материала, которые можно пилить этой пилой, так как единственное ограничение налагается размером дуги, на которую натягивается проволока. Эта дуга должна быть достаточно большой, чтобы полностью охватывать камень. Устройство станка может быть основано на принципе дуги или на роликовом принципе. В первом случае проволока натягивается между концами деревянной дуги, во втором она перематывается с одной бобины на другую с изменением направления их вращения после завершения перемотки. Рис.3. Проволочный станок

В другом варианте проволочный станок состоит из двух барабанов, на которые наматывается проволока, и концы которой закрепляются на этих барабанах. Один из барабанов вращается поочередно то в одну, то в другую сторону с помощью кривошипа, приводимого в движение двигателем. Второй барабан устроен таким образом, что все время удерживает проволоку в натянутом состоянии. При включении двигателя кривошип приводит в колебательное движение первый барабан, заставляя проволоку совершать возвратно-поступательное движение через весь камень. При использовании проволочной пилы надо в верхней части камня прорезать небольшую канавку. Она будет направлять движение проволоки и не давать ей возможности отклоняться с места пиления. В каком-либо месте камня на пути движения проволоки, из глины делается чашка для суспензии абразива. По ходу углубления распила добавляются новые порции суспензии. Чтобы износ проволоки был равномерным, нужно по возможности использовать всю ее длину. Во время работы пилы необходимо как можно чаще менять рабочий участок проволоки новым, перематывая ее с барабана на барабан. Иначе проволока из-за износа сделается слишком тонкой и получится суженный распил, в который уже не войдет участок проволоки с первоначальной толщиной.

Небольшие проволочные пилы могут быть изготовлены из более тонкой проволоки, натянутой в лобзике или в обычной рамной пиле.