Особенности процесса шлифования

-Процесс протекает при высоких скоростях резания – 20÷50 м/сек.

-При шлифовании образуется стружка малых сечений.

-Шлифовальный круг представляет собой многолезвийный инструмент, состоящий из большого количества режущих элементов – абразивных зёрен, связанных между собой. Каждое зерно снимает свою стружку, в работе могут одновременно участвовать несколько режущих зёрен.

-При шлифовании невозможно изменять геометрию режущего элемента – абразивного зерна. Поэтому управлять процессом резания можно только за счёт отдельных элементов режимов резания.

-Процесс шлифования сопровождается высокими температурами, поэтому ведётся как правило, с охлаждением.

-Абразивный инструмент при определённых условиях может работать в так называемом «режиме самозатачивания». В этом случае происходит постоянное обновление рабочей поверхности абразивного инструмента за счёт выкрашивания затупившихся абразивных зёрен.

Абразивный инструмент изготавливается из природных и искусственных абразивных материалов.

Основные составляющие шлифовального круга:

Зёрна абразивного материала. Чаще всего применяется электрокорунд различных марок, карбид кремния (карборунд), эльбор (кубический нитрид бора, кубонит), алмаз (искусственный и природный). Далее речь будет идти в основном о кругах из электрокорунда и карбида кремния с керамической связкой. Собственно зёрна и выполняют всю полезную работу - т. е. срезают стружку с обрабатываемого материала.

Связка - вещество скрепляющее зёрна абразива в единое целое.

Поры - пространство между зёрнами, незаполненное связкой.

В некоторых кругах также могут присутствовать специальные пропитки улучшающие условия резания, повышающие стойкость круга, снижающие температуру в зоне резания. Такие круги называют “импрегнированными”.

К природным относятся корунд и кварц. К искусственным относятся электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, кубический нитрид бора.

Корунд – горная порода, состоящая из кристаллической окиси алюминия. Обладает большой твёрдостью – примерно 9 ед. по Моосу. Используется в виде порошков и паст для доводочных работ.

Кварц – минерал, состоящий из кристаллического кремнезёма. Твёрдость примерно 7 ед. по Моосу.

Электрокорунд получают как побочный продукт при переплавке в электродуговых печах алюмосодержащих пород – бокситов. В процессе плавки примеси выделяются и после затвердевания получается твёрдая масса корунда с высоким содержанием окиси алюминия. Эти блоки размалывают, разделяют на фракции и затем изготавливают абразивный инструмент.

Разновидностями электрокорунда являются электрокорунд хромистый, электрокорунд титанистый и монокорунд. Электрокорунд хромистый получают при плавке в электропечах с добавкой хромистой руды. Характеризуется высоким содержанием монокристаллов и хорошо работает при повышенных режимах шлифования.

Электрокорунд титанистый представляет собой соединение окиси титана с окисью алюминия, обладает большой вязкостью и хорошо работает на доводочных операциях.

Монокорунд получают сплавлением боксита с сернистым железом. Форма зёрен монокорунда при измельчении сохраняется в виде многогранников, зёрна отличаются большой прочностью и остротой режущих кромок.

Карбид кремния получают сплавлением кремнезёма и углерода в электропечах при высокой температуре. Зёрна карбида кремния отличаются большой твёрдостью и остротой кромок. Хорошо работают по чугуну, цветным металлам и твёрдым сплавам.

Различают карбид кремния зелёный и карбид кремния чёрный. Абразивная способность КЗ примерно на 20% выше, чем КЧ.

Карбид бора – химическое соединение очень высокой твёрдости. Получают его сплавлением борной кислоты с малозольным коксом в специальных электропечах при температуре 2350°С. Используется для доводки изделий из твёрдых материалов.

Для доводочных операций - полировки, притирки – применяются окись хрома и окись железа.

Особую группу абразивных материалов составляют природные и искусственные алмазы. Алмаз имеет самую высокую твёрдость из всех известных материалов, но невысокую прочность и низкую температуру сгорания (860°С).

Искусственный или синтетический алмаз получают из графита при высоких давлениях и температуре. На первых этапах производства синтетических алмазов применялись давления порядка 100 000 атм. и температура до 2700°С. По мере совершенствования технологии производства синтетических алмазов за счёт применения катализаторов – жидких металлов (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) удалось снизить давление до 12 600 атм. и температуру до

1200 -- 2400°С.

Синтетические алмазы выпускаются различной прочности и размеров зерна. В зависимости от температуры кристаллизации получается различная форма алмазных кристаллов.

К разряду синтетических сверхтвёрдых материалов относится кубический нитрид бора. В промышленности известен под маркой Эльбор или боразон.

КНБ представляет собой химическое соединение бора и азота. Под воздействием высоких давлений и температуры получаются очень твёрдые кристаллы, с параметрами, близкими к алмазу, но более высоко термоустойчив. Кристаллы могут получаться довольно крупных размеров. Это позволяет изготавливать из них лезвийный инструмент, которым успешно обрабатываются закалённые стали.

Область применения алмазного и абразивного инструмента.

Алмазный инструмент широко используется при шлифовании, заточке и доводке твердосплавных режущих инструментов и штампов, тонкого точения и шлифования цветных металлов и сплавов, различных пластмасс. Для обработки чёрных металлов алмазный инструмент практически не применяется из-за высокого сродства к углероду, который входит в состав обычных и слаболегированных сталей.

Отдельным направлением в области использования алмазного инструмента - обработка изделий из технической керамики, стекла и природного камня. Здесь алмазы используются в качестве режущего, шлифующего и полирующего инструмента.

Для обработки сталей, в том числе закалённых, используется кубический нитрид бора.

Абразивные материалы, как естественного, так и искусственного происхождения применяются для обработки чугуна, сталей и цветных материалов и сплавов. Из микропорошков изготавливают пасты для доводки и притирки.

В качестве цементирующих веществ при изготовлении абразивных материалов применяются различные связки:

§ Неорганические – керамическая, силикатовая, магнезиальная . Керамическая - наиболее распространённая. Она имеет достаточную прочность, водоупорна, химически устойчива. При изготовлении абразивных инструментов можно создавать связки, различные по твёрдости. Силикатовая связка имеет в своей основе силикат натрия (растворимое стекло) с наполнителями (окись цинка, мел, глина). Применяется на операциях заточки режущего инструмента, когда не желателен нагрев детали и необходим режим самозатачивания абразивного инструмента . Магнезиальная связка - так называемый магнезиальный цемент, который твердеет на воздухе. Имеют невысокую прочность, гигроскопичность.

§ Органические – бакелитовая, глифталевая, вулканитовая, на основе эпоксидных смол. Бакелитовая связка изготавливается на основе фенолформальдегидных смол с последующей термической обработкой. Инструменты на бакелитовой связке используются на обдирочных и отделочных операциях и для заточки твердосплавного инструмента. Для повышения прочности абразивные отрезные круги армируют текстильными прокладками. По такой технологии изготавливают отрезные круги, которые работают на скоростях до 60 м/сек. Вулканитовая связка состоит из синтетического каучука, подвергнувшемуся вулканизации. Они могут быть жёсткими и упругими. Применяются для полирования фасонных поверхностей.

§ Металлические - применяются при изготовлении алмазного инструмента. В состав металлических связок входят медь, олово, порошок железа, порошок цинка и ряд других компонентов, придающие металлической связке различные свойства.

Абразивный инструмент изготавливается в виде шлифовальных кругов, шлифовальных брусков, шлифовальных головок различной формы, абразивных шлифовальных лент.