Характеристики и выбор шлифовального круга

Шлифовальный круг представляет собой твердое тело, в котором режущие абразивные зерна равномерно распределены по объему и соединены в едином объеме режущего инструмента с помощью связующего материала (связки). Кроме того, в круге имеются поры, формируемые при изготовлении инструмента. Они исполняют роль стружечных канавок на рабочей поверхности круга и каналов для подвода смазочно-охлаждающей жидкости через инструмент к зоне резания.

В зависимости от вида абразивного материала, размера абразивных зерен, материала связки, процентного соотношения зерен, связки и пор шлифовальные круги обладают различными эксплуатационными свойствами. Поэтому правильный выбор круга является необходимым условием для успешной обработки заготовок.

Характеристики шлифовального круга маркируют на одной из его поверхностей. В маркировке шифром указывают марку абразивного материала, зернистость, степень твердости, номер структуры, материал связки и класс точности круга. Отдельно от этих данных на круге маркируют завод-изготовитель, шифр формы и размеры круга, допускаемую окружную скорость и некоторые другие характеристики.

Материал абразивных зерен. Широко применяемыми абразивными материалами являются электрокорунды, основу которых составляет оксид алюминия (Al₂O₃), карбиды кремния (SiC), алмазы синтетические и кубический нитрид бора BN (КНБ).

Из электрокорундов наиболее известны следующие виды: электрокорунд нормальный с содержанием 92–95 % Al₂O₃ (марки 12А, 13А, 14А, 15А, 16А); электрокорунд белый с содержанием 97–99 % Al₂О₃ (марки 22А, 23А, 24А, 25А); электрокорунд хромистый (марки 32А, 33А, 34А); монокорунд (марки 43А, 44А, 45А).

Карбиды кремния могут быть двух видов: карбид кремния черный (марки 52С, 53С, 54С, 55С) и карбид кремния зеленый (62С, 63С, 64С). Алмазы синтетические в абразивном инструменте представлены следующими марками: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС, АСМ, АСН. Из кубического нитрида бора изготавливают зерна марок ЛО, ЛР, КО, КР.

Выбор абразивного материала определяется главным образом свойствами обрабатываемого материала и требованиями к обработанной поверхности. Электрокорунд нормальный применяют для шлифования углеродистых и конструкционных закаленных и незакаленных сталей. Для обработки тех же материалов, но с большей производительностью и с лучшим качеством обработанной поверхности, используют хромистый электрокорунд. Из электрокорунда белого изготавливают круги для шлифования легированных сталей и заточки быстрорежущих инструментов. Монокорунд используют при обработке труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Карбид кремния черный из-за достаточно высокой хрупкости применяют при шлифовании материалов с небольшим пределом прочности на разрыв (чугуны, цветные сплавы, бронзы, твердые сплавы вольфрамокобальтовой группы). Карбид кремния зеленый используют для обработки материалов высокой твердости, в частности для заточки инструментов из металлокерамических титано-вольфрамо-кобальтовых и титано-тантало-вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов.

Синтетические алмазы нашли распространение при заточке (АСО и АСР) и доводке (АСМ) инструментов, оснащенных твердыми сплавами, при шлифовании стекла, керамики и других материалов, не содержащих углерод. Абразивные круги из КНБ применяют при чистовом шлифовании закаленных сталей, труднообрабатываемых и жаропрочных сталей и сплавов, при заточке (доводке) инструментов из быстрорежущих сталей.

Зернистость. Под «зернистостью» понимают размер абразивных зерен основной фракции. Этот размер указывают в маркировке круга числом, соответствующим: для шлифзерна – числу десятков микрометров (400, 315, 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16); для шлифпорошков – числу десятков микрометров (12, 10, 8, 6, 5, 4, 3); для микропорошков – числу микрометров (М63, М50, М40, М28, М20, М14); для тонких микропорошков – числу микрометров (М10, М7, М5, М3, М2, М1). Зернистость алмазных и эльборовых кругов указывают в виде дроби, в которой числитель соответствует наибольшему размеру, а знаменатель – наименьшему размеру зерен порошка в микрометрах.

Для чернового шлифования рекомендуется выбирать шлифовальные круги зернистостью 80–20, что обеспечивает шероховатость обработанной поверхности в диапазоне Ra от 6,3 до 1,6 мкм. Для чистового шлифования с шероховатостью обработанной поверхности Ra от 0,8 до 0,2 мкм выбирают круги зернистостью 10–5. Для алмазных кругов и кругов из КНБ можно использовать абразивные зерна от 200 (Ra = 1,6 мкм) до 40 (Ra = 0,16 мкм).

Твердость круга. Этот параметр характеризует способность связки удерживать абразивные зерна круга от вырывания их с рабочей поверхности в процессе резания под действием внешних сил. По степени твердости различают круги: мягкие (М1, М2, М3); средне мягкие (СМ1, СМ2); средние (С1, С2); средне твердые (СТ1, СТ2, СТ3); твердые (Т1, Т2); весьма твердые (ВТ1, ВТ2) и чрезвычайно твердые (ЧТ1, ЧТ2). Круг относят к мягким, если его зерна относительно легко вырываются из связки и, напротив – к твердым, если зерна прочно удерживаются связкой.

При выборе твердости круга учитывают следующее основное правило: чем тверже обрабатываемый материал, тем мягче должен быть круг. Исключением являются весьма мягкие и вязкие материалы и сплавы (алюминий, медь, свинец, латунь и др.). Их лучше обрабатывать мягкими кругами (М1, М2, М3). Эти же круги используют при заточке быстрорежущих и твердосплавных инструментов. Круги средне мягкие и средней твердости (СМ1, СМ2, С1, С2) применяют для чистового шлифования закаленных сталей. Круги средней твердости (С1, С2, СТ1, СТ2, СТ3) находят применение при отрезке, предварительном шлифовании незакаленных сталей, чугунов, бронз. Для выполнения обдирочных операций, прорезки канавок, пазов в незакаленных сталях, чугунах и бронзах рекомендуют круги твердостью от СТ1 до Т2.

Структура абразивного инструмента. Процентное соотношение между объемами абразивных зерен, материала связки и пор в теле круга регламентируется номером структуры. С увеличением номера структуры уменьшается процентное содержание зерен и увеличивается доля объема, приходящаяся на поры. Различают плотные (1–4), средние (5–8), открытые (9–12) и высокопористые (13–18) структуры. Чем выше номер структуры, тем меньше режущих абразивных зерен находится на рабочей поверхности круга, но тем лучше условия для размещения стружки в порах круга и проникновения через них к зоне резания смазочно-охлаждающей жидкости при подводе ее через тело круга.

Выбор структуры круга зависит от вида шлифования и характера обрабатываемой поверхности. Плотные структуры используют при отрезке, шлифовании с большими и переменными нагрузками, при шлифовании сложных профильных поверхностей. При круглом и плоском шлифовании, заточке инструментов из инструментальных сталей выбирают средние структуры. Для шлифования с большими припусками (резьбо–, зубо– и шлице-фрезерование, глубинное шлифование), а также для заточки инструментов из металлокерамических твердых сплавов используют круги с открытыми и даже высокопористыми структурами.

У алмазных кругов и кругов из КНБ структуру определяют относительной процентной концентрацией (25, 50, 75, 100, 125, 150 %), которая характеризует долю объема абразивного слоя круга, занимаемую алмазными зернами или зернами КНБ. Например, под стопроцентной концентрацией (100) понимают, что абразивные зерна занимают 25 % объема алмазосодержащего слоя круга, а остальной объем приходится на связку, поры и наполнители.

Связка существенно влияет на прочность круга, допустимую скорость резания, производительность процесса шлифования и качество обработанной поверхности. Связки делят на органические и неорганические. Из последних наибольшее распространение получили керамические связки (К, от К1 до К10). Для изготовления алмазных и эльборовых кругов чаще всего используют металлические связки (М, МС, М1, М2, М3, М4, М5, М6). Они состоят из композиции порошков меди, олова, железа, алюминия, цинка. Эти связки достаточно прочны и позволяют работать с окружными скоростями до 70 м/с.

Из органических связок наиболее распространены вулканитовые (В, В1, В2, В3, В4, В5), состоящие из каучука и серы; бакелитовые (Б, Б1, Б2, Б3, Б4) и глифталевые (ГФ), изготавливаемые на основе искусственных смол.

Керамические связки используют при всех видах шлифовальных работ, кроме обдирки, разрезки, прорезки узких пазов. Эти круги не боятся влаги, достаточно дешевы, но обладают большой хрупкостью и боятся ударов. Допустимые скорости резания такими кругами не превышают 60 м/с.

Органические связки прочнее керамических и служат при изготовлении кругов, предназначенных для следующих видов работ: вулканитовые – для отрезки, прорезки пазов, фасонного и доводочного шлифования (J £ 80 м/с), бакелитовые – для обдирочного и силового шлифования, отрезки, заточки твердосплавных инструментов (J £ 70 м/с); глифталевые – для отделочного шлифования и доводки (J £ 50 м/с).