Файл: Маслов, Е. Н. Теория шлифования материалов.pdf

Измеренные углы при вершине колеблются в пределах 40—150°; при этом процент острых углов граней вершины зерна (до 90° включительно) составляет: 12,2—25% для зернистости 40, 43—46% — для зернистости М28. Угол при вершине влияет на динамическую прочность зерна.

Шлифовальный инструмент

Шлифовальный инструмент — режущий инструмент,

состоящий из зерен шлифующего материала, сцементи­ рованных в одно целое тем или иным связующим веще­ ством (связкой), применяемый для шлифования материа­ лов. Такой инструмент изготовляют в виде кругов, голо­ вок, лент (на гибкой основе) и др.

Шлифовальный инструмент характеризуют: геометри­ ческая форма и размеры, материал, связка, зернистость, твердость, структура и концентрация зерна — для ал­ мазно-абразивных и кубонитридоборных-абразивных.

В качестве шлифовальных материалов применяют:

1)природные — природный алмаз, корунд, кремень и др.;

2)синтетические — синтетический алмаз, кубический ни­ трид бора, электрокорунд, карбид кремния, карбид бора

иразличные композиции из них.

Для эффективной обработки необходимо, чтобы при температуре, развивающейся в зоне шлифования (400— 600° С и выше), соблюдалось неравенство

т. е. чтобы твердость шлифующего материала # ш была не менее чем в 1,5—2,0 раза выше твердости обрабатываемого материала Н0.

Алмаз и кубический нитрид бора обладают наивысшей твердостью. Ниже приведена средняя микротвердость алмаза, кубического нитрида бора, а также инструмен­ тальных и конструкционных материалов (в МН/м2 при

ХВГ — 4500; сталь 50—1960. G повышением температуры твердость материалов снижается. Например, при нагреве электрокорунда от 20 до 1000° G его микротвердость сни­ жается от 19 800 до 5880 МН/м2 (рис. 25).

38

Шлифующие материалы должны обладать химической инертностью к обрабатываемому материалу при высокой температуре, развивающейся в зоне шлифования. В от­ дельных случаях это условие не выполняется.

Алмазный инструмент бывает многокристальный или алмазно-абразивный (круги, диски, головки, бруски и др.) и однокристальный (резцы, выглаживатели и др.).

Алмазный шлифовальный круг — инструмент в виде тела вращения заданной формы, состоящий наиболее часто из корпуса с закрепленным на нем алмазоносным

Рис. 25. Микротвердость Ямт при нагревании электроко­ рунда и карбида кремния от 20 до 1000° С

слоем (кольцом) толщиной 1,5—3 мм. Корпуса алмазных кругов изготовляют из стали, алюминиевых сплавов и пластмасс. Алмазные круги малых размеров изготовляют полностью из алмазоносного слоя (кольца) без корпуса. Форма и расположение режущей части на корпусе обусло­ влены назначением круга.

Алмазоносный слой — рабочий слой алмазного круга, состоящий из зерен алмазного порошка, связки и напол­ нителя. Наполнитель вводят в алмазоносный слой для повышения стойкости и режущих свойств инструмента. Алмазный круг имеет, как правило, безалмазный слой, расположенный между корпусом инструмента и алмазо­ носным слоем и предназначенный для предохранения обрабатываемой поверхности от повреждения при полном износе алмазного слоя. Характеристикой алмазно-абра­ зивного инструмента являются: тип инструмента, его габаритные размеры, вид зерна, связка, зернистость и концентрация алмаза в алмазоносном слое.

Концентрация алмаза в алмазоносном слое — содер­ жание массы алмазного порошка в 1 мм3 алмазоносного слоя, выражеңное в процентах. За 100%-ную концентра­ цию алмаза условно принято содержание 0,878 мг (или

39

0,00439 карата *) алмазного порошка в 1 мм3 алмазонос­ ного слоя.

В этом случае масса алмаза в алмазносном слое круга

Из выражения (15) следует, что при 100%-ной концен­ трации алмаза в алмазоносном слое находится 25% объема алмазного порошка независимо от вида связки:

Наиболее широко применяется концентрация алмаза: 100, 50, 125%. Концентрация определяет производи­ тельность и стойкость (износ) алмазного инструмента.

Типы и габаритные размеры, различных алмазных инст­ рументов установлены ГОСТами 16167—70*—16180—70*. В этих ГОСТах приведено свыше 2000 различных типо­ размеров алмазных шлифовальных кругов: плоский пря­ мого профиля, плоский прямого профиля без корпуса, плоский с выточкой, чашечный конический, тарельчатый, профильный и др. Основные типы алмазных кругов даны

втабл. 4.

Взависимости от назначения алмазные круги изго­ товляют на различных связках — металлических, орга­ нических и керамических.

Круги на металлических связках получают тремя основными способами: прессованием, литьем и гальвано­ покрытием. Наиболее широко используют способ прессо-

40

вания в специальных пресс-формах; связку часто приме­ няют меднооловянную (круги Ml, МК, МИ и др.). На­

объему). Литьем с наложением ультразвуковых колебаний или центробежным литьем изготовляют алмазные круги со связками на основе алюминия (М5, МВ1 идр.). Гальва­ нический способ применяют главным образом для закреп­ ления зерна при изготовлении мелкого алмазно-абразив­ ного инструмента (головок, надфилей и др.), а также алмазных роликов для правки шлифовальных кругов. В этом случае широко используют никелевую, а также комбинированную никельхромовую гальваническую связку.

Для более прочного закрепления в металлической связке алмазные порошки часто подвергают предвари­ тельной металлизации. Хороший контакт алмаза с метал­ лической пленкой обусловлен механическим сцеплением, так как наносимый металл заполняет поры, имеющиеся на алмазном зерне. При спекании алмазного круга на металлической связке происходит более прочное схваты­ вание зерна со связкой. Кроме того, металлизированное алмазное зерно, находясь в металлической «рубашке», выдерживает значительные нагрузки и работает даже при наличии на зерне мелких трещин. Основными способами металлизации алмазного порошка являются: химический, карбонильный и вакуумного распыления.

Алмазные круги на металлических связках применяют для всех видов чернового, глубинного и получистового шлифования, особенно при необходимости снятия сравни­ тельно больших припусков. Например, такие круги используют для глубинного шлифования твердого сплава, когда глубина шлифования (поперечная подача) дости­ гает 2 мм/дв. ход при соответствующем (пропорциональ­ ном) уменьшении продольной подачи. В этом случае существенно снижаются потери времени на перебеги стола, и производительность возрастает в 2 раза. Рассматривае­ мые круги применяют также для шлифования стружколо­ мающих канавок на передних поверхностях резцов и вы­ полнения других подобных работ. При работе кругами на металлической связке необходимо обильное охлаждение.

Алмазные круги на органических связках (Б2, Б1, БЗ, Т02, Б 156 и др.) содержат связующее в основном на основе

41

фенолоформальдегидных смол. В этих кругах наполни­ телями являются абразивы (карбид бора, электрокорунд) и железный порошок. Такие круги эффективны для чисто­ вых и отделочных операций, при работе с глубиной реза­ ния не выше 0,02 мм/дв. ход; при большей величине подачи круги на органических связках имеют повышенный расход алмаза.

При горячем прессовании фенолоформальдегидная смола претерпевает процесс поликонденсации, превра­ щаясь в достаточно прочное вещество, хорошо удержи­ вающее алмазные зерна. Прессование наиболее часто производится при температуре 160—180° G и давлении 50—75 МН/м2. Введение наполнителя повышает жест­ кость связки, наиболее необходимую при кругах с малой

Некоторые наполнители влияют на процесс шлифова­ ния путем создания активной технологической среды. Они создают смазку, уменьшают трение при шлифовании, а также затупление и засаливание круга. G целью созда­ ния активной технологической среды используют ме­ таллы и сплавы с низкой температурой плавления, соли и эвтектические смеси наполнителей, температура плав­ ления которых ниже температур, возникающих в процессе шлифования. Такие наполнители повышают также удель­ ную теплопроводность связки и усиливают теплоотвод из зоны шлифования.

Рассмотрим для примера связку Б 156, представляющую собой многокомпонентную, металлополимерную систему,

44