Согласно стандартного определения, высокопористый круг - это шлифовальный круг с заданными размером и числом пор (ГОСТ 21445). Очень точное и ёмкое определение, отражающее основное свойство указанного вида шлифовальных кругов. Размер, объём и число пор обеспечивается технологически процессом. Под определение высокопористых, как правило, попадают шлифовальные круги с объемным содержанием абразивного зерна менее 40% (выше 10-й структуры) и пористостью более 45%.
Разработка и освоение технологии изготовления высокопористых кругов началась более 90 лет назад. Усовершенствование технологии продолжается и в настоящее время, но основное назначение и свойства таких кругов остаются неизменными.
Повышенная пористость кругов обеспечивает целый ряд преимуществ перед кругами с естественной пористостью:
- В процессе шлифования обеспечивает шламовый зазор, условия для концентрации и удаления отходов шлифования (удаленный материал заготовки и абразивный шлам) за счёт центробежной силы и охлаждающей жидкости.
- Обеспечивается попадание охлаждающей жидкости в зону шлифования, что позволяет эффективно отводить тепло, выделяемое при шлифовании, снижать количество и степень прижогов, микротрещин на шлифованной поверхности.
- Повышается эффективность шлифования: стойкость между правками, производительность шлифования; за счёт оптимизации режимов шлифования, достигается практически полное исключение шлифовочных дефектов.
- Высокопористые круги имеют меньший объёмный вес, по сравнению с кругами обычных структур, что создаёт предпосылки для их эксплуатации на высоких рабочих скоростях (до 100м/с).
- Имеется возможность изготовления мелкозернистые круги (F100…F180) c высокой пористостью, получая при этом эксплуатационные показатели крупнозернистых кругов (F40…F60)
Высокая пористость в шлифовальных кругах может быть создана разными способами:
- В первую очередь, это добавка выгорающих наполнителей в формовочную смесь, которые выгорают в процессе обжига заготовок кругов и образуют поры. В качестве выгорающих добавок производители чаще всего используют малозольный нефтекокс, бисер сополимера, фруктовые косточки, нафталиновые шарики. Иногда используют более экзотические наполнители: торф, опилки, пробковую крошку, сахар, манную крупу, древесный уголь, отходы химических производств и т.п.
Разработка и освоение технологии изготовления высокопористых кругов началась более 90 лет назад. Усовершенствование технологии продолжается и в настоящее время, но основное назначение и свойства таких кругов остаются неизменными.
Повышенная пористость кругов обеспечивает целый ряд преимуществ перед кругами с естественной пористостью:
- В процессе шлифования обеспечивает шламовый зазор, условия для концентрации и удаления отходов шлифования (удаленный материал заготовки и абразивный шлам) за счёт центробежной силы и охлаждающей жидкости.
- Обеспечивается попадание охлаждающей жидкости в зону шлифования, что позволяет эффективно отводить тепло, выделяемое при шлифовании, снижать количество и степень прижогов, микротрещин на шлифованной поверхности.
- Повышается эффективность шлифования: стойкость между правками, производительность шлифования; за счёт оптимизации режимов шлифования, достигается практически полное исключение шлифовочных дефектов.
- Высокопористые круги имеют меньший объёмный вес, по сравнению с кругами обычных структур, что создаёт предпосылки для их эксплуатации на высоких рабочих скоростях (до 100м/с).
- Имеется возможность изготовления мелкозернистые круги (F100…F180) c высокой пористостью, получая при этом эксплуатационные показатели крупнозернистых кругов (F40…F60)
Высокая пористость в шлифовальных кругах может быть создана разными способами:
- В первую очередь, это добавка выгорающих наполнителей в формовочную смесь, которые выгорают в процессе обжига заготовок кругов и образуют поры. В качестве выгорающих добавок производители чаще всего используют малозольный нефтекокс, бисер сополимера, фруктовые косточки, нафталиновые шарики. Иногда используют более экзотические наполнители: торф, опилки, пробковую крошку, сахар, манную крупу, древесный уголь, отходы химических производств и т.п.
Основные требования к выгорающим наполнителям заключаются в том, что они должны хорошо гомогенизироваться (усредняться) с компонентами формовочной смеси, не разрушаться при формовании заготовок кругов, не выделять опасных концерогенов при приготовлении смеси, формовании и обжиге заготовок, иметь низкий зольный остаток после обжига кругов.
- Во вторую очередь, это добавка полых корундовых или стеклянных микросфер, которые добавляются в формовочную смесь и образуют закрытые поры в заготовке круга.
- Во вторую очередь, это добавка полых корундовых или стеклянных микросфер, которые добавляются в формовочную смесь и образуют закрытые поры в заготовке круга.
Причём корундовые сферы не разрушаются во время смесеприготовления, при прессовании и обжигу. Разрушение сфер и открытие пор происходит при шлифовании. Стеклянные микросферы, в зависимости от состава, в процессе обжига расплавляются (при максимальной температуре обжига) и входят в состав керамической связки.
- Не в последнюю очередь, это использование в процессе изготовления кругов удлинённого абразивного зерна, имеющее отношение длины зерна к диаметру поперечного сечения, равное, по меньшей мере, 4(5):1.
- Не в последнюю очередь, это использование в процессе изготовления кругов удлинённого абразивного зерна, имеющее отношение длины зерна к диаметру поперечного сечения, равное, по меньшей мере, 4(5):1.
Геометрия шлифовального зерна обеспечивают неплотную укладку зерна в круге и образования каркасных пор с заданными размерами. Повышенная хрупкость удлинённых зерен требует невысокого усилия прессования заготовок кругов.
- В некоторых случаях применяется порообразователь, который имеет невысокую механическую прочность и в процессе изготовления кругов не меняет своих физико-химических свойств. Процесс образования пор происходит за счёт разрушения и вымывания порообразователя охлаждающей жидкостью в процессе шлифования. В шлифовальных кругах на бакелитовой связке широко применяется поваренная соль, как порообразователь. Соль растворяется и вымывается охлаждающей жидкостью.
При явных преимуществах высокопористых кругов перед кругами с обычной пористостью имеются и негативные стороны, которые ограничивают их производство и использование. При изготовлении высокопористых кругов возникает целый ряд технологических моментов, которые усложняют технологию и влияют на их эксплуатационные показатели. А именно:
- Рецепты высокопористых кругов с низкой твёрдостью F… G (ВМ) и высокой структурой содержат мало керамической связки, являющейся главным пластификатором и формообразующим компонентом кругов, имеют значительное количество временных связующих и разнородных наполнителей, что создаёт проблемы при изготовлении кругов.
- Для обеспечения достаточной прочности кругов имеется необходимость применения дорогих керамических связок с повышенной реакционной способностью.
- При приготовлении формовочных смесей используются порообразующие компоненты с различным объёмным весом, которые плохо усредняются с шлифматериалами и связкой. Режим смесеприготовления и дозирования предусматривает, как правило, ручную подачу компонентов с визуализацией процесса смешивания компонентов. Интенсивные смесители применять не рекомендуется. Некоторые наполнители предварительно усредняются со связкой. Смеси делаются сырые, без возможности просеивания и устранения комков.
Ряд органических порообразователей с высокими показателями водопоглощения «набухают» во влажной формовочной смеси при её «вылёживании».
- Формование заготовок высокопористых кругов с низкой плотность производится на прессах на очень малых давлениях. Сырые заготовки кругов имеют низкую механическую прочность, что затрудняют ручной или механизированный способ перемещения заготовок после формования. Требуются дополнительные формовочные плиты, на которых перемещаются и сушатся заготовки кругов.
У большинства порообразующих наполнителей (особенно крупных) предел упругости значительно отличается от остальных компонентов смеси, особенно абразива. Это приводит к возникновению разрушающих напряжений, после прекращения давления пресса (действие деформирующих сил). Это касается и пределов прочности порообразователей, особенно хрупких. Остаточная влага в сырой заготовке также способствует возникновению разрушающих напряжений из-за влагопоглощения порообразователя.
- Чтобы обеспечить постановку заготовки кругов на печные вагонетки или плиты, они должны иметь достаточную прочность. Это предусматривает специальный щадящий режим сушки заготовок на сушильных плитах.
При постановке на плиты не допускается укладка кругов в стопки для исключения усадки заготовок, только верхним кругом.
- Обжиг кругов, как правило, требует специального температурного режима, с учетом диаграммы фазового состояния связующих, реакционной способности связки. Необходимо исключить оплавление, деформацию и усадку заготовок.
- Припуски на механическую обработку заготовок пористых кругов в большинстве случаев составляет более 10% от объёма круга
- В отличии от шлифовальных кругов по обычной технологии, проверка показателей качества высокопористых кругов (твёрдость, плотность, пористость и пр.) требует специальных методик проверки. Как правило, ведущие производители производят приёмку таких кругов по собственным методикам и внутренним стандартам. Проверяются такие показатели, как газопроницаемость, твёрдость акустическим методом, водопоглощение и т.п. Не имея методик получить высокопористые круги с сопоставимыми эксплуатационными показателями от разных производителей не представляется возможным.
С учётом вышеперечисленных технологических моментов можно заключить, что серийное производство высокопористых кругов связано с дополнительными сложностями и затратами, а самое главное, производитель должен иметь соответствующую научную базу.
Среди производителей высокопористых кругов крайне мало компаний, которые имеют эксклюзивные технологии и ведут разработки кругов на конкретные операции шлифования. Большинство производителей пытаются разработать аналоги кругов, выпускаемых известными высокотехнологичными компаниями. К сожалению, в большинстве случаев, достичь качественных показателей эталонных кругов не удаётся посредственным производителям (если выражаться деликатно).
- В некоторых случаях применяется порообразователь, который имеет невысокую механическую прочность и в процессе изготовления кругов не меняет своих физико-химических свойств. Процесс образования пор происходит за счёт разрушения и вымывания порообразователя охлаждающей жидкостью в процессе шлифования. В шлифовальных кругах на бакелитовой связке широко применяется поваренная соль, как порообразователь. Соль растворяется и вымывается охлаждающей жидкостью.
При явных преимуществах высокопористых кругов перед кругами с обычной пористостью имеются и негативные стороны, которые ограничивают их производство и использование. При изготовлении высокопористых кругов возникает целый ряд технологических моментов, которые усложняют технологию и влияют на их эксплуатационные показатели. А именно:
- Рецепты высокопористых кругов с низкой твёрдостью F… G (ВМ) и высокой структурой содержат мало керамической связки, являющейся главным пластификатором и формообразующим компонентом кругов, имеют значительное количество временных связующих и разнородных наполнителей, что создаёт проблемы при изготовлении кругов.
- Для обеспечения достаточной прочности кругов имеется необходимость применения дорогих керамических связок с повышенной реакционной способностью.
- При приготовлении формовочных смесей используются порообразующие компоненты с различным объёмным весом, которые плохо усредняются с шлифматериалами и связкой. Режим смесеприготовления и дозирования предусматривает, как правило, ручную подачу компонентов с визуализацией процесса смешивания компонентов. Интенсивные смесители применять не рекомендуется. Некоторые наполнители предварительно усредняются со связкой. Смеси делаются сырые, без возможности просеивания и устранения комков.
Ряд органических порообразователей с высокими показателями водопоглощения «набухают» во влажной формовочной смеси при её «вылёживании».
- Формование заготовок высокопористых кругов с низкой плотность производится на прессах на очень малых давлениях. Сырые заготовки кругов имеют низкую механическую прочность, что затрудняют ручной или механизированный способ перемещения заготовок после формования. Требуются дополнительные формовочные плиты, на которых перемещаются и сушатся заготовки кругов.
У большинства порообразующих наполнителей (особенно крупных) предел упругости значительно отличается от остальных компонентов смеси, особенно абразива. Это приводит к возникновению разрушающих напряжений, после прекращения давления пресса (действие деформирующих сил). Это касается и пределов прочности порообразователей, особенно хрупких. Остаточная влага в сырой заготовке также способствует возникновению разрушающих напряжений из-за влагопоглощения порообразователя.
- Чтобы обеспечить постановку заготовки кругов на печные вагонетки или плиты, они должны иметь достаточную прочность. Это предусматривает специальный щадящий режим сушки заготовок на сушильных плитах.
При постановке на плиты не допускается укладка кругов в стопки для исключения усадки заготовок, только верхним кругом.
- Обжиг кругов, как правило, требует специального температурного режима, с учетом диаграммы фазового состояния связующих, реакционной способности связки. Необходимо исключить оплавление, деформацию и усадку заготовок.
- Припуски на механическую обработку заготовок пористых кругов в большинстве случаев составляет более 10% от объёма круга
- В отличии от шлифовальных кругов по обычной технологии, проверка показателей качества высокопористых кругов (твёрдость, плотность, пористость и пр.) требует специальных методик проверки. Как правило, ведущие производители производят приёмку таких кругов по собственным методикам и внутренним стандартам. Проверяются такие показатели, как газопроницаемость, твёрдость акустическим методом, водопоглощение и т.п. Не имея методик получить высокопористые круги с сопоставимыми эксплуатационными показателями от разных производителей не представляется возможным.
С учётом вышеперечисленных технологических моментов можно заключить, что серийное производство высокопористых кругов связано с дополнительными сложностями и затратами, а самое главное, производитель должен иметь соответствующую научную базу.
Среди производителей высокопористых кругов крайне мало компаний, которые имеют эксклюзивные технологии и ведут разработки кругов на конкретные операции шлифования. Большинство производителей пытаются разработать аналоги кругов, выпускаемых известными высокотехнологичными компаниями. К сожалению, в большинстве случаев, достичь качественных показателей эталонных кругов не удаётся посредственным производителям (если выражаться деликатно).
Ещё один аспект по теме высокопористых кругов следует отметить. Количество высокопористых кругов на керамической связке в валовом объёме производства кругов мизерное (не более 1%). Целесообразность их применения обоснована только на ограниченных операциях:
- при шлифовании профильных заготовок из вязких, высокопластичных сталей и сплавов (нержавеющих, жаропрочных, титановых, цветных);
- при шлифовании деталей из сложнолегированных термообработанных сталей,
склонных к образованию прижогов;
- при глубинном шлифовании заготовок, в особенности профильном, когда доступ
СОЖ в зону контакта круга с деталью ограничен;
- при плоском шлифовании торцом круга;
- при заточке режущего сложнопрофильного инструмента чашечными и тарельчатыми кругами;
- при шлифовании заготовок из магнитно-мягких и магнитно-твёрдых материалов.
- при шлифовании резинотехнических изделий (обрезиненные валы, например,) и полимерных покрытий (особенно полиуретановых) и т.п.
На большинстве операций шлифования применение высокопористых кругов неэффективно. При этом «разработчики» таких кругов пытаются расширить спектр применения, но значительного прогресса не достигнуто.
- при шлифовании деталей из сложнолегированных термообработанных сталей,
склонных к образованию прижогов;
- при глубинном шлифовании заготовок, в особенности профильном, когда доступ
СОЖ в зону контакта круга с деталью ограничен;
- при плоском шлифовании торцом круга;
- при заточке режущего сложнопрофильного инструмента чашечными и тарельчатыми кругами;
- при шлифовании заготовок из магнитно-мягких и магнитно-твёрдых материалов.
- при шлифовании резинотехнических изделий (обрезиненные валы, например,) и полимерных покрытий (особенно полиуретановых) и т.п.
На большинстве операций шлифования применение высокопористых кругов неэффективно. При этом «разработчики» таких кругов пытаются расширить спектр применения, но значительного прогресса не достигнуто.
