Статья опубликована в журнале «Оборудованием и инструмент для профессионалов» №5 2017 https://www.informdom.com/
Статья с рекомендациями по выбору характеристик абразивного инструмента, опубликованная в номере 5/2016 , вызвала интерес специалистов предприятий, на которых операции шлифования заготовок являются ключевыми в производственном процессе. Рекомендации, приведенные в статье, вызвали дополнительные вопросы. С одной стороны, специалисты подтверждают информационный вакуум в области абразивной обработки и важность практической информации, просят расширить рекомендации на весь спектр шлифовальных операций. С другой стороны, рекомендованные характеристики шлифовальных кругов не всегда полностью совпадают с приведенными в действующих технологических картах предприятий, которые обеспечивают необходимые результаты обработки. Но в любом случае специалистов интересует более конкретное обоснование выбора характеристик. Это в первую очередь касается марки и зернистости абразивного материала, которые во многом определяют эксплуатационные свойства любого абразивного инструмента. Именно поэтому появилась целесообразность опубликовать продолжение статьи и более глубоко раскрыть тему абразивной обработки с применением традиционных абразивных материалов на керамической связке.
В настоящее время накоплены обширные теоретические и экспериментальные материалы, на базе которых сформированы научные основы шлифования, включая разработку различных моделей управления этим процессом и создание широкого спектра стандартного абразивного инструмента. Однако вопрос о влиянии составляющих абразивного инструмента на его свойства и эксплуатационные показатели остается предметом полемики у специалистов «различных школ». Это является одной из причин отсутствия общепринятой взаимосвязи свойств абразива и параметров шлифования. При «многовариантности» характеристик абразивного инструмента иногда игнорируются тот факт, что основной составляющей любого абразивного инструмента является абразивный материал и от его взаимодействия с обрабатываемым материалом, в первую очередь, зависит эффективность обработки. Стандартные показатели абразивных материалов не отражают их основных свойств и не позволяют определить область их применения в составе абразивного инструмента.
В более ранних авторских статьях тема эксплуатационных свойств абразивных материалов была освещена, но не в контексте назначения характеристик шлифовальных кругов на керамической связке. Это микротвёрдость шлифзерна, способность к самозатачиванию (разрушаемость, хрупкость), износостойкость, термостойкость и степень взаимодействия с материалами. Эти свойства абразивных материалов напрямую определяют их назначение и целесообразно их описать применительно к традиционным абразивным материалам, используемым в шлифовальных кругах на керамической связке.
О твёрдости абразивных материалов, определяющей их абразивные свойства, наиболее объективен показатель микротвёрдости, полученный на приборе ПМТ-3 (методом вдавливания алмазной пирамиды в поверхность испытуемого материала при постоянной нагрузке 1,96 H). Стандартный показатель разрушаемости (хрупкости), определяемый на приборе ПХЗ, определяет способность к самозатачиванию в процессе шлифования. Режущие свойства инструмента, производительность процесса шлифования и качество шлифованной поверхности так же зависят от сопротивляемости абразивных зерен механическому истиранию (износостойкости). Износостойкость абразивных материалов определяется на стандартном приборе типа АСЗ-4.
Эти показатели, приведенные в нижеследующей таблице, достаточно наглядно показывают основные практические свойства абразивных материалов, в сравнении:
В дополнение к приведенным характеристикам очень важно иметь понимание о термостойкости абразивных материалов.
Наибольшей термостойкостью обладают материалы электрокорунда (1700—1900 0C), наименьшей (700—800 0C) алмаз и карбид бора. Термостойкость абразивного материала влияет на технологию изготовления абразивного инструмента, на выбор режимов шлифования и необходимость использования охлаждающей жидкости, т.к. с повышением температуры твердость материалов снижается. Например, при нагреве электрокорунда от 20 до 1000° С его микротвердость снижается более чем в 3 раза, у карбида кремния до 4-х раз.
Важнейшим показателем, определяющим выбор абразивного материала, является степень химического взаимодействия. Она определяет область применения абразивных материалов для обработки тех или иных материалов и зависит от химической устойчивости материалов и взаимодействия их с обрабатываемым материалом:
Если при выборе конкретных марок абразивных материалов учесть такой показатель, как обрабатываемость материала шлифованием, то результат будет гарантирован. В каждую группу входят материалы, которые создают при обработке один тип нагрузки на режущее зерно и тем самым определяют один и тот же тип износа абразивного зерна.
Такая градация принята не случайно. Химический состав металла, существенно влияет на качество резания, степень окисления стружки и качество разрезаемой поверхности. Например, алюминий, кремний, никель и др. способны образовывать химически устойчивую пленку, увеличивая стойкость сплавов к окислению. Наоборот, повышение содержания углерода снижает устойчивость сплавов против окисления и тем самым способствует процессу образования стружки и облегчает ее удаление с поверхности круга. Таким образом, повышение степени окисления облегчает процесс шлифования, а понижение затрудняет. Поэтому углеродные стали, например, лучше шлифуются, чем легированные конструкционные и инструментальные. Легирующие присадки способствуют образованию в сталях карбидных соединений, повышают их твердость и температуру плавления. Это увеличивает степень «затупления» абразивных зерен, понижает стойкость шлифовальных кругов.
Немаловажное значение для процесса шлифования имеют и физико-механические свойства шлифуемого материала - теплопроводность и теплостойкость, прочность и вязкость. Так, обработка сплавов с низкой теплопроводностью происходит при высоких температурах, что делает их труднообрабатываемыми. Высокая прочность в сочетании с большой вязкостью так же затрудняет процессы шлифования. Например, серый чугун шлифуется и режется кругами значительно легче, чем отбеленный или легированный.
Абсолютно понятно, что свойства абразивных материалов и обрабатываемых материалов намного шире. Присутствует многочисленные факторы по видам операции шлифования и режимам. Но ориентировочно можно сформировать рекомендации, которые позволят подобрать тип абразивного материала под определённые материалы и операции шлифования:
Все вышеперечисленные абразивные материалы, независимо от технологии изготовления и методов переработки подвергаются классификации по крупности, с получением абразивных материалов стандартных номеров зернистости. В настоящее время большинство абразивных материалов выпускаются зернистостями в соответствии со стандартом FEPA (Федерации Европейских Производителей Абразивов).
Размер зерна выражен в виде номера. Чем меньше цифра, тем грубее зерно, чем больше цифра, тем тоньше зерно. Размер зерна – количество зерен, уложенных один за другим в линейный дюйм (25,4 мм).
Главная цель такой классификации получить шлифматериалы, которые обеспечивают прогнозируемый класс шероховатости обработанной поверхности. Ориентировочное соотношение размера зернистости и получаемого диапазона шероховатости, для операций шлифования абразивными кругами (кроме обдирочных операций), приведено в нижеследующей таблице:
Кроме показателя шероховатости, при выборе зернистости шлифовального круга
следует учитывать следующие факторы:
- Шлифовальные круги с использованием крупных номеров зернистости применяют для высокой скорости съёма и большого припуска, при большой площади контакта круга с обрабатываемой деталью, где параметр шероховатости вторичен
- Средне- и мелкозернистые круги применяются для получения шероховатости в пределах Ra 0,32-0,03; при обработке закаленных сталей и твердых сплавов, при окончательном шлифовании, заточке и доводке инструментов; при высоких требованиях к точности обрабатываемого профиля детали, для твёрдых и хрупких материалов, для шлифования заготовок с малым сечением.
- С уменьшением размера абразивных зерен повышается их режущая способность за счет возрастания числа зерен на единице рабочей поверхности, но уменьшается съём материала с обрабатываемой детали за единицу времени.
- Уменьшение размера зерен приводит к значительному уменьшению пор круга, что вызывает необходимость снижения глубины шлифования и величины снимаемого на операции припуска.
Использование приведенных рекомендаций позволит эффективно подбирать характеристику шлифовальных кругов, естественно с учётом других важных параметров, таких как твёрдость, структура, тип связующего, класс точности и др.