ОАО «Волжский абразивный завод»

Структура и твердость абразивного инструмента

Структура абразивного инструмента

Структура абразивного инструмента характеризуется содержанием абразивного материала в единице его объема, выраженным в процентах.

VЗ + VС + VП = 100 %,
где VЗ, - объем зерна, VС - объем связки, VП-объем пор.

Определяющим параметром структуры является объем VЗ.

С увеличением структуры на один номер объем зерен уменьшается на 2%, расстояние между зернами и размер отдельных пор увеличиваются, однако при сохранении одинаковой твердости инструмента объем связки также увеличивается на 2%, при этом объем пор остается неизменным. Таким образом, абразивные инструменты, имеющие одинаковые зернистость и твердость, но разные структуры, различаются между собой по степени сближения абразивных зерен.

Структуру, обозначенную № 1...4, принято называть закрытой (плотной), № 4...8 - средней,
№ 9...12 и выше (до 16) - открытой. Чем больше номер структуры, тем больше расстояние между зернами, т. е. структура более открытая.

Рекомендуемые области применения абразивного инструмента основных номеров структур:

• № 1...3 - изготовление инструмента на бакелитовой и керамической связках при шлифовании с малым съемом металла, преимущественно для обработки шарикоподшипников;
• № 3, 4 - профильное шлифование, шлифование, с большими подачами переменной нагрузкой, отрезные работы;
• № 4...6 - круглое наружное, бесцентровое, плоское шлифование периферией круга;
• № 7...9 - плоское шлифование торцом круга, внутреннее шлифование, заточка инструмента;
• № 8...10 - шлифование и заточка инструмента, оснащенного твердым сплавом;
• № 8...12 - профильное шлифование мелкозернистыми кругами (резьбошлифование).

Абразивные инструменты открытой структуры имеют улучшенные условия отвода стружки, меньшее тепловыделение. Наиболее эффективно их применение при обработке вязких металлов, а также металлов, склонных к прижогам и трещинам.

Помимо шлифовальных кругов с заранее заданной структурой, на керамической связке изготовляются круги, отличающиеся повышенной пористостью (величина пор до 2-3 мм) и получившие название высокопористых. Поры в таких кругах создаются различными наполнителями (порообразователями), выгорающими в процессе термической обработки (пластмасса, уголь, древесная мука и т.д.). Объемная масса высокопористых кругов значительно меньше, чем обычных, в результате чего они при тех же размерах, что и обычные, легче и требуют меньшего расхода энергии на вращение.

Высокопористый круг лучше охлаждается поступающим в процессе работы воздухом. Установлено, что скорость воздуха в зоне резания при вращении высокопористого круга на 25-35% больше, чем при вращении обычного, что позволяет работать с большей глубиной резания и с меньшей опасностью прижога обрабатываемой детали. Наличие большого количества крупных пор, а также увеличенная скорость воздушной струи в процессе работы абразивного инструмента создают лучшие условия для удаления стружки и уменьшают возможность застревания ее в порах, тем самым исключая так называемое «засаливание» рабочей поверхности абразивного инструмента.

При обработке мягких и вязких материалов (красной меди, алюминия, пластмассы, дерева, резины, кожи и т. п.) рабочая поверхность высокопористого абразивного инструмента дольше остается работоспособной и реже требует правки. Высокопористые круги по сравнению с обычными имеют примерно в 1,5 раза меньший удельный износ.

При заказе высокопористых кругов следует сообщать заводу-изготовителю условия их применения и требования, предъявляемые к выполняемой операции. Высокопористые круги следует заказывать зернистостью на 1-3 номера мельче, чем обычно. Например, если применяется структурный круг зернистостью 40, то высокопористый следует заказывать зернистостью 25 или 16.

Твердость абразивного инструмента

Твердость абразивного инструмента характеризует способность связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен с рабочей поверхности под влиянием внешних сил. На твердость абразивного инструмента влияют как содержание связки, вид связки, размер абразивных зерен, так и размер пор.

Твердость – один из основных параметров абразивного инструмента, необходимых при выборе  инструмента для конкретной операции абразивной обработки, и она должна быть оптимальной для определенной  операции, обеспечивающей возможность затупившимся зернам вырываться из связки и тем самым вскрывать новые абразивные зерна, т.е. способствовать самозатачиванию абразивного инструмента. При высокой степени твердости затупившиеся зерна не будут своевременно вырываться из инструмента, что приведет к появлению следов дробления, рисок, прижогов.

От твердости абразивного инструмента зависят качество обрабатываемой поверхности, частота правки шлифовальных кругов, производительность обработки. Твердость абразивных инструментов относится к группе физических величин, с помощью которых определены лишь отношения типа «больше - меньше» («тверже - мягче»). Для контроля твердости абразивных инструментов используются механические и акустические методы.

По степени твердости абразивный инструмент подразделяется на ряд групп:

В градации степеней твердости цифры 1, 2, 3 характеризуют твердость в порядке возрастания. При выборе твердости круга необходимо руководствоваться следующими положениями:

• Твердые материалы скорее затупляют абразивные зерна и удаление их скорее происходит в мягких кругах. Поэтому для обработки твердых материалов следует применять мягкие абразивные инструменты, а для материалов небольшой твердости – более твердые (исключение – медь, алюминий, свинец, нержавеющая и жаропрочная сталь, которые шлифуют мягким инструментом. При обработке вязких материалов отходы шлифования заполняют поры круга и поверхность «засаливается»);
• Для предварительных операций применяют более твердые инструменты, чем для чистовых;
• При шлифовании без применения СОЖ следует использовать более мягкие круги, чем при работе с охлаждением;
• На автоматических станках устойчивых и жестких конструкций со спокойным ходом шпинделя
  применяются более мягкие круги, чем на станках с ручной подачей;
• При шлифовании неровных, прерывистых поверхностей применяются более твердые инструменты, чем при шлифовании ровных поверхностей;
• Мягкий круг экономичнее твердого, т.к. правится и позволяет вести обработку с более интенсивными режимами, однако его твердость не должна быть слишком низкой, чтобы круг не потерял форму и не увеличивался износ – в результате трудно будет получить деталь необходимых размеров и форм.