Абразивные материалы

Электрокорунд белый

Электрокорунд белый  получают плавлением глинозема в  электродуговых печах. Глинозем является продуктом обогащения бокситовых глин. Содержание корунда в глиноземе 98-99% и 1-2% - алюмината натрия Na2O*11Al2O3. Плотность - 3.90-3.95г/см3. Микротвердость - 19.6-20.9ГПа. Как более твердый материал, используется в инструменте с твердой связкой (керамика). Наиболее эффективен при обработке чугуна, нержавеющей стали. Используется также, в шлифшкурке и свободном виде.

Электрокорунд хром-титанистый

Хром-титанистый электрокорунд  получают в электродуговых печах  плавлением шихты, состоящей из глинозема или бокситов и легирующих компонентов - оксида хрома и оксида титана. Материал из глинозема содержит Cr2O3 не более 0.4%, TiO2 - не более 0.7% ; из бокситов : Cr2O3 - 0.1-0.5%, TiO2 - 1.7-3.5%. Легирование 2-мя компонентами улучшает абразивные свойства материала. Используется в шлифшкурках и свободном виде, и в инструменте для интенсивных режимов обработки конструкционных и углеродистых сталей.

Электрокорунд циркониевый

Циркониевый электрокорунд  получают из шихты глинозема и  оксида циркония в специальных наклоняющихся электродуговых печах, методом "на слив" с последующим интенсивным охлаждением расплава, что позволяет получить микрокристаллический материал с размерами первичных кристаллов до 50мкм. Плотность - 4.05-4.15г/см3. Микротвердость - 22.6-23.5ГПа. Циркониевый электрокорунд обладает высоким коэффициентом шлифования и является самым эффективным материалом в обдирочных операциях с высокими нагрузками и большим съемом металла,- производительность бакелитовых обдирочных кругов из циркониевого электрокорунда более чем в 10 раз превышает производительность кругов их электрокорунда нормального.

Карбид  кремния черный

Карбид кремния SiC получают в электропечах при взаимодействии кремния и углерода. Сырьем для  карбида кремния служат кварцевый  песок Si - не менее 99% и нефтяной кокс с массовой долей золы - не более 1%. Плотность - 3.21г/см3. Микротвердость - 33ГПа. Как очень твердый материал используется при обработке стекла, керамики, железобетона, чугуна. Применяется при изготовлении инструмента с различными типами связки и в шлифшкурке. Структура материала ("незасаливаемая") позволяет обрабатывать мягкие материалы - цветные металлы, дерево, кирпич.

Карбид  кремния зеленый

По своему химическому  составу и физико-механическим свойствам  карбид кремния зеленый незначительно отличается от карбида кремния черного.

Сферокорунд

Сферокорунд получают методом  раздува расплава глинозема и  образования полых корундовых сфер. Содержание Al2O3 в материале - не менее 99%. Плотность - 3.90-3.95г/см3. Микротвердость - 19.6-20.9ГПа.  
Сферокорунд используется для труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочная сталь, мягких и вязких материалов, как кожа или резина. Поддержание абразивных свойств материала происходит за счет разрушения сфер в процессе шлифования и обнажения новых режущих кромок при малом тепловыделении.

Формокорунд

Формокорунд получают методом  экструзии высоковязкой водной суспензии  глинозема, последующей сушки и  спекания при температуре 1700гр.С. Содержание Al2O3 - 80-87%, Fe2O3 - не более 1.5%. Частицы имеют цилиндрическую (С) или призматическую (Р) формы с размерами сечения - 1.2-1.8мм., и длиной - 3.8-8.0мм. Формокорунд используется в тяжелых обдирочных операциях.

Виды абразивной обработки

Существуют следующие  виды абразивной обработки:

• шлифование круглое — обработка цилиндрических и конических поверхностей валов и отверстий;
• шлифование плоское — обработка плоскостей и сопряжённых плоских поверхностей;
• шлифование бесцентровое — обработка в крупносерийном производстве наружных и внутренних поверхностей (валы, обоймы подшипников и др.);
• шлифование бесцентровое лентой — наружные поверхности, в том числе, сложные профили;
• шлифование лентой сложных профилей — например шлифование лопаток турбин;
• отрезание и разрезание заготовок — заготовительное и монтажное производство, демонтаж конструкций;
• притирка — абразивное притирание поверхностей (например, седло и игла дизельной форсунки);
• гидроабразивная обработка — струйная и галтование (отливки, поковки, метизы и др.);
• пескоструйная обработка — очистка субстратов от старой краски, ржавчины, окалины и других загрязнений, а так же сглаживание поверхностей и очистка отливок и поковок;
• ультразвуковая обработка — пробивка отверстий в твёрдых сплавах, извлечение сломанного инструмента, изготовление штампов;
• магнитно-абразивная обработка — обработка магнитно-абразивным порошком в магнитном поле;
• хонингование — обработка отверстий (цилиндры двигателей, насосов и др.);
• полирование — придание поверхности малой шероховатости и зеркального блеска;
• суперфиниширование — окончательное придание наружным, внутренним и сложным профилям высочайшей точности и чистоты поверхности, в том числе алмазное суперфиниширование (точные механизмы, инструмент, детали особо точных приборов, инструментов, оружия и т. д.).

Инструменты абразивной обработки

Абразивные материалы  для применения в промышленности должны быть закреплены или конструктивно  выполнены в виде различных инструментов и составов. Основные виды абразивных инструментов и составов:

• отрезные круги: различных диаметров (до 3500 мм), ширины, высоты и форм (профилей) рабочего (абразивного) слоя и способов закрепления его на корпусе круга.
• шлифовальные круги: Различные абразивные материалы в виде кругов, дисков, конусов разных профилей и диаметров.
• бруски: Абразивные и металлоабразивные разных размеров и профилей для хонингования, притирки, суперфиниширования.
• лента: Синтетическая или растительно-тканная лента разной ширины с приклеенными на ее одной или двух сторонах зернами абразивных материалов.
• наждачная бумага: Абразивный материал, нанесенный на тканевую или бумажную основу.
• пасты: Абразивные притирочные и полировальные абразивы, равномерно распределенные в связующем (парафин, церезин, олеиновая кислота, стеарин, масла, керосин и др.).
• свободное зерно: Сухие абразивные зерна для гидроабразивной, ультразвуковой и пескоструйной обработки.
• галтовочные тела: абразивный инструмент в виде изделий геометрической формы (цилиндр, призма, конус, куб и т. п.), предназначенный для галтовки.

3. Свойства абразивов

Зернистость абразивных инструментов

Измельченный на фракции  абразивный материал называют шлифовальным. Фракция - это совокупность абразивных зерен в установленном интервале размеров. Преобладающую по массе, объему или числу зерен фракцию называют основной. Зернистость характеризует размер режущих зерен основной фракции в данном абразивном инструменте. В зависимости от размера зерен шлифовальные материалы делятся на следующие группы: шлифзерно - от № 200 до № 16; шлифпорошки - от № 12 до № 4; микрошлифпорошки - от М63 до М14; тонкие микрошлифпорошки - от М10 до М5. Шлиф зерно и шлифпорошки получают ситовым рассевом, микрошлифпорошки - осаждением в жидкости (гидроклассификация). Однородность зернового состава, существенно влияющая на шероховатость обрабатываемой поверхности, режущие свойства и стойкость абразивного инструмента, характеризуется процентным содержанием основной фракции. Поэтому условное обозначение зернистости дополняют буквенным индексом, соответствующим этому процентному содержанию: В - высокое; П - повышенное; Н - номинальное; Д - допустимое.

В зависимости от группы материалов зернистость обозначается следующим образом:

• для шлифзерна и шлифпорошков - 0,1 размера (мкм) в свету стороны ячейки сита, на котором задерживаются зерна основной фракции, например 40, 25, 16 (соответственно 400, 250, 160 мкм);
• для микрошлифпорошков - по верхнему пределу размера зерен основной фракции с добавлением индекса М, например М40, М28, М10 (соответственно 40, 28, 10 мкм);
• для алмазных шлифпорошков - дробью, у которой числитель соответствует размеру (мкм) стороны ячейки верхнего сита, а знаменатель - размеру (мкм) стороны ячейки нижнего сита основной фракции, например 400/250, 400/315, 160/100, 160/125;
• для алмазных микрошлифпорошков и субмикропорошков.-дробью, у которой числитель соответствует наибольшему (мкм), а знаменатель - наименьшему размеру (мкм) зерен основной фракции, например 40/28, 28/20, 10/7;
• для шлифзерна и шлифпорошков эльбора - в зависимости от метода контроля: при ситовом методе - 0,1 размера (мкм) в свету стороны ячейки сита, на котором задерживаются зерна основной фракции, например Л20, , Л16, Л10; при микроскопическом методе - аналогично обозначению зернистости шлифзерна и шлифпорошков, например 250/200, 200/160, 125/100.

Твердость абразивных инструментов

Понятие твердости абразивных инструментов по смыслу не совпадает с аналогичным  понятием, определяющим свойства металлов и других твердых тел. Твердость абразивного инструмента характеризует прочность связи в нем абразивных зерен между собой. Поэтому из зерен самого твердого абразивного материала можно изготовить мягкие абразивные инструменты и, наоборот, из абразивного материала малой твердости можно изготовить твердые абразивные инструменты. Мягкими абразивными инструментами (в отличие от твердых) называют такие, из которых абразивные зерна легко выкрашиваются.

Твердость абразивных инструментов характеризует прочность закрепления абразивных зерен в инструменте с помощью связки, поэтому она определяется количеством и свойствами связки, введенной в инструмент. С увеличением количества связки на-1,5% твердость абразивного инструмента повышается на одну степень. При этом объем связки увеличивается за счет соответствующего уменьшения объема пор. Расстояние между зернами остается неизменным.

Твердость абразивных инструментов оказывает  влияние на режущие свойства и  кромкостойкость абразивного инструмента, а также на характер его изнашивания в процессе резания. Если прочность закрепления зерен в абразивном инструменте ниже прочности самого абразивного зерна (мягкий абразивный инструмент), то изнашивание происходит вследствие выкрашивания зерен и абразивный инструмент работает в режиме самозатачивания. Если же прочность абразивного зерна окажется ниже прочности его закрепления в инструменте (твердый абразивный инструмент), то изнашивание будет протекать частично за счет хрупкого разрушения, скалывания зерен и частично за счет их стирания с образованием площадок износа на зерне.  

Получение абразивных инструментов требуемой  твердости достигается соответствующей  технологией их изготовления, устанавливающей  соотношение абразивного зерна  и связки: давлением при прессовании, температурой и длительностью термической обработки (обжига).

4. Структура абразивных инструментов

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

                 V_З + V_С + V_П = 100 %,                                                               (1)

где V_З, - объем зерна, V_С - объем связки, V_П - объем пор.

Определяющим параметром структуры является объем V_З.

С увеличением на один номер структуры  объем зерен уменьшается на 2%, расстояние между зернами и размер отдельных пор увеличиваются, однако ни сохранения 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 следующие:

№ 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, выгорающими в процессе термической обработки (пластмасса, уголь, древесная мука).