Об абразивном инструменте

Шлифовка и доводка поверхностей связаны с использованием абразивных материалов, из которых производятся разнообразные абразивные изделия: наждачная бумага и ткань («шкурка»), шлифовальные и правочные бруски, керамические и вулканитовые головки и многое другое.

Абразив характеризуется природой материала, его кристаллической структурой, твердостью и размером зерен. Все это определяет режущую способность абразива, а зернистость,- кроме того, и достижимую шероховатость обрабатываемой поверхности.

Термины, используемые в технологии абразивов и полировке.

• Зерно.

Абразив представляет собой зерна, классифицированные на узкие размерные фракции, которые используются для полировки, дальнейшего полома, изготовление жесткого и эластичного абразивного и6нструмента.

• Зернистость.

Результат измерения величины зерен. Зерна делятся на фракции. Фракция – совокупность зерен абразива, размер которых лежит в заданной области. Фракция, преобладающая в абразиве,- основная.

• Связка. 

Связка – материал, который объединяет отдельные шлифовальные частицы в связанную структуру. Она должна исключать преждевременное выкрашивание отдельных зерен, их залипание, а также не должна захватывать частицы срезанного металла.

• Керамическая связка.

Состоит главным образом из отобранной глины. В процессе обжига глиняная масса превращается в стекло или фарфор.

•  Синтетическая связка. 

Связующий материал, представляющий собой синтетические смолы.

• Органическая связка. 

Связка из органических материалов, как-то искусственные смолы, резины, шеллак.

• Финишная обработка поверхности.

Складывается из трех взаимнопереходящих этапов: шлифовки, доводки и зеркальной полировки.
Шлифовка - производится жесткими абразивными материалами и предназначена для удаления рисок от механообработки.
Доводка – обработка осуществляемая свободной абразивной лентой, кругами, эластичным абразивом, грубыми пастами с твердыми притирами. В процессе доводки обеспечивается размерная точность поверхности и полностью устраняются риски.
Зеркальная полировка – завершающая стадия финишной обработки, производится мягкими притирами с тонкими пастами. Обеспечивает зеркальный блеск.

Абразивы.

• Карбид кремия.

Карбид кремия наиболее твердый из производимых абразивов. Он используется в шлифовальном инструменте на керамической, синтетической и органической связке и применяется для обработки отливок, твердых металлов, цветных и легких сплавов, камня, стекла и фарфора. В виде порошка карбид кремия применяется для резки, шлифовки, доводки и полировки стекла, керамики и металлов. Карбид кремия изготавливается в электропечах из кварцевого песка (SiO2) и кокса(С).

Цвет карбида кремия – от зеленого до черного, а также бесцветный.

Химические свойства карбида кремия: нерастворим в кислых и щелочных растворах, нестоек в расплавах щелочей.

Материалы на основе карбида кремия: шкурки на бумажной и тканевой основах, шлифовальные круги и бруски на керамической, синтетической или органической связке.

Отечественная промышленность выпускает черный (марки 53С, 54С, 55С) и зеленый (марки 63С, 64С) карбид кремия, предназначенный абразивного инструмента, шлифовальной шкурки и обработки свободным зерном.

Карбид кремия черный применяется для обработки заготовок из цветных металлов, кожи, резины, пластмасс.

Карбид кремия зеленый применяется при шлифовании заготовок из титановых и других видов жаропрочных сплавов, заточки и доводки инструмента, в том числе твердосплавного, обработки немет. материалов

• Окись алюминия (Al2O3).

Окись алюминия – твердый абразив, содержащийся в естественном наждаке и корунде, а также в плавленом корунде.
В России известно большое число марок корунда:
Белый электрокорунд:
23А, 24А – для абразивного инструмента, шлифовальной шкурки и обработки свободным зерном;
25А – для абразивного инструмента на керамической связке, в т.ч. прецизионного классов А и АА.

Электрокорунд белый применяется при чистом, скоростном и прецизионном шлифовании заготовок из углеродистых, быстрорежущих и легированных сталей.

• Наждак.

Естественный абразив низшего качества, чем окись алюминия.

• Алмаз.

Природный или синтетический материал, обладающий самой высокой твердостью.

Зерна синтетического алмаза имеют поликристаллическую структуру, в то время, как природный алмаз используется в измельченном виде. Нерегулярная ориентация алмазных кристаллов обеспечивает высокую твердость и износостойкость во всех направлениях. Слипание кристаллов алмазного слоя уменьшает опасность скола вследствие удара. Применяется для обработки твердых сплавов, литья, твердых легированных покрытий, керамики, стекла, камня, оксидов, нитридов, карбидов, композитных материалов, стекло-и органопластиков.

В отечественной промышленности алмазные шлифпорошки производятся по ГОСТ9206-80, согласно которому индексом А обозначены порошки из природного алмаза, АС – из синтетического, АП – из поликристаллических алмазов.

Микропорошки и субмикропорошки маркируются индексом М после обозначения природы порошки (например, АМ, АСМ).Цифровой индекс в обозначении порошков из природных алмазов соответствует десяткам процентов содержания кристаллов изометрической формы. Изометрической считается форма зерна, отношение длины к ширине проекции которого (коэффициент формы) не превышает 1,3 (А1, А8).

В шлифпорошках из синтетических алмазов цифра соответствует среднеарифметическому показателю нагрузки при сжатии единичных зерен, выраженному в ньютонах (АС2, АС20). Этот показатель характеризует состояние зерен, например, АС2 – повышенная хрупкость , зерна представлены агрегатами с развитой режущей поверхностью; АС20 – зерна представлены целыми кристаллами и их обломками и сростками, обладающие повышенной прочностью, с коэффициентом формы не более 1,5.

Синтетический алмаз:

АС2 – инструмент на ограниченной связке для чистовых и доводочных операций;
АС6 - инструмент на металлической связке для работы при повышенных нагрузках;
АСМ – инструменты, пасты и суспензии для доводки и полировки закаленных сталей.

Размер зерна и обозначение абразивов.

Абразивные порошки в разных странах маркируются по разному, кроме того, маркировка зависит от природы материала. Все это вносит существенную путаницу при выборе абразивного инструмента.
Следует различать маркировку для алмазных и абразивных порошков.

Для алмазных порошков, как правило, указывается размер зерен в мкм. По ГОСТу – указывается диапазон размеров через дробь.
Размер абразивных порошков на основе окиси алюминия и карбида кремия, дается, как номер основного сита при ситовом анализе.
Очень мелкий абразив, известный как «мука», не может быть рассеян на ситах. Его размер определяется специальными методиками по скорости расслоения и осаждения взвеси абразива в воде. Зачастую фирмы-производители используют свои методы и свои обозначения таких абразивов, что затрудняет их сопоставление.

В России подход к оценке зернистости иной: согласно ГОСТ 3647-80 шлифованные материалы по величине зерна делятся на четыре группы: шлифзерно (2000-160 мкм), шлифпорошок (125-40мкм), микрошлифпорошок (63-14 мкм) и тонкий микрошлифпорошок (10-3 мкм).
Шлифзерна и шлифпорошки – число, равное 0,1 размера стороны ячейки сита основной фракции в свету, например, 40 и 25 для зерен 400 и 250 мкм, соответственно;
Микропорошки – буква М с численным индексом, равным верхнему значению размера основной фракции, например, М40 и М10 для зерен 40 и 10 мкм, соответственно;
Алмазные шлифпорошки – дробь, числитель которой соответствует размеру стороны ячейки верхнего сита, а знаменатель – нижнего сита, основной фракции, например 400/250 или 160/100;
Алмазные микропорошки и субмикропорошки – дробь, числитель которой равен наибольшему, а знаменатель – наименьшему, размеру зерен основной фракции.
Свободные абразивные зерна используются редко, в основном применяются различные инструменты, в которых абразив находится в связанном состоянии. Алмазные надфили, рассмотренные выше, по существу являются абразивными инструментами.
Связка и структура абразивного инструмента.

Как отмечалось, связка представляет собой вещество, объединяющее отдельные частицы шлифовальных материалов в связанную структуру. Часто связка представляет собой смесь различных веществ, придающих ей определенные физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства. Зарубежные фирмы обычно не раскрывают характера и свойств связки своих изделий. Известно, что ими применяются керамическая, синтетическая и органическая связки. Точной аналогии с отечественными материалами нет. В России применяются: керамическая (К2, К3, К2, К1, К5, К8), бакелитовая (Б, Б1, Б2, Б3, Б4, БУ, Б156, БП2) и вулканитовая (В, В1, В2, В3, В5, Гф, Пф, Э5,э6) связки.

За рубежом алмазные инструменты рассматриваются, как спеченный или гальванически осажденный алмаз. В России подход унифицирован: для алмаза используется органическая с металлическим (Б156, БП2, ТО2) или минеральным (Б1, О1) наполнителем, органическая (Б3,Б1,БР,Р9,Р14Е), металлическая (МВ1,ПМ1, М1, МК, М15), гальваническая никелевая, керамическая (К1) и др. связки.

Назначение и эксплуатационные характеристики абразивного инструмента определяются структурой инструмента, которая определяется соотношением объемов шлифовального материала, связки и пор.

За рубежом все значительно сложнее. Установившейся структуры обозначения инструмента нет. Каждая фирма-производитель вводит свои обозначения, не раскрывающие природы вещей, кроме того, ряд фирм-поставщиков, таких, как HASCO, DME, EOC Normalien и другие вводят свои обозначения, причем изготовитель ставит их на своей продукции, окончательно затемняя дело. В такой ситуации, приобретая два изделия под разными названиями, но внешне похожих, нельзя быть уверенным, что это не одно и то же. При выборе и эксплуатации инструмента следует ориентироваться на рекомендации поставщика или учитывать свой опыт.

• Шлифовальные бруски.

Шлифовальные бруски представляют собой стержни из связки с распределенным в ней абразивом. Связка и абразив должны удовлетворять разнообразным, зачастую противоречивым требованиям. Вот некоторые из них.
Зерна абразива должны быть с одной стороны достаточно прочными и твердыми, для обеспечения съема металла, а с другой стороны - хрупкими, чтобы разрушаться по мере затупления. При раскалывании зерна образуются новые режущие кромки, что позволяет поддерживать эффективность обработки.

Связка должна прочно удерживать зерна абразива, исключая выкрашивание в процессе резки, особенно при затуплении, и обеспечивая их разрушение. В то же время, полностью разрушенное и отработанное зерно должно беспрепятственно удаляться из связки, обеспечивая доступ в зону резки новых зерен. В противном случае происходит «засаливание» бруска. От связки зависит такой важный параметр, как жесткость бруска. В США этот параметр определяется сортом, имеющим буквенный индекс от А (самый мягкий) до Z (самый твердый). Обратите внимание, что одинаковые сорта разных производителей не совпадают по своим характеристикам. В Европе немецкая фирма EOC Normalien применяет пятибалльную шкалу для характеристики брусков. В отечественной промышленности бруски делятся по твердости: высокомягкие( ВМ1; ВМ2; ВМ3), мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2, СМ3), средние(С1, С2, С3), среднетвердые (СТ1, СТ2; СТ3), твердые (Т1, Т2), чрезвычайно твердые (ЧТ1, ЧТ2).

Примерное применение для инструмента с различными типами связки:
С1-СТ1 Плоское шлифование сегментами и кольцевыми кругами на бакелитовой связке.
СМ1-С2 Окончательное и комбинированное круглое наружное, бесцентровое и внутреннее шлифование периферией круга.
СМ1-СМ2 Заточка режущих инструментов с механической или автоматической подачей.
М2-М3 Заточка и доводка режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом, шлифование трудно обрабатываемых сплавов.

При выборе инструмента следует учитывать, что связка не должна обладать абразивными свойствами. Это особенно недопустимо для мелкозернистых брусков.

Однако, в пределах одинаковой зернистости, форма кристаллических частиц абразива имеет решающее влияние на режущую способность и характер получаемой поверхности. Например, окись алюминия имеет зерно «блочной» формы, которое при обработке дает широкую царапину. При рассмотрении в отраженном свете такая поверхность кажется яркой. Зерна карбида кремия такой же зернистости имеют тонкие и острые грани, которые дают узкие царапины. Такая поверхность в отраженном свете кажется более темной.

Пористость бруска, именуемая структурой оказывает влияние на результат обработки. От структуры бруска зависят усилие прижима, приемы работы с ним, а в итоге – конечный результат. Существует множество способов влияния на структуру бруска в процессе его производства, что приводит к обилию патентов и «ноу-хау» в этой области, что затрудняет выбор необходимого типа полировального бруска.