Выбор абразивных частиц для шлифовальных кругов: натуральные против искусственных

Абразивные частицы для шлифовальных кругов бывают двух типов: 1. Натуральные абразивы и 2. Искусственные абразивы. Для большинства целей натуральные абразивы не используют из-за преимуществ искусственных (полученных синтетически).

Натуральные абразивы:

Образуются неконтролируемыми силами природы.

Основные применяемые натуральные абразивы:

(а) Песчаник или твердый кварц

(б) Эмери (50–60% кристаллического Al₂O₃ + оксид железа)

(в) Корунд (75–90% кристаллического Al₂O₃ + оксид железа)

(г) Алмазы

(д) Гранат.

Эффективность абразивных частиц:

Эффективность зависит от:

(i) Чистоты

(ii) Однородности состава

(iii) Твердости — правило: твердость абразива должна быть выше твердости обрабатываемого материала

(iv) Вязкости — если круг не вязок, абразивные частицы легко ломаются, износ круга अत्यчен

(v) Остроте ломана — лучшее резанье дают острые абразивы. Натуральные абразивы дают затупленные края, поэтому менее эффективны в резании.

Прогресс в абразивных частицах:

Произошел значительный сдвиг в типах обрабатываемых материалов — от мягких к трудношлифоваемым твердым материалам. Любой твердый материал можно дообработать только шлифованием. Эти новые твердые материалы ставят перед шлифовальными кругами серьезные вызовы.

Требуются серьезные улучшения кругов — и по спецификации, и по технологии изготовления.

Некоторые улучшения:

i. Более вязкие абразивы, дольше сохраняющие остроту

ii. Ломкие абразивы, непрерывно самоостраивающиеся, обнажая новые острые ребра

iii. Круги с низким уровнем вибраций на высоких скоростях

iv. Более строгие геометрические допуски кругов.

Производители абразивов разработали различные решения: комбинации новых абразивов (например, линейка 86A), улучшенные связующие системы и более строгие технологические пределы — в итоге значительно более качественный продукт для точного шлифования.

Абразив 86A — революционный для точного шлифования. Базово два семейства: Оксид алюминия (AlO) и Карбид кремния (SiC).

Оксид алюминия — для ферристых металлов, Карбид кремния — для неферристых. В семействе AlO есть разные типы по химическому составу и кристаллической структуре.

Монокристаллический AlO (32A) и Белый оксид алюминия (38A) — два самых распространенных типа. 32A — быстрый абразив для тяжелого точного шлифования. 38A — ломкий тип для точного шлифования.

Свойства обоих объединены в революционный 86A. Это зерно дольше держит режущее ребро — более холодное резание, меньше металлургических повреждений поверхности. Дольше живое ребро — больше деталей между заточками, ниже затраты на шлифование.

86A идеален для высокопроизводительных применений за счет высокой скорости удаления материала. Эффективен на трудношлифоваемых материалах. Лучше всего для высокоскоростных сталей, литых сплавов и резаков, никелевых сплавов, высокохромистых сталей. Твердость 86A ~2150–2250 кнуп, 38A ~1900–2100 кнуп.

Сравнительная эффективность 86A vs 38A на рис. 20.4а,б. Шлифовальное отношение (объем удаленного материала / объем износа круга) у 86A выше на диапазоне скоростей удаления. Удельная вязкость зерна выше у 86A. Удельная энергия шлифования ниже у 86A — при той же потребляемой мощности 86A удаляет больше материала. Итог: шлифовальная способность (отношение шлифовального отношения к удельной энергии) 86A выше 38A.

Приложения, где 86A показывает превосходство: инструментальное шлифование, плоское, зубчатое, внутреннее, шлифование катушек подшипников и другие формошлифовальные операции.

Искусственные (полученные синтетически) абразивы:

Качество и состав легко контролируются, эффективность намного выше натуральных.

Наиболее применяемые синтетические абразивы:

(а) Карбид кремния (SiC):

Разных цветов. Особый сине-зеленый оттенок отлично подходит для заточки режущих инструментов. Торговые наименования: «Карборандум», «Кристолон», «Электрон» и др.

(б) Оксид алюминия (Al₂O₃):

Торговые наименования сплавленного оксида алюминия: «Алоксайт», «Алундум», «Боролон». Особая форма — белый Al₂O₃, при чистоте выглядит как блестящий белый кристалл. Лучше всего для инструментальных сталей, где тепловыделение при шлифовании низко.

(в) Карбид бора.

(г) Нитрид бора (CBN):

Круги на CBN шлифуют закаленные и трудношлифоваемые стали. Долгая жизнь, высокие шлифовальные отношения. Температура при шлифовании намного ниже — лучшее качество и чистота поверхности.

Производство искусственных абразивов:

(а) Карбид кремния:

Ингредиенты тщательно смешивают и нагревают в электропечи при ~2320 °C около 36 часов. Твердую массу дробят, промывают, обрабатывают щелочами. Снова промывают и мелко измельчают. Просеивают через сита разной номера. Для тонкого шлифования берут частицы 180–200 мesh.

Ингредиенты:

(i) Кварцевый песок — 25 частей

(ii) Нефтяной кокс (недеструктивная дистилляция, очень чистый) — 34 части

(iii) Поварочная соль — 2 части

(iv) Древесная пыль (опилки) — 12 частей

Кварцевый песок дает кремний, нефтяной кокс — углерод, древесная пыль горит при высокой температуре, создавая пористую структуру. Обычно зеленовато-черный цвет.

(б) Оксид алюминия (Al₂O₃):

Плавили минерал боксит (гидратированный Al₂O₃ + Si₂O₃ + титановый оксид) с коксовой пылью и железным ломом. Плавят в электропечи, после плавления дробят, промывают, обрабатывают щелочами, снова промывают, измельчают и сортируют. Цвет красновато-коричневый, вязкий и острый, склонен к ломанию — для шлифования инструментальных сталей.

Сравнение SiC и Al₂O₃:

(i) Al₂O₃ вязче SiC, но менее тверд. Al₂O₃ отлично подходит для материалов с высокой пределом прочности на растяжение (2700 кгс/см²). Если Al₂O₃ использовать с материалом низкой прочности, сопротивление материала кругу мало — абразивные частицы не сбрасываются, затупляются, шлифование плохое. Поэтому все вязкие материалы (быстрорежущие стали, вязкая бронза, медь) шлифовать Al₂O₃, а не другими.

(ii) SiC тверже и более ломок. Если использовать с высокопрочными материалами, сопротивление детали будет велико, абразивные частицы быстро ломаются — быстрое самоостраивание. Главно применяют с материалами низкой прочности: чугун, карбидные пластины, вольфрамовый инструмент, неметаллы (мрамор, твердая резина, пластик, кожа). С этими материалами вязкие частицы Al₂O₃ ломаются реже. Царапинная твердость SiC выше. Специальная форма SiC для шлифования и заточки твердосплавных режущих пластин.