Шлифовальные круга: производство, маркировка и промышленное применение

Статья охватывает: 1. Производство шлифовальных кругов 2. Процессы изготовления 3. Твердость (марка) 4. Структура 5. Площадь контакта.

Производство шлифовальных кругов:

(i) Абразивные частицы дробят в порошок и пропускают через магнитные сепараторы для удаления железных примесей.

(ii) Промывают водой (пыль, примеси), затем химическим составом (жир).

(iii) Сортируют по зерновому составу через сита.

(iv) Смешивают с соответствующим связующим материалом (выбор зависит от абразива и процесса), формсуют, сушат.

(v) После сушки обжигают (температура зависит от процесса). После обжига связующее застывает и удерживает частицы.

(vi) Подрезают и дают окончательную форму.

(vii) Тестируют на трещины, герметичность и баланс. При высоких оборотах трещины недопустимы. На герметичность — гидротест или иной метод. Балансируют статически и динамически. Статическая балансировка обычно перед эксплуатацией на мандрале.

Строгий контроль при производстве (плотность, текучесть смеси, геометрическая точность) дает более равномерные и стабильные круги. Достигается автоматизацией прессов, текучими смесями, контролем размера при формовке, микропроцессорным контролем печей, ЧПУ-заточкой.

Процессы изготовления кругов (типы связующих):

1. Тип связующего (Bonding Process):

Связующее удерживает абразивные зерна вместе, позволяя смеси держать форму круга.

Основные типы связующих:

(i) Керамическое (V — Vitrified)

(ii) Силикатное (S — Silicate)

(iii) Шеллаковое (E — Shellac, обозначено по свойству — эластичность, чтобы не путать с силикатным)

(iv) Каучуковое (R — Rubber)

(v) Бакелитное/резолиновое (B — Bakelite/Resinoid).

Чтобы извлечь максимум из абразива, связующее должно быть прочным, универсальным, с удержанием краев. Идеальная система обеспечивает равномерное сбрасывание зерен — круг дольше остается самозаточающимся (free cutting).

Нагрузоустойчивые и самозаточающиеся системы с усилением удержания формы снижают частоту заточки — значительное увеличение ресурса круга. Это также повышает деталей в час за счет экономии времени на заточку и роста ресурса.

2. Формовочный процесс (Moulding Process):

(i) Керамический процесс (для керамического связующего):

Самый распространенный. Абразивы смешивают с керамической масой, формсуют, сушат, обжигают при 715 °C 12–14 дней.

Преимущества:

(a) Круги очень прочные и пористые. Пористость дает высокую скорость удаления металла.

(b) Устойчивы к кислотам, щелочам, химически инертны.

Недостатки:

(a) При высокой температуре обжига высок риск термических деформаций и трещин. Круги выпускаются в разных марках твердости в зависимости от степени деформации.

(b) Диаметр ограничен 90 см из-за сложностей производства.

(c) Не выдерживают суровых условий (принудительные колебания, автоколебания станка) — из-за хрупкости ломаются.

(d) Производство занимает ~30 дней.

(e) Не для скоростей резания выше 2000 м/мин. (Отрезание абразивным кругом — очень быстрая операция с отличной чистотой).

(ii) Силикатный процесс (для силикатного связующего):

Натриевый силикат смешивают с абразивом, формсуют, сушат несколько часов, обжигают при 270 °C 20–80 часов.

Преимущества:

(a) Низкая температура — возможно свободное резанье (free cutting).

(b) Процесс быстрый — несколько дней.

(c) Круги диаметром >90 см возможны.

(d) Круги очень эффективны: связующее слабее, чем керамическое, абразив быстро сбрасывается, не затупляется. Меньше трение, меньше тепло.

Из-за малого тепла эти круги лучше для шлифования резаков, лезвий, ножей — они не теряют свойств после термообработки. Другие круги дают много тепла — не подходят.

Недостатки:

Не для обычного шлифования из-за быстрого износа — керамическое связующее лучше.

(iii) Шеллаковый процесс (для шеллакового связующего):

Абразив покрывают шеллаком, нагревают для равномерного смешения, скатывают в рулон. Смесь очень липкая, в форму не ложится. Прессуют для заданной формы, обжигают при ~300 °C менее нескольких часов.

Преимущества:

Придает кругу эластичность — можно использовать в суровых условиях.

Недостаток:

Нельзя делать круги большого диаметра.

Применение:

(а) Режущие/разделочные круги (>0,80 мм толщиной).

(б) Финишное шлифование: шейны распредвала, катушки подшипников и т.д.

(в) Очень высокая полированная чистота.

(iv) Каучуковый процесс (для каучукового связующего):

Связующее — чистый каучук с серой (вулканизатор). Абразив рассыпают между каучуковыми листами, скатывают до толщины, вулканизируют. Вся масса становится монолитным колесом, каучук — связующее.

Преимущества:

(а) Круги очень твердые и вязкие.

(б) Толщиной до 0,1 мм — идеальны для тонкого отрезания. Скорости 3000–5000 м/мин.

(в) Сняггинг-круги — снятие нагаров, заливок, шлаков.

(г) Управляющие круги для бесцентрового шлифования.

(v) Бакелитный/резолиновый процесс (связующее B):

Абразив в порошок, смешивают с синтетической смолой и растворителем. Смесь скатывают или прессуют, держат несколько часов при 205–260 °C.

Преимущество:

Связующее очень твердое и прочное. Скорости 3000–5000 м/мин. Круги как сняггинг (черновое шлифование: удаление песка, нагара). Очень высокая скорость снятия материала.

Твердость (марка) шлифовального круга:

Марка указывает на прочность зерен и удерживающую способность связующего. Обычно называют твердостью круга. Толщина связующего слоя, удерживающего абразивы, определяет марку.

Твердый круг изнашивается медленно, мягкий — быстро. Твердый — для точного шлифования и мягких материалов, а также при малой площади контакта круга с деталью.

Твердость классифицируется: очень мягкие (A–G), мягкие (H–K), средние (L–O), твердые (P–S), очень твердые (T–Z).

Структура шлифовального круга:

Структура — пустоты между абразивными частицами. При данном связующем размер пустот регулируется расстоянием между зернами — структура может быть плотной или открытой.

Открытая структура (мелкие зерна на единицу объема) — для высокого удаления материала, плотная — для удержания точных форм и профилей. Структура числом 0–15, меньшие числа — плотная, большие — открытая.

Площадь контакта:

Если площадь контакта круга с деталью велика (внутреннее шлифование), напряжение меньше, круг ведет себя как более твердый — нужен более мягкий круг. Важно при выборе круга для конкретной операции.

При большой площади контакта нужна большая стружеотводящая способность — открытая структура. При малой площади — много тонких режущих точек, зерна должны быть мелкими.

Выбор абразивных частиц для шлифовальных кругов: натуральные против искусственных Теория шлифовальных кругов: ключевые соотношения для эффективности металлообработки