Шлифовальные круги и абразивные материалы

Типы шлифовальных кругов согласно ГОСТ Р 52 781—2007 наготавливают следующие (рис. 8.13).

В качестве абразивных материалов в кругах используют электрокорунд (А) и карбид кремния ©, эльбор и алмаз. Электрокорунд — синтетический корунд (91—99% А1₂0₃), получаемый плавкой глиноземсодержащего сырья в электропечах. Карбид кремния SiC — материал, получаемый в электропечах при высокой температуре. В чистом виде SiC — бесцветные кристаллы с алмазным блеском, но из-за примесей они, как правило, окрашены в цвета от желтого до черного. В техническом применении различают карбид кремния зеленый и черный.

Эльборовые круги по ГОСТ 241 106–80 широко применяют для шлифования закаленной быстрорежущей стали, алмазные круги по ГОСТ 16 181– — 82 — для заточки твердосплавных инструментов.

В кругах по ГОСТ Р 52 781—2007, которыми выполняют большую часть обработки металлов, используют электрокорундовые (А) и карбидокремниевые © материалы на керамической (V), бакелитовой (В), вулканитовой ®связках:

• — нормальный электрокорунд 15А;
• — белый электрокорунд 23А, 24А, 25А;
• — хромотитанистый электрокорунд 93А, 94А;
• — кремниево-магниевый электрокорунд 91 А, 92А;
• — монокорунд 43А, 44А, 45А;
• — зеленый карбид кремния 63С, 64С;
• — черный карбид кремния 53С, 54С, 55С.

Рис. 8.13. Типы шлифовальных кругов согласно ГОСТ Р 52 781—2007

Круги ио ГОСТ Р 52 781—2007 изготавливают с зернистостями F36 — F220 по ГОСТ Р 52 381—2005. Чем выше номер зернистости, тем меньше размер зерна. При проверке порошков на зернистость их просеивают через набор из пяти сит. В каждом последующем сите уменьшается размер ячейки. На сите остается определенный объем непросеянных зерен в процентах от первоначального объема порошка. Для представления о размерах ячеек и оставшихся объемах в табл. 8.1 приведены данные для самого крупного используемого в кругах зерна F36, среднего F100 и мелкого F220.

Таблица 8.1

Зерновой состав шлифпорошков с зернистостями F36, F100, F220.

Показатели.	Обозначение зернистости.
	F36.	F100.	F220.
Размер ячейки W2 контрольного сита 2, мкм.
Остаток шлифовального порошка Q2 на кон" трольном сите 2, %, не более.
Размер ячейки VF3 контрольного сита 3, мкм.
Остаток шлифовального порошка (7, на контрольном сите 3, %, не менее.			;
Размер ячейки 1Г4 контрольного сита 4, мкм.
Остаток шлифовального порошка на контрольных ситах 3 и 4 <2з + %, не менее.
Размер ячейки Wj контрольного сита 5, мкм.	;	;
Остаток шлифовального порошка на контрольных ситах 3—5 (2з + Qa + Qs> %> не менее.	;	;

Ранее существовало представление, что для улучшения шероховатости обрабатываемой поверхности необходимо переходить к использованию кругов с уменьшенным размером зерна, т. е. с большим номером зернистости. В настоящее время доказано, что кругами с крупным размером зерна можно с успехом получать хорошую шероховатость за счет особого режима правки кругов.

Точность изготовления кругов должна соответствовать в зависимости от наружных диаметров единым нормам на допуски размеров, радиального и торцового биений без деления на классы точности.

Для кругов установлено три класса неуравновешенности. Класс 3 следует использовать при предельной рабочей скорости круга до 40 м/с, класс 2 — при скорости 40—63 м/с, класс 1 — при скорости свыше 63 м/с.

Твердость абразивных кругов обозначают буквами латинского алфавита с повышением твердости от F до Z:

• • F, G — весьма мягкий;
• • Н, I, J — мягкий;
• • К, L — среднемягкий;
• • М, N — средний;
• • О, Р, Q — среднетвердый;
• • R, S — твердый;
• • T, U — весьма твердый;
• • V, W, X, Y, Z — чрезвычайно твердый.

Общее правило выбора твердости шлифовальных кругов следующее: чем выше твердость обрабатываемого материала, тем мягче должен быть круг.

Твердость шлифовальных кругов определяют четырьмя методами, но ГОСТ Р 52 710−2007 (рис. 8.14).

При пескоструйном методе на поверхность испытываемого круга под давлением направляется струя кварцевого песка. По глубине образовавшейся лунки судят о твердости круга.

При втором методе в поверхность круга иод определенной нагрузкой вдавливается закаленный шарик. Чем мягче круг, тем глубже лунка. По глубине лунки судят о твердости кругов.

При высверливании достигают определенной глубины отверстия, о твердости судят по количеству выполненных оборотов сверла.

Акустический метод контроля по ГОСТ Р 52 710—2007 дает представление о твердости по скорости распространения акустических волн. Круг устанавливают в прибор «Звук» и с помощью вынужденных колебаний доводят до состояния резонанса.

При изготовлении кругов между отдельными частицами абразива и связкой образуются пустоты — поры (рис. 8.15). Внутреннее строение, т. е. количественное соотношение и взаимное расположение зерен, связки и пор, называют структурой шлифовального круга. Важнейшей характеристикой структуры круга является объем зерен в материале абразивного инструмента.

Образующаяся при шлифовании металлическая стружка должна выпадать из пор при выходе круга из соприкосновения с обрабатываемой деталью. Если стружка задержится в порах, то при соприкосновении с обрабатываемой поверхностью она нагреется, расплавится и плотно закупорит поры, в результате режущая способность круга снизится. Это явление называется засаливанием круга.

Структуры по плотности подразделяются на закрытую, открытую и высокопористую. На рис. 8.15 схематично показаны фрагменты шлифовальных кругов близкой зернистости, изготовленных с одной и той же связкой, но имеющие разную структуру. Белый цвет принадлежит порам, серый — зернам, черный — связке. Чем плотнее структура, тем больше приходится зерен на единицу объема и меньше связки и пор. В открытой структуре количество пор в круге больше, и абразивные зерна располагаются дальше друг от друга. В высокопористых кругах поры столь велики, что они, но объему превосходят плотный материал. Через высокопористый круг в десятки миллиметров можно свободно продуть воздух.

а — закрытая; 6 — открытая; в — высокопористая Структура кругов обозначается номерами. Шкала закрытых и открытых структур состоит из 12 номеров. Каждый номер характеризуется соотношением объемов и взаимным расположением зерен, связки и пор в круге.

Структуры с № 1 по 4 называются закрытыми и содержат соответственно 60, 58, 56, 54% абразивных зерен, структуры с № 5 по 8 — средними и содержат соответственно 52, 50, 48, 46% абразивных зерен, структуры с № 9 по 12 — открытыми и содержат соответственно 44, 42, 40, 38% абразивных зерен.

Высокопористые структуры имеют номера от № 13 до 18.

При изготовлении шлифовальных кругов абразивные зерна скрепляются друг с другом при помощи связки (рис. 8.16).

Керамическая связка изготавливается из неорганических веществ — глины, кварца, полевого шпата и ряда других материалов путем их измельчения и смешивания в определенных пропорциях. В настоящее время шлифовальные круги с керамической связкой маркируют буквой V взамен прежнего обозначения К.

Керамическая связка придает абразивному инструменту жесткость, теплостойкость, устойчивость формы, но одновременно и повышенную хрупкость, вследствие чего круги с керамической связкой нежелательно применять при ударной нагрузке, например при обдирочном шлифовании.

Бакелитовая связка в основном состоит из искусственной смолы — бакелита. Маркировка кругов с бакелитовой связкой имеет в обозначении латинскую букву В (взамен прежнего обозначения Б). По сравнению с керамической бакелитовая связка обладает большей упругостью и эластичностью, меньше нагревает обрабатываемый металл, однако имеет меньшую химическую и температурную стойкость, худшую устойчивость кромки круга.

Бакелитовая связка может содержать упрочняющие элементы (BF, прежнее обозначение — БУ), графитовый наполнитель (В4, прежнее обозначение — Б4).

Вулканитовая связка — это подвергнутый вулканизации синтетический каучук. Маркируют абразивный круг на вулканитовой связке буквой R взамен прежнего обозначения — В.

В большинстве случаев применяются абразивные круги на керамической или бакелитовой связках. И та и другая имеют свои особенности, которые и определяют их выбор для конкретной работы.

К достоинствам керамической связки относятся прочное закрепление зерна, высокая термои износостойкость, хорошее сохранение профиля рабочей кромки, химическая стойкость. К недостаткам — повышенная хрупкость, пониженная прочность на изгиб, высокое теплообразование в зоне резания, а следовательно, и склонность к прижогам обрабатываемого материала.

Шлифование из всех видов механической обработки в силу ряда особенностей требует наибольшего внимания к проблемам охраны труда и техники безопасности.

• 1. Режущий инструмент, шлифовальный круг, работает на скоростях в десятки раз более высоких, чем лезвийные инструменты.
• 2. Шлифовальный круг имеет во много раз более низкую прочность, чем лезвийные инструменты.
• 3. Поражающее действие разорвавшегося круга представляет для оператора большую опасность, чем сломавшийся лезвийный инструмент.
• 4. Разбрызгивание и испарение СОЖ при шлифовании более интенсивно, чем при работе лезвийными инструментами.
• 5. Абразивная пыль при правке кругов требует особых мер обеспечения допустимой концентрации в воздухе.
• 6. Очистка СОЖ от шлама из отходов стружки и абразива выполнима с использованием особых приемов.

Разработан ряд нормативных положений, которые необходимо соблюдать при выполнении шлифования.

Испытания кругов на механическую прочность необходимо выполнять согласно ГОСТ Р 52 588—2011. Каждый шлифовальный круг, длительное время лежавший на складе, а также круг, подвергшийся доработке, должен быть испытан при вращении на предельной скорости. Испытательный стенд показан на рис. 8.17.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ, аэрозолей и пыли в воздухе рабочей зоны приведены в ГОСТ 12.1.005—88.

Абразивный инструмент и элементы его крепления должны быть ограждены средствами защиты (кожухом, ограждением, металлическим экраном, колпаком и т. д.), входящими в комплект стайка.

Размеры защитного кожуха, материал, из которого он изготовлен, а также тип и максимальные размеры абразивного инструмента должны быть указаны в паспорте станка.

На станке должны быть предусмотрены устройства:

• — для удаления абразивной пыли и отходов шлифования из зоны обработки;
• — для защиты рабочего от аэрозолей, образующихся при использовании СОЖ;
• — для защиты рабочего от абразивной, металлической и неметаллической пыли, частиц обрабатываемого материала, образующихся в процессе правки, шлифования, заточки и т. д.

Крепление кругов на планшайбах должно выполняться согласно ГОСТ 2270–78.

Зазор между отверстием круга и посадочным местом должен быть в пределах допусков на диаметр посадочного отверстия круга и посадок по ГОСТ 2270–78.

При закреплении круга не допускается применение ударного инструмента и насадок на гаечные ключи.

Круги диаметром не менее 250 мм, а также круги диаметром менее 125 мм с предельной рабочей скоростью v_s не менее 63 м/с перед установкой на станок должны быть отбалансированы в сборе с планшайбой.

На рис. 8.18 показаны стенды для статической балансировки кругов.

а — на двух взаимно параллельных валиках; б — на вращающихся «ножах».

При использовании двух параллельных валиков (рис. 8.18, а) круг, закрепленный на планшайбе, будет катиться по валикам до тех пор, пока его тяжелая часть окажется внизу. На стенде, показанном на рис. 8.18, б, круг будет поворачиваться на ножах аналогично предыдущему.

Устройство планшайбы показано на рис. 8.19.

Круг 3 прижимается крышкой 5 к торцу планшайбы 1 винтами 8. Между металлическими частями планшайбы и крышки и кругом обязательно должны быть установлены кольцевые прокладки 2 и 4 из картона или другого эластичного материала толщиной от 0,5 до 1,0 мм. Прокладки должны перекрывать всю прижимную поверхность и равномерно выступать наружу по всей окружности нс менее чем на 1 мм.

В кольцевом пазу крышки находится несколько грузиков 6, положение которых фиксируется отжимным винтиком 7. Смещая грузики, добиваются сбалансированного состояния круга с планшайбой.

При уменьшении диаметра круга вследствие его износа частота его вращения может быть увеличена, но без превышения предельной рабочей скорости v_s.

Круги на керамической связке (V) должны быть проверены на отсутствие трещин простукиванием их в подвешенном состоянии деревянным молоточком массой 150—200 г. Круг без трещин должен издавать чистый звук.

Коэффициент шлифования К вычисляют по формуле.

где Q," — объем снятого металла, мм^[1]; Q, — объем изношенной части круга (с учетом расхода круга на правку).

Пример Условное обозначение круга типа 1 с наружным диаметром D = 300 мм, высотой Т = 20 мм, диаметром посадочного отверстия Н = 76,2 мм, из белого электрокорунда марки 25А, зернистостью F60, твердостью К, номером структуры 6, на керамической связке V, 2-го класса неуравновешенности, с предельной рабочей скоростью 40 м/с: Круг 1 300'20'76,2 25А F60 К 6 V 40 м/с 2 кл. ГОСТ Р 52 781−2007

На рис. 8.20 показаны различные виды шлифовальных кругов.

• [1] Условное обозначение круга типа 2 наружным диаметром D = 300 мм, высотой Т== 80 мм, шириной рабочей части W = 48 мм, из нормального электрокорунда марки14А, зернистостью F54, твердостью L, номером структуры 7, на керамической связкеV, 2-го класса неуравновешенности, с предельной рабочей скоростью 50 м/с: Круг 2 300'80'48 14Л F54L7V 50 м/с 2 кл. ГОСТ Р 52 781−2007