6.11. Абразивная обработка

Абразивная обработка является процессом резания при помощи абразивного инструмента, обеспечивающим высокое качество обработки различных деталей машин, механизмов и приборов – точность обработки до 1 … 4 мкм и параметр шероховатости поверхности - R_а до 0,20 ... 0,08 мкм. В ряде случаев абразивную обработку применяют как метод предварительной обработки поверхностей при обдирочных работах, например, литья, поковок, проката, а также при разрезке заготовок из прутка. Более 20% всего парка металлорежущих станков работает с использованием абразивного инструмента. В подшипниковой, автомобильной и моторостроительной промышленности станки для абразивной обработки составляют более 50% общего числа станков. Методы абразивной обработки в зависимости от вида абразивного инструмента и принятой кинематической схемы подразделяются на шлифование, хонингование, суперфиниширование, полирование.

Для абразивной обработки: шлифования, хонингования, суперфиниширования, полирования и др. – служит абразивный инструмент на жесткой основе (круги, головки, сегменты, бруски) и гибкой основе (эластичные круги, шкурки, ленты), пасты, абразивные зерна.

Процесс резания при абразивной обработке состоит в том, что выступающие зерна абразивного материала, имеющие высокую твердость и прочно скрепленные связующим (цементирующим) веществом, при движении резания (вращательном, возвратно-поступательном или др.) путем одновременного царапания и истирания удаляют с обрабатываемой поверхности слой металла в виде мелкой стружки. В зависимости от метода абразивной обработки одно из этих явлений может иметь преобладающее значение. Учитывая это, абразивная обработка с преобладанием царапающего действия называется шлифованием, с преобладанием истирающего действия –полированием.

6.11.1. Абразивные инструменты

Абразивный инструмент состоит из твердых и теплоустойчивых зерен абразивного материала неправильной формы с острыми кромками, соединенными между собой специальными связующими веществами в тело определенной формы (круги, сегменты, бруски и др.). Зерна абразивного материала определяют режущую способность инструмента, материал связки – его прочностные свойства. Режущие зерна абразивного материала обладают повышенной твердостью и теплостойкостью. Так, микротвердость зерен электрокорунда 2000 … 2500 кГ/мм²(19620 … 24525 Мн/м²), температура плавления 1900 … 2000С; карборунда соответственно – 3000 … 3500 кГ/мм²и (29430 … 34335 Мн/м²) и 3000 … 3300С.

Абразивный инструмент характеризуется своими физико-механическими свойствами, определяемыми, прежде всего, материалом, размерами зерен и видом связки, а также геометрическими параметрами, характеризующими его размеры и форму в целом.

Абразивные материалы, применяемые в виде режущих зерен, подразделяют на естественные и искусственные. Важнейшим естественным материалом является алмаз, превосходящий по твердости большинство известных материалов. К естественным абразивным материалам относятся также минералы корунд и наждак, основой составляющей частью которых является окись алюминия. Они содержат посторонние примеси, снижающие их качество, поэтому в машиностроении наибольшее распространение имеют искусственные абразивные материалы. К искусственным абразивным материалам относятся: электрокорунд нормальный и белый, карбид кремния – карборунд черный или зеленый и карбид бора.

Сравнительная режущая способность различных абразивных материалов, из которых изготавливают шлифовальные круги, бруски, сегменты, ленты и шкурки, если принять режущую способность алмаза за единицу, выражается: для карбида бора – 0,5; зеленого карбида кремния – 0,28; черного карбида кремния – 0,25; белого электрокорунда – 0,12; нормального электрокорунда – 0,1; наждака – 0,03. Это отвечает соотношению их твердостей.

Важнейшим параметром, определяющим режущие свойства абразивного инструмента, является его зернистость, т.е. размеры зерен абразивных материалов, из которых состоит инструмент. Размеры зерен определяют размерами сторон ячеек контрольных сит, применяемых для анализа зернистости абразивных материалов. Зернистость шлифзерна и шлифпорошков обозначают как 0,1 размера стороны ячейки сита в свету в микрометрах, на котором задерживаются зерна основной фракции при их просеивании. Зернистость абразивного инструмента выбирают исходя из его назначения и требуемого качества поверхности обрабатываемой детали. Инструменты с более крупными зернами дают возможность работать с большими глубинами шлифования, меньше засаливаются и более производительны, однако при этом ухудшаются качество и точность обрабатываемой поверхности. Так, зернистость 160 и более рекомендуется при обдирочном силовом шлифовании, 80 … 50 – при плоском шлифовании торцом круга, 32…16 – при чистовом шлифовании, 12 … 6 – при отделочном шлифовании, предварительном хонинговании.

Связующее вещество (связка) оказывает существенное влияние на режущую способность абразивного инструмента и применяется для соединения зерен в целое тело. От связки зависит прочность удержания зерна в круге и прочность самого круга, при вращении которого возникают большие центробежные силы. В качестве связок применяют неорганические вещества (керамические, магнезиальные, силикатные), металлы, органические вещества (естественные – шеллаковые связки), синтетические (бакелитовые, вулканитовые, эпоксидные, глифталиевые связки). Комбинации органических и неорганических веществ образуют металлоорганические, металлокерамические и другие виды связок. На керамической связке (К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7, К8, К9, К10) выпускают до 60% абразивных инструментов, бакелитовой (Б, Б1, Б2, Б4, БР) – 30%, на вулканитовой (В, В1, В2, В3, 1ГК…4ГК) – 5…7% и на других связках 3…5%.

По точности изготовления круги делят на три класса: АА, А и Б. Круги класса АА выпускают из зерна с повышенным содержанием основной фракции. При работе в условиях автоматизированного производства применяют круги классов АА и А.