Абразивный инструмент для обработки металлов
Шлифовальные круги являются металлорежущим инструментом для грубой и чистовой обработки изделий из металлов и других достаточно твердых материалов. Кроме, собственно, шлифовальных кругов, используется аналогичный инструмент для ручной и станочной обработки материалов: бруски, оселки, шлифовальные профильные головки, сегменты и пр.
В отличие от инструментов и материалов для полировки, шлифовальный инструмент имеет режущую кромку на гранях кристаллов абразивного материала, из которого он изготовлен. Режущая кромка круга характеризуется твердостью, ударной вязкостью, упругостью и высотой. От твердости абразивного материала зависит область применения данного инструмента, чем выше твердость, тем шире спектр обрабатываемых материалов. При использовании слишком мягкого абразива для обработки твердых материалов (например, тальк или наждак для закаленных инструментальных или высоколегированных сталей) происходит быстрый износ круга. При этом, обрабатываемая поверхность, хотя и получается с высокой чистотой обработки, но точность шлифования поверхность низкая из-за сглаживания и износа инструмента. При использовании инструмента из слишком твердого абразива для обработки мягких материалов (например, электрокорунд белый или карбиды бора для меди или алюминия) обработка идет хорошо, но круг быстро забивается стружкой. Поэтому приходится либо использовать круги со слабой связкой (что неэкономично из-за быстрого расхода дорогого абразива) или часто подчищать круг “алмазом” (что также не способствует экономии). “Алмаз” – инструмент для “правки” круга, то есть для снятия неровностей с поверхности круга и удаления слоя абразивных частиц забитого стружкой. Классический алмаз, это небольшой брусок из мелкой крошки технических (как правило, синтетических) алмазов, скрепленных связкой из сплава вольфрама (≈75%), алюминия (2%) и меди (≈20%). Для надежного удержания бруска служит рукоятка из металла.
В виду высокой стоимости алмазно-металлического карандаша, а также для непрерывности процесса, следует избегать загрязнения поверхности круга стружкой. В некоторой степени, этого можно добиться, снижая скорость резания (нецелесообразно для современного оборудования, в виду снижения производительности) или усилие прижатия детали к кругу (не всегда удобно). Основными методами борьбы с забивкой пор круга стружкой остаются: использование смазки (как правило, эмульсия минеральных масел в воде; испаряясь, вода одновременно охлаждает зону резания); выбор круга с большими размерами пор и большей высотой режущей кромки, оба показателя зависят, главным образом, от величины зерна; использование кругов с менее прочной связкой, для обеспечения самозатачивания круга. Как видим, использование одновременно всех трех методов, хотя и дает прекрасные результаты в плане очистки поверхности шлифовального круга, но не целесообразны по экономическим причинам.
Для обработки наиболее твердых материалов (режущий инструмент), в том числе весьма дороги, используют специальные заточные круги из дорогих и очень твердых абразивных материалов (вплоть до синтетических алмазов). Связка таких кругов выбирается максимально прочной, для снижения износа круга. При этом, размер зерна, как правило, минимален, для обеспечения чистоты обработки и снижения биений при заточки. Размер пор различен, но из-за небольших размеров зерна и высокой хрупкости связующего материала, как правило, поры мелкие. В случае необходимости обрабатывать твердый и одновременно достаточно вязкий материал, целесообразно использовать смазку поверхности круга (для этого, станок оборудуется специальной масленкой с насосом, подающую эмульсию на круг, распределение происходит за счет сил капиллярного течения и центробежных сил).
При обработке мягких материалов, напротив, применяют круги из дешевых абразивов, с крупным размером зерна, крупными порами и достаточно слабым связующим составом. Такие круги не дают высокой чистоты обработки поверхности изделий из мягких материалов, особенно при больших скоростях обработки (скорость вращения круга для таких материалов и связок невелика из-за низкой разрывной прочности круга). Слабая связка обеспечивает легкое удаление с поверхности круга затупившихся или забитых частиц абразива, что упрощает самозатачивание круга. Использование смазки круга в таких случаях, как правило, нецелесообразно.
Чем тверже материал нужно обрабатывать, тем тверже выбираем абразив и прочнее сшивку, чем материал более вязкий и упругий, тем крупнее поры круга и предпочтительнее смазка его поверхности.
Из типов связки шлифовальных кругов следует упомянуть: керамическая связка (К), магнезиальная связка (М), силикатная (С), бакелитовая (Б) и вулканитовая (В). Последние две связки являются органическими (полимерные материалы) и применяются в основном, для шлифовально-полировальных кругов и отрезных дисков. Наиболее прочной из указанных связок является керамическая связка, но она имеет низкую ударную вязкость и поэтому используется для наиболее мелкозернистых и прочных кругов. Силикатная связка аналогична керамической, но она значительно дешевле (вместо обжига достаточно сушки), при этом употребляется редко из-за низкой влагостойкости. Магнезиальная смазка разработана на основе цемента Сореля, и представляет собой смешанную соль из оксидов и хлоридов магния. Ограниченно применяется для самых непрочных кругов.
В зависимости от применяемой связки, ее качества, размера пор и размера зерна, круги делятся по степени твердости (усилие вырывания зерен абразива с поверхности круга). Самые мягкие типы М (М1, М2, М3), среднемягкие СМ (СМ1, СМ2), средние С (С1, С2), среднетвердые СТ (СТ1, СТ2, СТ3), твердые Т (Т1, Т2), весьма твердые ВТ (ВТ1, ВТ2), чрезвычайно твердые ЧТ (ЧТ1, ЧТ2).
Маркировка шлифовального круга должна включать: аббревиатуру или название завода-изготовителя, буквенный индекс абразивного материала, числовое обозначение зернистости, буквенное обозначение сшивки (иногда, также номер структуры), индекс твердости, наружный диаметр, высоту и диаметр посадочного отверстия круга. В целях обеспечения безопасности, на шлифовальных и полировальных кругах а также на отрезных дисках указывают максимальную окружную скорость вращения, при ее превышении, инструмент может разрушится из-за воздействия центробежной силы. Окружная скорость (в метрах/сек) равна произведению диаметра круга в метрах на 3,14 и на частоту вращения круга (оборотов/сек).