Абразивные и алмазные материалы и инструменты

Абразивные инструменты изготовляются в виде шлифовальных кругов различного профиля и размеров, брусков, пластин, шкурки. Абразивы используют в виде порошков и паст.

Абразивные материалы для изготовления кругов применяются в виде зерен. Они должны обладать высокой твердостью, иметь хо­рошую теплоустойчивость, а при своем затуплении хорошо дро­биться и образовывать новые острые лезвия. Все абразивные ма­териалы делятся на две группы: естественные и искусственные. К естественным материалам относятся корунд и нажда к, состоящие из А1₂О₃ и примесей. Широкого применения они не получили из-за низких качественных характеристик.

Из искусственных абразивных материалов наиболее широкое распространение получили: электрокорунд, карбид кремния, кар­бид бора, синтетический алмаз, кубический нитрид бора (КНБ), белбор.

Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алюминия А1₂О₃, являющуюся очищенным продуктом плавки глинозема (бокситов). Различают несколько видов электрокорун­да: нормальный, белый, хромистый, титанистый и монокорунд.

Наибольшее применение получил электрокорунд нормальный. Выпускается он следующих марок: 16А, 15А, НА, 13А, 12А. Применяется электрокорунд нормальный при черновом, получистовом и чистовом шлифовании сталей и чугунов, а также для заточки режущего инструмента из инструментальной стали.

Электрокорунд белый 25А, 24А, 23А, 22А превосходит по качеству электрокорунд нормальный, так как включает меньше примесей. Он применяется при шлифовании прочных и вязких ста­лей (незакаленных и закаленных), ковкого чугуна, заточки инстру­ментов из быстрорежущей стали.

Электрокорунд хромистый 34А, ЗЗА, 32А получает­ся при плавке в электропечах глинозема с добавлением хроми­стой руды. Зерна его имеют розовую окраску. Содержание Аl₂О₃ не менее 97 % и СrO до 2 %.

Электрокорунд титанистый 37А получается при плавке в электропечах глинозема с добавлением соединений тита­на. Выплавленный материал подвергается дроблению и рассеву Содержание А1₂О₃ не менее 97, ТiO₂ — не менее 2 %.

Большое постоянство физико-механических свойств и высокая вязкость зерен электрокорунда хромистого и титанистого созда­ют предпосылки для применения их при напряженных режимах шлифования углеродистых и конструкционных сталей, а также для высокоточных работ и доводочных операций.

Монокорунд 45А, 44А, 43А отличается высокой прочностью и более высокими режущими свойствами. Он содержит 97...98 % А1₂О₃. Применяется для обработки весьма прочных сталей, ковкого чугуна, быстрорежущей стали.

Карбид кремния (карборунд) представляет собой химическое соединение кремния с углеродом SiC. Он изготовляется путем спекания в электропечах кварцевого песка с углеродом в ви­де кокса и выпускается двух видов: черный 55С, 54С, 53С, 52С и зеленый 64С, 63С, 62С.

В черном карборунде содержится 95...98, в зеленом — 98.„99 % SiC. Более качественным, но и дорогим является зеленый карбид кремния. Применяется он только для заточки твердосплав­ного инструмента. Черный карбид кремния хрупок и применяется для обработки материалов с низким пределом прочности (чугуна, бронзы), вязких металлов и сплавов (мягкой латуни, алюминия, меди), а также для обработки таких неметаллических материалов, как кожа, стекло, мрамор и т. д.

Карбид бора (В₄С) обладает высокой твердостью, но в два раза меньшей твердости алмаза. Применяется для доводки твердосплавного инструмента, так как обеспечивает минимальный радиус округления режущего лезвия до 6... 10 мкм (электрокорунд обеспечивает этот радиус до 15 мкм), а также при обработке весьма твердых материалов, например рубина, корунда, кварца и т. д.

Связка служит для скрепления отдельных абразивных зерен в одно тело. От материала связки в большой степени зависит прочность удержания зерен в шлифовальном круге. Различаются два вида связок: органические и неорганические. К неорганическим связкам относятся керамическая, магнезиальная и силикатная.

Керамическая связка (К) получила наиболее широ­кое применение. Состоит она из каолина, огнеупорной глины, таль­ка, жидкого стекла, полевого шпата, кварца. Она обладает боль­шой теплостойкостью, водоупорностью, высокой химической стой­костью, обеспечивает высокую производительность и хорошо сохраняет профиль круга. Однако она чувствительна к ударам и изгибающим нагрузкам. Допускаемая скорость шлифования круга на керамической связке v_к = 30...50 м/с.

По ОСТ 2МТ 66-2—72 различают восемь разновидностей ке­рамической связки — от К1 до К8.

Магнезиальная связка (М) представляет собой смесь каустического магнезита и раствора хлористого магния, твердеющую на воздухе,— магнезиальный цемент. Шлифовальные круги на этой связке гигроскопичны и должны храниться в сухом проветриваемом помещении. Круги имеют повышенный износ, нестойкий профиль, допускают v_K не более 20 м/с, но зато работают с небольшим нагревом обрабатываемой поверхности.

Силикатная связка (С) имеет основное связующее ве­щество — растворимое стекло (силикат натрия). Тепловое выде­ление при шлифовании такими кругами минимальное, а поэтому они применяются на таких операциях, где нагрев обрабатываемых деталей недопустим. Однако прочность этой связки намного ниже, чем керамической, и круги размягчаются от охлаждающей жидкости.

К органическим связкам относятся бакелитовая (Б), глифталиевая (Г) и вулканитовая (В). Все органические связки намного прочнее неорганических. Так, бакелитовая связка, изго­товляемая из искусственной фенолформальдегидной смолы, в силу высокой прочности, твердости и упругости позволяет получить кру­ги толщиной до 1 мм. Интенсивность тепловыделения при работе кругами на этой связке низка, однако она обладает пониженным сцеплением с зернами и способна разрушаться под действием ще­лочных растворов, входящих в состав СОЖ- Для уменьшения вред­ного воздействия щелочных растворов круги на бакелитовой связке обмазывают по всей поверхности суриком или серой или окрашива­ют водонепроницаемой краской. Допустимая скорость шлифования кругов на этой связке равна 30...50 м/с.

Глифталиевая связка представляет собой синтетическую смолу из глицерина и фталиевого ангидрида. Применяются круги на глифталиевой связке для чистовых и отделочных опера­ций, так как отличительной их особенностью является повышен­ная упругость.

Вулканитовая связка состоит из каучука и серы и обладает высокой прочностью и эластичностью. Она позволяет изго­товлять тонкие круги (до 0,5 мм толщиной) с относительно большим диаметром (до 150 мм). Круги на этой связке могут выдерживать большие удельные давления и получили широкое распространение на чистовых, полировальных и отрезных операциях и особенно в подшипниковой промышленности.

Рисунок 1 – Структуры шлифовального круга: а) закрытая (плотная), б) средняя, в) открытая; 1 – зерна абразива, 2 – связка, 3 – поры.

Под структурой шлифовального круга пони­мается его внутреннее строение, т. е. процентное соотношение и взаимное расположение зерен, связки и пор в единице объема круга. Система структур выражается равенством

где V₃ — объем абразивных зерен; V_c — объем связки; V_a — объем пор.

Основой системы структур является объемное содержание аб­разивного зерна в единице объема инструмента V₃ :

Номер структуры 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Объемное содержание
зерна, % 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38

С повышением номера структуры на единицу объем абразив­ных зерен уменьшается на 2 %. Структуры № 1...4 называются закрытымиили плотными(рис. 24.3, а), № 5...8 — средними (рис. 24.3, б), № 9... 12 — открытыми(рис. 24.3, в).

Исходя из практики шлифования, можно выбирать структуры шлифовальных кругов для различных работ:

Круги с мелкими порами — струк­туры № 4 и 5   Круги с порами среднего размера — структуры № 6   Круги с крупными порами — струк­туры № 7 и 8   Круги с крупными порами — откры­тые структуры № 9... 12

Для шлифования твердых и хрупких металлов, с малой шероховатостью по­верхности, при фасонном шлифовании Для наружного круглого шлифова­ния, заточки инструмента Для шлифования мягких и вязких металлов, плоского шлифования Для скоростного шлифования (здесь уменьшается количество связки по сравнению с обычными кругами струк­туры № 12)

Вопросы по дисциплине: «Режущий инструмент»

Заочное отделение 2014г

1. Понятие о режущих инструментах и их назначении. Роль РИ в развитии машиностроения. Классификация.
2. Геометрические параметры режущей части, выбор оптимальных углов.
3. Геометрические параметры инструмента, измеренные в статической, кинематической и инструментальной системах координат
4. Основные части и конструктивные элементы инструмента. Особенности проектирования.
5. Марки, свойства и область применения углеродистых инструментальных сталей.
6. Марки, свойства и область применения легированных инструментальных сталей.
7. Быстрорежущие инструментальные стали, их марки, свойства и область применения.
8. Марки, свойства и область применения твердосплавных материалов.
9. Минералокерамика и сверхтвердые режущие материалы. Их разновидности свойства и область применения.
10. Типы конструкций и назначение резцов.
11. Геометрические параметры резцов. Выбор оптимальных углов.
12. Особенности конструкции строгальных и долбежных резцов.
13. Классификация, назначение и геометрические параметры фасонных резцов.
14. Фасонные резцы. Коррекционные расчеты профиля.
15. Инструменты составной и сборной конструкции. Способы соединения рабочей части и корпуса инструмента.
16. Механическое крепление режущих элементов в корпусе инструмента. Перетачиваемые и неперетачиваемые режущие пластины.
17. Основные схемы крепления сменных многогранных твердосплавных пластин (СМП)
18. Сверло. Назначение, элементы конструкции и геометрические параметры.
19. Элементы, конструктивные и геометрические параметры спиральных сверл, оснащенных твердым сплавом.
20. Геометрические параметры спиральных сверл, недостатки конструкции и методы ее улучшения.
21. Особенности конструкции сверл различного назначения
22. Разновидности сверл для глубокого сверления (шнековые, ружейные, перовые).
23. Зенкер. Назначение, элементы конструкции и геометрические параметры.
24. Развертка. Назначение, элементы конструкции и геометрические параметры.
25. Особенности конструкции и геометрии ручных разверток.
26. Особенности конструкции и геометрии машинных разверток.
27. Разновидности фрез и их назначение.
28. Особенности конструкции сборных фрез. Методы крепления режущих элементов.
29. Особенности фрез с остроконечной и затылованной формой зуба, их основные элементы и параметры.
30. Геометрические параметры торцовых фрез.
31. Расчет параметров фрез, определение количества зубьев.
32. Принципы работы протяжек и прошивок, их особенности и область их применения
33. Конструкции наружных протяжек, их технологические возможности
34. Конструктивные и геометрические особенности протяжек для внутреннего протягивания.
35. Схемы резания при протягивании, их особенности область применения.
36. Рабочая часть, формы и размеры зубьев круглых протяжек.
37. Особенности и отличия по конструктивным параметрам зубьев режущей и калибрующей части протяжек.
38. Разновидности режущего инструмента для получения зубьев зубчатых колес по методу обкатки.
39. Виды инструментов для обработки зубчатых колес по методу копирования.
40. Режущие инструменты для нарезания конических зубчатых колес.
41. Конструктивные элементы и геометрические параметры зуборезных долбяков.
42. Конструктивные элементы и геометрические параметры червячных фрез для нарезания цилиндрических зубчатых колес.
43. Виды режущих инструментов для нарезания резьбы методом обкатки.
44. Резьбовые резцы и гребенки. Особенности конструкции.
45. Части, конструктивные элементы и геометрические параметры метчиков.
46. Виды и особенности конструкции плашек.
47. Виды абразивных и алмазных инструментов.
48. Шлифовальные круги: формы, зернистость, типы связок, твердость, структура, маркировка. Область применения.
49. Способы и инструменты для правки абразивных, алмазных и эльборовых кругов.
50. Головки и бруски: область применения, конструкции, материалы для изготовления.
51. Абразивные инструменты на гибкой основе (ленты для ленточного шлифования и полирования, лепестковые круги). Область применения, особенности связок, характеристики.
52. Абразивные инструменты на основе свободного абразива (абразивные порошки и пасты, магнитно-абразивные порошки). Область применения, материалы для изготовления, характеристики, особенности эксплуатации.
53. Причины снижения стойкости инструментов при работе, пути их устранения.
54. Основные принципы конструирования режущих инструментов.
55. Алгоритм проектирования режущего инструмента, оптимизация конструкции.
56. Направляющие части инструмента, требования к ним.
57. Требования к размерам и форме стружечных канавок. Расчет их параметров.
58. Разновидности зубьев многолезвийных инструментов, области их применения.
59. Крепежная часть режущего инструмента, особенности проектирования.
60. Принцип расчета инструментов на прочность.
61. Крепление режущих инструментов на станках, виды вспомогательной оснастки.
62. Требования, предъявляемые к режущему инструменту для станков с ЧПУ
63. Основные виды вспомогательной оснастки для станков с ЧПУ
64. Особенности конструкции режущих инструментов на автоматизированном оборудовании и автоматических линиях.