Защитные устройства при шлифовании

Требования, предъявляемые к защитным устройствам на шлифовальных станках, учитывают тип станка, а также тип и размеры круга и его окружную скорость. Круги всех шлифовальных станков, за исключением ручных шлифовальных машин, должны быть оснащены регулируемыми защитными кожухами из вязкого материала, чтобы при разрушении круга его осколки надежно задерживались.

Рис. 19.13. Защитный кожух для шлифовального круга

а - толщина стенки периферийной защитной части, b- толщина стенки боковой части, с - расстояние до упора, a - угол раскрытия

Защитные кожухи должны оставлять открытой только необходимую для работы часть круга.

Для плоскошлифовальных станков с магнитными зажимными плитами, кроме того, предписываются меры, предотвращающие выброс детали, например размещением ловушек из листового материала. Электромагнитные зажимные устройства должны включаться так, чтобы механическая подача на шлифование включалась только при включенном магнитном поле.

На станках для круглого шлифования круг во время закрепления и снятия заготовки и в процессе ее измерения во избежание касания его руками должен быть надежно закрыт откидным или поворотным кожухом.

Во время шлифования без СОЖ, чтобы не повредить глаза отлетающими искрами следует одевать защитные очки.

Параметры шлифовальных кругов

Работоспособность абразивного инструмента характеризуется не только материалом и размером режущего абразивного зерна, но также составом и количеством связки, структурой расположения абразивных зерен и пор в инструменте.

Все эти параметры маркируют на каждом инструменте и они составляют характеристику абразивного инструмента (рис. 19.14).

Рис. 19.14. Маркирование абразивного инструмента: КАЗ – марка завода изготовителя; 14А – вид шлифовального материала; 40 – номер зернистости; П – индекс зернистости; С2 – степень твердости; 6 – номер структуры; К5 – вид связки; А – класс точности инструмента; 2 кл. – класс неуравновешенности; ПП – форма круга; 500 – наружный диаметр круга, мм.; 50 – высота круга, мм; 305 – диаметр посадочного отверстия, мм; 35 м/с – допустимая окружная скорость.

Зернистость указывает на размер режущих зёрен основной фракции, примененных в данном инструменте. Шлифовальные материалы делятся в зависимости от размера зерен на следующие группы:

шлифзерно от №200 до № 16,

шлифпорошки от № 12 до № 4,

микропорошки от М63 до М14 и

тонкие микропорошки от М10 до М5.

Шлифзерно и шлифпорошки получаются рассевом, микропорошки являются продуктом гидроклассификации. Однородность зернового состава, характеризуемая процентным содержанием основной фракции, существенно влияет на параметры шероховатости обрабатываемой поверхности, режущие свойства и стойкость инструмента. Поэтому зернистость дополняют буквенным индексом, определяющим процент основной фракции в инструменте.

В зависимости от группы материалов зернистость обозначается:

для шлифзерна и шлифпорошков – 0.1, размера стороны ячейки сита в свету в микрометрах, на котором задерживаются зерна основной фракции, например 40, 25, 16 (соответственно 400, 250, 160 мкм.);

для микрошлифпорошков – по верхнему пределу размера зерен основной фракции с добавлением индекса М, например М40, М28, М10 (соответственно 40, 28, 10 мкм.);

для алмазных шлифпорошков – дробью, у которой числитель соответствует размеру стороны ячеек верхнего сита, а знаменатель – размеру стороны ячеек нижнего сита основной фракции в микрометрах, например 400/250, 400/315, 160/100, 160/125;

для алмазных микропорошков и субмикропорошков – дробью, у которой числитель соответствует наибольшему, а знаменатель – наименьшему размеру зерен основной фракции в микрометрах, например 40/28, 28/20, 10/7;

для шлифзерна и шлифпорошка эльбора – в зависимости от метода контроля.

Таблица 19.1

Шлифовальные материалы

Характеристика	Марка шлифовального материала	Область применения
Электрокорунд нормальный
Обладает высокой теплостойкостью, хорошей сцепляемостью со связкой, механической прочностью зерен и значительной вязкостью, необходимой для выполнения операций с переменными нагрузками	13А 14А 15А	Обдирочное шлифование стальных заготовок кругами на органических связках. Отделочные работы незакрепленным зерном. Шлифование стальных деталей кругами на органических и неорганических связках. Отделочные работы шкуркой. Скоростное шлифование кругами на керамической и бакелитовой связках.

Продолжение табл. 19.1

Электрокорунд белый
По физическому и химическому составу более однородный, обладает более высокой твердостью, острыми кромками, хорошей самозатачиваемостью, обеспечивает меньший параметр шероховатости обрабатываемой поверхности по сравнению с электрокорундом нормальным	23А 24А 25А	Шлифование стальных деталей кругами на органической связке. Отделочные работы стальных деталей незакрепленным зерном, пастами и брусками. Окончательная обработка закаленных стальных деталей кругами, брусками из шлифзерна и шлифпорошков на всех связках. Отделочные работы шлифовальной шкуркой. Скоростное шлифование, доводка стальных закаленных деталей кругами, брусками из шлифзерна, шлифпорошка и микропорошка на керамических связках. Шлифование труднообрабатываемых сталей и сплавов. Отделочные работы шлифовальной шкуркой.
Электрокорунд хромистый
По прочности приближается к электрокорунду нормальному, по режущим свойствам – к электрокорунду белому	33А; 34А	Шлифование, доводка и отделка изделий из углеродистых и конструкционных сталей в незакаленном и закаленном состояниях.
Электрокорунд титанистый
По своим свойствам аналогичен высококачественному электрокорунду нормальному	37А	Шлифование на обычных и скоростных режимах стальных деталей кругами на керамической и бакелитовой связках.
Электрокорунд циркониевый
Мелкокристаллический, плотный и весьма прочный материал. Стойкость инструмента на обдирочных операциях в 10 – 40 раз выше аналогичного инструмента из электрокорунда нормального	38А	Обдирочное шлифование стальных заготовок кругами на бакелитовой связке при высоких скоростях и подачах.
Электрокорунд хромотитанистый
Обладает более высокой механической прочностью и абразивной способностью по сравнению с электрокорундом нормальным	91А; 92А	Обдирочное шлифование с большим съемом металла.

Продолжение табл. 19.1

Монокорунд
Имеет изометрическую форму зерна, высокую механическую прочность; в процессе шлифования скалывается и этим обеспечивает высокие режущие свойства и малую силу резания	43А 44А; 45А	Окончательная обработка труднообрабатываемых сталей и сплавов инструментами из шлифзерна и шлифпорошков на керамических связках. Отделочные работы и доводка незакрепленным зерном и шлифовальной шкуркой.
Сферокорунд
При шлифовании сферические зерна разрушаются и обнажают режущие кромки инструмента, обеспечивая производительную обработку при малом тепловыделении	3С	Обработка мягких и вязких материалов: кожи, резины, пластмассы, цветных металлов и др.
Карбид кремния черный
Отличается от электрокорунда повышенной твердостью, абразивной способностью и хрупкостью. Зерна имеют форму тонких пластинок, из – за чего увеличивается их хрупкость в работе. Зерна хуже удерживаются связкой в инструменте. Применяют для обработки твердых, хрупких и очень вязких материалов с низким сопротивлением разрыву	53С 54С	Отделочные работы и доводка чугунных деталей, а также деталей из цветных металлов и их сплавов незакрепленными микропорошками. Обработка деталей из чугуна, цветных металлов и вольфрамовых твердых сплавов инструментами из шлифпорошков и микропорошков на всех связках. Шлифование, отделочные работы и доводка незакрепленным зерном и шлифовальной шкуркой. Обработка деталей из чугуна, цветных металлов и вольфрамовых твердых сплавов инструментами из шлифзерна на всех связках. Отделочные работы шлифовальной шкуркой.

Продолжение табл. 19.1

Карбид кремния зеленый
Отличается от карбида кремния черного повышенной твердостью, абразивной способностью и хрупкостью	64С 62С 63С	Обработка деталей из чугуна, меди, алюминия, гранита, мрамора инструментами из микропорошков на всех связках. Отделочные работы и доводка незакрепленным зерном и шлифовальной шкуркой. Обработка деталей из чугуна, меди, алюминия, гранита, мрамора инструментами из шлифопорошков на всех связках. Отделочные работы и доводка незакрепленным зерном и шлифовальной шкуркой. Обработка титановых и титанотанталовых твердых сплавов инструментами из шлифзерна при всех связках.Отделочные работы и доводка шлифовальной шкуркой.
Карбид бора
Значительно превышает электрокорунд и карбид кремния по твердости и абразивной способности, хотя и очень хрупкий	КБ	Шлифование, отделочные работы и доводка незакрепленным зерном деталей из твердых сплавов и чугунов.
Эльбор (кубический нитрид бора)
Имеет наивысшую после алмаза твердость и абразивную способность. Обладает высокой теплостойкостью, повышенной хрупкостью. Инертен к железу	ЛП	Окончательная обработка высокоточных деталей из труднообрабатываемых закаленных сталей инструментами из шлифпорошков и микропорошков на всех связках. Отделочные работы незакрепленным зерном и шлифовальной шкуркой. Заточка (чистовая) режущего инструмента.

Продолжение табл. 19.1

Алмаз синтетический
Превышает твердость эльбора. Обладает высокой износостойкостью. Имеет пониженную теплостойкость, химически активен к железу. АС2 обладает повышенной хрупкостью и пониженной прочностью, способствующих самозатачиванию. Синтетические алмазы каждой последующей марки (от АС2 до АС50) отличаются от предыдущей увеличением прочности и уменьшением хрупкости	АС2 АС4 АС6 АС15 АС32	Изготовление инструментов на органических связках, применяемых на чистовых и доводочных операциях при обработке твердого сплава и сталей. Изготовление инструментов на органических и керамических связках, применяемых для шлифования твердых сплавов, керамики и других хрупких материалов. Изготовление инструментов на металлических связках, работающих при повышенных нагрузках. Изготовление инструментов на металлических связках, работающих в тяжелых условиях (резка и обработка стекла). Изготовление инструментов на металлических связках (бурение, резка камня).
Поликристаллические дробленые алмазы типа “баллас” Поликристаллические дробленые алмазы типа “кабонадо” Поликристаллические дробленые алмазы типа “спеки”	АС50 АРВ1 АРК4 АРС3	Изготовление инструментов, работающих в особо тяжелых условиях (бурение пород IX – X категории буримости, резка гранитов, обработка керамики, кварцевого стекла и др.) Изготовление инструментов, применяемых для чернового хонингования чугунов, резки стеклопластиков. Изготовление инструментов, работающих в тяжелых условиях (хонингование, камнеобработка, обработка материалов в стройиндустрии) Изготовление инструментов, работающих в особо тяжелых условиях (бурение, правка шлифовальных кругов, камнеобработка, обработка материалов в стройиндустрии)

Окончание табл. 19.1

Алмаз природный
Обладает наивысшей твердостью и износостойкостью. Используется главным образом на операциях, где необходима исключительно высокая износостойкость инструмента и высокая абразивная способность при обработке твердых и сверх твердых материалов Корунд Кремень Наждак Гранат	А1 А2 А3 А5 А5 А8 92Е 81 Кр --- ---	Изготовление инструментов на металлических связках для обработки технического стекла, керамики, камня, бетона. Изготовление шлифовальных кругов на металлических связках, в том числе для изготовления кругов гальваническим методом. Изготовление правящего и бурового инструмента, а также инструмента для стройиндустрии и камнеобработки. Изготовление инструментов и микропорошков для полирования деталей из стекла и металлов. Шлифовальная шкурка для обработки дерева, кожи, эбонита. Обработка свободным зерном, мельничные жернова. Шлифовальная шкурка для обработки дерева, кожи, пластмасс; обработка стекла свободным зерном

Твердость характеризует прочность удержания абразивных зерен в инструменте с помощью связки. Поэтому твердость определяется количеством и свойствами связки, введенной в инструмент. С увеличением связки на 1,5 % твердость инструмента повышается на одну степень. При этом объем связки увеличивается за счет соответствующего уменьшения объема пор. Расстояние между зернами остается неизменным.

Твердость оказывает влияние на режущие свойства и кромкостойкость инструмента, а также на характер его изнашивания в процессе резания. Если прочность закрепления зерен в инструменте ниже прочности самого абразивного зерна, то изнашивание происходит за счет выкрашивания зерен, и абразивный инструмент будет работать в режиме самозатачивания. Если прочность абразивного зерна оказывается ниже прочности его закрепления в инструменте, то изнашивание протекает частично за счет хрупкого разрушения, скалывания зерен и частично за счет их истирания с образованием износных площадок на зерне.

В табл. 19.2 приведены классификация твердости и область применения абразивного инструмента различной твердости.

Структура абразивного инструмента характеризуется соотношением объемов абразивных зерен, связки и пор. Система регулирования структур основана на сохранении равенства: V_з+V_c+V_п=100 %, где V_з – объем зерна, V_c – объем связки, V_п – объем пор. Определяющим параметром структуры является V_з.

С увеличением на один номер структуры объем зерен уменьшается на 2 %, расстояние между зернами и размер отдельных пор увеличиваются, однако для сохранения одинаковой твердости инструмента объем связки также увеличивается на 2 %, при этом V_п остается неизменным.

Таблица 19.2

Твердость абразивных инструментов

Степень твердости	Обозначение твердости	Область применения
Мягкий М, Среднемягкий СМ Средний С Среднетвердый СТ Твердый Т Весьма твердый ВТ Чрезвычайно твердый ЧТ	М1 – М3, СМ1, СМ2 С1, С2 СТ1 – СТ3 Т1, Т2 ВТ1, ВТ2 ЧТ1, ЧТ2	Шлифование с интенсивным самозатачиванием инструмента: плоское торцом круга; внутреннее закаленных сталей; заточка и доводка режущего инструмента; цветных металлов, труднообрабатываемых и вязких сплавов; высокотвердых закаленных сталей, имеющих склонность к прижогам и трещинам; зубошлифование, резьбошлифование. Чистовое шлифование и суперфиниширование. Окончательное и чистовое шлифование (круглое, бесцентровое и внутреннее). Плоское шлифование периферией круга. Резьбошлифование. Шлифование чугунов. Обдирочное шлифование торцом круга. Круглое и бесцентровое врезное шлифование. Профильное шлифование. Обработка разобщенных поверхностей. Обдирочное шлифование чугунов. Обдирочное шлифование, снятие заусенцев на поковках и литье. Отрезные круги. Ведущие круги для бесцентрового шлифования. Хонингование закаленных сталей. Врезное профильное шлифование с большим съемом металла. Обдирочное шлифование и зачистка в металлургии и кузнечно-литейном поизводстве. Правка шлифовальных кругов. Шлифование шаров и операции с большим удельным давлением резания.

Таким образом, абразивные инструменты одинаковой зернистости и твердости, но разных структур, различаются между собой по степени сближения абразивных зерен.

Принято называть структуры от №1 до №4 закрытой (плотной), от №5 до №8 – средней, от №9 до №16 – открытой. Чем больше номер структуры, тем больше расстояние между зернами, т.е. инструмент будет иметь более открытую структуру.

Инструменты открытой структуры улучшают условия отвода стружки и уменьшают тепловыделение. Наиболее эффективно их применение при обработке вязких металлов, а также деталей, склонных к прижогам и трещинам. Рекомендуемые области применения инструмента основных структур следующие:

изготовление инструментов на бакелитовой и керамической связках при шлифовании с малым съемом металла, преимущественно для обработки шарикоподшипников – для №1 – 3;

профильное шлифование, шлифование с большими подачами и переменной нагрузкой, отрезные работы – для №3 – 4;

круглое наружное, бесцентровое, плоское шлифование периферией круга – для №4 – 6;

плоское шлифование торцом круга, внутреннее шлифование, заточка инструмента – для №7 – 9;

шлифование и заточка инструментов, оснащенных твердым сплавом – для №8 – 10;

профильное шлифование мелкозернистыми кругами (резьбошлифование) – для №8 – 12.

Увеличенные размеры пор достигаются также добавкой в абразивную массу порообразующих веществ, выгорающих при термической обработке инструмента (молотый уголь, пластмассовая крошка, древесные опилки). Такой абразивный инструмент отличается увеличенным объемом пор и называется высокопористым. Наибольшая эффективность высокопористого инструмента проявляется при обработке очень вязких материалов, при сухом (без подачи охлаждающей жидкости) шлифовании и заточке.

Связка определяет прочность и твердость инструмента, оказывает большое влияние на режимы, производительность и качество обработки.

Связки бывают неорганические и органические. К неорганическим относятся керамическая, силикатовая и магнезиальная, к органическим – бакелитовая, вулканитовая.

Керамическая связка обладает высокой огнеупорностью, водостойкостью, химической стойкостью, хорошо сохраняет профиль рабочей кромки круга, но чувствительна к ударным и изгибающим нагрузкам. Применяют плавящиеся и спекающиеся керамические связки. Абразивный инструмент из электрокорунда изготовляется на плавящихся связках, а из карбида кремния – на спекающихся. Круги из электрокорунда более прочны, чем круги из карбида кремния.

Инструмент на керамической связке имеет меньшую прочность на сжатие и изгиб, чем тот же инструмент на органических связках.

Силикатовая и магнезиальная связки имеют органическое применение, они малопрочны и чувствительны к охлаждающим жидкостям. Основное их преимущество – меньшее выделение теплоты при шлифовании.

Абразивный инструмент на бакелитовой связке обладает более высокой прочностью и упругостью, чем инструмент на керамической связке. Он может быть изготовлен различных форм и размеров, в том числе и очень тонких – до 0,5 мм для отрезных и прорезных работ.

Недостатком бакелитовой связки является невысокая стойкость против действия охлаждающих жидкостей, содержащих щелочные растворы. Для уменьшения вредного действия охлаждающих жидкостей круги покрывают лаком, суриком или какой-либо водонепроницаемой краской, иногда пропитывают парафином. При шлифовании кругами на бакелитовой связке охлаждающая жидкость не должна содержать более 1,5% щелочи. Круги на бакелитовой связке имеют более низкую кромкостойкость, чем на керамической и сцепление с абразивным зерном, поэтому инструмент на этой связке широко используется на операциях плоского шлифования, где необходимо самозатачивание круга. Бакелитовая связка имеет невысокую теплостойкость и выгорает при нагревании до 250 – 300°С, а при 200° С и выше бакелитовая связка приобретает хрупкость. Абразивный инструмент на бакелитовой связке чаще изготовляют из электрокорунда нормального и карбида кремния черного.

В основе вулканитовой связки лежит термически обработанная смесь каучука с серой. Свойство эластичности инструмента на вулканитовой связке используется при обработке фасонных поверхностей и профильном шлифовании. Круги на вулканитовой связке работают на скоростях до 60 м/с и могут быть изготовлены толщиной 0,3 – 0,5 мм для отрезных работ.

Вулканитовая связка значительно хуже, чем керамическая удерживает абразивные зерна и это компенсируется увеличением количества связки за счет уменьшения пор. Поэтому инструмент на вулканитовой связке отличается плотной структурой, вызывающей увеличенное тепловыделение при шлифовании. Низкая теплостойкость каучука (150 – 180°С) приводит к размягчению и выгоранию связки при интенсивном резании. Абразивные зерна углубляются в эластичную связку и режут на меньшей глубине подобно более мелкозернистому инструменту, обеспечивая наименьшие параметры шероховатости поверхности. Эти особенности вулканитовой связки эффективно используются при чистовой обработке фасонных поверхностей.

Указанные выше связки рекомендуется применять в следующих областях.

Керамическая – для всех видов шлифования, кроме обдирки на подвесных станках, разрезки и прорезки узких пазов, плоского шлифования сегментными кругами и шлифования желобов колец шарикоподшипников.

Бакелитовая – для обдирочных работ, выполняемых вручную и на подвесных станках; плоского шлифования торцом круга; высокоскоростного и силового шлифования, отрезки и прорезки пазов; заточки режущих инструментов; шлифования прерывистых поверхностей; отделочного шлифования цилиндров, кулачков и роликов; резьбошлифования; хонингования; алмазных и эльборовых кругов.

Вулканитовая – для отрезки, прорезки и шлифования пазов, обработки фасонных поверхностей, бесцентрового шлифования (главным образом ведущие круги), отделочного шлифования и полирования гибкими кругами, алмазных брусков для чистового хонингования.

Металлическая – для алмазных кругов при шлифовании твердых сплавов, кругов при электролитическом шлифовании, алмазных хонинговальных брусков.

Наиболее часто применяемые связки приведены в табл. 19.3.

Таблица 19.3

Связки абразивных кругов

Вид связки	Маркировка	Область применения
Керамическая	К0 К1 К5 К8 К5 К6 К2 К3	Малогабаритные круги для внутреннего шлифования. Инструмент общего назначения для всех видов шлифования, кроме отрезных и прорезных работ. Инструмент повышенной прочности и кромкостойкости для скоростного, профильного, врезного, прецизионного шлифования. Инструмент из карбида кремния для всех видов шлифования и заточки.
Бакелитовая	Б Б1 Б2 Б3 Б4	Инструмент с повышенной режущей способностью для шлифования деталей имеющих склонность к прижогам; для зачистного и обдирочного шлифования, для заточки и хонингования. Инструмент общего назначения для плоского, внутреннего шлифования, заточки, разрезных работ. Инструмент для торцешлифования сегментными кругами. Инструмент для резьбошлифовальных и отрезных работ, хонингования. Инструмент повышенной прочности для скоростного шлифования, зачистки литья и поковок, отрезных работ.

Окончание табл. 19.3

Вулканитовая	В В1 В2 В3	Инструмент общего назначения для ведущих кругов, бесцентрового шлифования, для отрезных работ, обработка фасонных поверхностей, хонингование незакаленной стали. Инструмент повышенной прочности для скоростного шлифования и резьбошлифования. Инструмент повышенной режущей способности для профильной обработки подшипников качения, чистового шлифования цилиндрических и некруглых поверхностей.
Глифталевая	ГФ	Инструмент для доводочных и полировальных работ.
Поливинилформалевая	ПФ
Эпоксидная	---	Инструмент для доводочных работ, абразивных шеверов.

Основными видами абразивного инструмента являются: шлифовальные круги, головки, бруски, сегменты и шкурки.

Каждый вид абразивного инструмента имеет свою особенность, связанную с конструкцией станка и крепежного приспособления, с выполняемой операцией, конфигурацией и размерами детали. Внутри каждого вида инструменты различаются по наружному диаметру, высоте, диаметру отверстия (для шлифовальных кругов и головок), по диаметру и глубине выточек (для шлифовальных кругов), по длине и ширине (для брусков и сегментов).

Точность размеров и геометрической формы абразивных инструментов обуславливается тремя классами АА, А и Б. Для менее ответственных операций абразивной обработки применяют инструмент класса Б. Более точным и качественным является инструмент класса А. Для работы в автоматических линиях, на высокопрецизионных и многокруговых станках применяется прецизионный инструмент АА. Он отличается более высокой точностью геометрических параметров, однородностью зернового состава, уравновешенностью абразивной массы, изготовляется из лучших сортов шлифовальных материалов.

Класс неуравновешенности шлифовального круга характеризует неуравновешенность массы круга, которая зависит от точности геометрической формы, равномерности размешивания абразивной массы, качества прессования и термообработки инструмента в процессе его изготовления.

Установлено четыре класса допускаемой неуравновешенности массы кругов. По этим классам неуравновешенности проверяют качество кругов.

Рабочая окружная скорость круга ограничивается прочностью абразивного инструмента.

Глава 20

Обработка резанием неметаллических материалов: