Инструментальное оснащение для АЭХШ

Типы и характеристики шлифовальных кругов. Для АЭХШ в зависи­мости от рода работы и схемы шлифования используют шлифовальные круги различных типов. Наибольшее распространение получили круги прямого про­филя для плоского, круглого и внутреннего шлифования периферией инстру­мента, а также чашечные и тарельчатые — для плоского шлифования торцом ин­струмента (табл. 2.2).

Кроме указанных типов могут быть использованы и другие, например, с коническими (1Е1, 1Е6, 1V1, 1Д1) и полукруглыми (1F1X, 1FF1X) профилями, плоские (1А2, 6А2, 9А3) и трехсторонние (14U1) и др., а также головки шлифо­вальные различных форм (цилиндрические, угловые, конические…) [25].

Размеры инструмента определяются техническими характеристиками и габаритными рабочих зон оборудования, величиной обрабатываемых поверх­ностей и размерами заготовок.

Для АЭХШ наиболее характерно использование кругов, алмазоносный слой которых изготавливается на основе шлифпорошков сверхтвердых мате­риалов (размер зерен — 40-300 мкм), к которым относят природные и синтети­ческие алмазы, а также кубический нитрид бора (эльбор, кубонит). Это обу­словлено их уникальными свойствами, которые предопределяют возможность значительной интенсификации съема припуска при шлифовании труднообраба­тываемых материалов.

Твердость алмаза составляет 98 ГПа, его модуль упругости, равный 883 ГПа, превышает модули упругости всех известных материалов. Алмаз от­личается высокой тепло — и температуропроводностью, низкой теплоемкостью. Поэтому температура нагрева алмазных кругов ниже температуры нагрева кру­гов из применяемых в инструментальном производстве абразивов. В отличие от других абразивов алмаз обладает низким коэффициентом трения, поэтому при алмазном шлифовании уменьшаются силы трения, и снижается теплонапря­женность самого процесса. Характерной особенностью синтетических алмазов являются и широкие пределы диапазона разрушающей нагрузки, что способст­вует сохранению высокой режущей способности и, в то же время, обеспечивает процесс самозатачивания.

Таблица 2.2

Основные типы алмазных и эльборовых кругов на металлической связке

Кубический нитрид бора по твердости (90 ГПа) превосходит все абразив­ные материалы, кроме алмаза. Сходство строения атомных решеток алмаза и эльбора предопределяет близость их свойств. Но эльбор имеет и некоторые важные отличия. Так, при нагревании до температур 1073-1273 К прочность его зерен не изменяется. Теплопроводность эльбора, равная 41,9 Вт/(мК), в 2-4 раза выше, чем у обычных абразивов. Благодаря этому обеспечивается интен­сивный отвод тепла, возникающего в процессе шлифования. Удельная тепло­емкость эльбора составляет 670 Дж/(кг-К), что ниже, чем у электрокорунда. Коэффициент линейного термического расширения эльбора, равный (2,5- 4,7)-10-6оС7, в 1,5-3 раза ниже, чем у электрокорунда. Поэтому зерна эльбора обладают меньшими температурными деформациями. Кроме того, кубический нитрид бора химически инертен при взаимодействии с металлами, и его особо рекомендуют для обработки сталей, обычно вызывающих повышенный износ алмазов из-за графитизации.

Содержание зерен синтетических сверхтвердых материалов в связке ал­мазоносного круга обычно колеблется от 50 до 150 %. Наиболее часто приме­няются круги с концентрацией 100 %. Эта маркировка соответствует объемно­му соотношению зерен и связки в рабочем слое кругов как 1:3.

Обязательным условием для используемого при АЭХШ инструмента яв­ляется электропроводность его связки. Поэтому преимущественное применение
имеют круги на металлических связках, изготовленные спеканием методом по­рошковой металлургии, прокаткой, а также наращиванием методом гальвано­стегии.

Наибольшими преимуществами обладает гальванический метод изготов­ления алмазного шлифовального инструмента. Алмазные зерна не испытывают температурных и деформирующих воздействий; выступание зерен над поверх­ностью связки больше, чем в кругах на прессованных связках. В результате контакт обрабатываемого материала со связкой исключается, уменьшается ее трение об обрабатываемый материал и засаливание, улучшаются условия раз­мещения в МЭЗ электролита. У кругов на гальванической (обычно, на основе никеля) связке количество алмазных зерен на единице рабочей поверхности ин­струмента по сравнению с кругами, изготовленными прессованием, в 4-8 раз увеличено. Все это вместе взятое обусловливает высокие режущие свойства ин­струмента и интенсифицирует съем обрабатываемого материала. Однако тол­щина алмазоносного слоя такого инструмента ограничена, общий срок его службы невелик. Поэтому гальванический инструмент используется в основ­ном как специальный, для профильного и фасонного шлифования.

Алмазосодержащий прокат можно изготавливать шириной до 400 мм с большой высотой алмазного слоя без применения пресс-форм при высокой равномерности толщины и плотности. Площадь прокатываемых изделий не ог­раничена, размеры лимитируются только по ширине — длиной рабочей части валков. Как правило, из алмазосодержащего проката изготовляют специальные изделия, мелкоразмерные инструменты, притиры для обработки плоских по­верхностей, сборные круги для различных операций. Для изготовления типо­вых шлифовальных кругов применение проката ограничено.

Основные типы кругов для АЭХШ изготавливаются на металлокерамиче­ских спекаемых связках различного состава. Основу связок составляют две сис­темы: Cu-Al и Cu-Al-Zn. Первый тип связок характеризуется высоким алмазо­удержанием и прочностью основы алмазоносного слоя, но не способствует са­мозатачиванию кругов, приводит к быстрому засаливанию и потери работоспо­собности, появлению дефектов шлифования. Круги на этих связках эффектив­ны лишь в случае эксплуатации в режиме непрерывной правки.

Круги на основе Cu-Al-Zn менее прочны. Их сбалансированные физико­механические характеристики способствуют эффективному сочетанию удовле­творительного алмазоудержания, которое необходимо для полного использова­ния режущих свойств зерен алмазов, с возможностью непрерывного обновле­ния режущей поверхности круга за счет удаления связки и обнажения новых режущих частиц. Эксплуатационные характеристики связок, необходимые для обработки различных материалов подбираются путем варьирования содержа­ния компонентов и введением дополнительных компонентов, выполняющих функции твердых смазок (графит, нитрид бора, сульфид молибдена), наполни­телей повышающих режущую способность (карбиды титана и вольфрама, тан­тала), адгезионно-активных веществ и т. д.

Установка и правка шлифовальных кругов. От правильного и надежно­го закрепления шлифовального круга на шпинделе станка зависят точность и качество обрабатываемых поверхностей, производительность и безопасность работы, стойкость круга [23]. В большинстве случаев круги закрепляются на шпинделе с помощью фланцев и гайки или на планшайбах (переходных флан­цах). При этом необходимо, чтобы посадка круга на шейку была свободной. Допустимый зазор — 0,1—0,3 мм. При закреплении круга по всей ширине опор­ной поверхности фланцев ставятся прокладки из мягкого токопроводящего ма­териала (медная или алюминиевая фольга) толщиной 0,5—1 мм для компенса­ции отклонений размеров и неровностей.

Крепление круга прямого профиля типа 1А1 показано на рис. 2.14, а. Шлифовальный круг 1 предварительно насаживается на фланцы 2 и 3 и стяги­вается болтами 4. Прокладка 6, устанавливаемая с двух сторон позволяет рав­номерно стянуть фланцы болтами. Сборку фланцев производят заранее, балан­сируют грузиками 5 и устанавливают на конусную поверхность шпинделя станка, снабженного мелкой резьбой с направлением, обратным вращению шпинделя. Фланцы на шпинделе станка закрепляются гайкой. Относительно проще крепление малоразмерных кругов на оправке (рис. 2.14, б).

Рис. 2.14. Крепление шлифовальных кругов
на планшайбе (а) и оправке (б)

а) б)

Шлифовальному кругу вместе с фланцами сообщается окружная скорость от 25 м/с и выше. Из-за неуравновешенности массы круга возникают возму­щающие силы и биение, которые отрицательно влияют на качество обработки (увеличение волнистости и шероховатости), снижают точность, а также вызы­вают интенсивный износ узлов станка. Поэтому все круги диаметром более 125 мм и высотой более 8 мм перед установкой на станок подвергаются стати­ческой балансировке на специальных приспособлениях.

В состоянии поставки, как и по истечении некоторого времени (период стойкости) в процессе эксплуатации, шлифовальный круг характеризуется не­совершенством геометрической формы. В первом случае это связано с погреш­ностями изготовления инструмента. Во втором — с неравномерностью износа, затуплением режущих зерен и засаливанием рабочей поверхности. В результате следует ожидать ухудшения качества обрабатываемых поверхностей, появле­ния следов вибраций и дробления, прижогов и огранки. Таким образом, требу­ется и предварительная, и периодическая правка круга. А лучше — непрерывная.

В современном производстве считается целесообразным проводить при­нудительную правку кругов через определенные отрезки времени их работы, но при удалении c рабочей поверхности минимального слоя абразивного материа­ла [23]. Последнее требование особо важно с учетом высокой стоимости синте­тических сверхтвердых материалов.

Для восстановления режущей способности алмазного инструмента на ме­таллических связках не все существующие методы правки пригодны из-за вы­соких механических свойств рабочей поверхности кругов. Так, практически, не приемлемы методы правки алмазными карандашами и методы обкатывания ро­ликами и шарожками. Использование методов тангенциального точения много­кристальными алмазными брусками и шлифования абразивными кругами огра­ничены лишь возможностью устранения засаливания.

Наиболее эффективным считается правка кругов с помощью электрохи­мического растворения [23] и электроэрозионного разрушения связки их алма­зоносного слоя непосредственно в процессе шлифования обрабатываемых заго­товок (что дает возможность автоматизации правки). С целью правки изменяют полярность электродов — круг становится анодом — и обычно повышают рабо­чее напряжение до 24 В и выше с целью интенсификации электроэрозионного съема. Величины подач и глубину резания также снижают до возможно мини­мальных значений. Как правило, правку осуществляют, продолжая шлифовать обрабатываемую заготовку.

Использование метода также возможно для создания на рабочей поверх­ности кругов с алмазоносным слоем на металлических связках неглубоких профилей. В таком случае рекомендуется использовать в качестве правящего материала пластины твердых сплавов. Для глубоких профилей уже следует применять методы накатывания твердосплавными роликами с электроконтакт­ным или иным подогревом связки.