Общая характеристика абразивного инструмента

Абразивный инструмент, применяемый в лесопильно-деревообрабатывающих производствах, по назначению можно разделить на два вида: инструмент в виде шлифовальных шкурок для резания древесины и древесных материалов путем шлифования с целью получения поверхностей с высокой степенью гладкости под прозрачную и непрозрачную отделку, зачистки и снятия провесов в столярных изделиях; инструмент в виде шлифовальных кругов, головок, брусков для заточки и доводки дереворежущего инструмента шлифованием.
Шлифовальные круги в свою очередь подразделяются на обычные и алмазные. Обычные шлифовальные круги применяются для заточки инструмента из инструментальных сталей а алмазные — твердосплавного инструмента. Режущим элементом любого абразивного инструмента является шлифовальное зерно. Для шлифования необходимо, чтобы шлифовальные зерна были более высокой твердости, чем обрабатываемый материал. Ho при этом они должны обладать достаточной вязкостью — способностью сопротивляться ударам и давлению. Твердость абразивных зерен оценивают по шкале Мооса. За единицу твердости по шкале Мооса принята твердость наиболее мягкого минерала — талька. Наиболее твердый минерал — алмаз. Его твердость равна 10. Абразивные инструменты характеризуются материалом шлифовальных зерен, связкой, зернистостью, твердостью, структурой, формой, размерами.

Абразивные материалы бывают естественного и искусственного происхождения. Из естественных материалов наиболее широко применяются для изготовления абразивного инструмента алмаз, корунд, наждак, кремень, кварц и др.
Алмаз (А) представляет собой чистый углерод и встречается в виде небольших кристаллов различной формы. Он обладает наибольшей твердостью и износостойкостью из всех известных в природе веществ. В настоящее время широко начинает использоваться II искусственный алмаз, который по твердости не уступает естественному.
Корунд (E) — природный минерал, состоящий в основном из кристаллической окиси алюминия. Зерно корунда используют для шлифовальных кругов на органической связке. Твердость корунда 8,5 единицы.
Наждак (H) — горная порода, содержащая до 65% корунда и примеси других минералов. Наждак является наиболее качественным шлифовальным материалом и идет на изготовление шлифовальных порошков. Твердость 7,5 единицы.
Кварц (KB) представляет собой минерал, состоящий главным образом из кристаллического кремнезема. Его применяют при изготовлении шлифовальных кругов и брусков для заточки ручного инструмента. Твердость кварца 7 единиц.
Из искусственных шлифовальных материалов наибольшее применение нашли: электрокорунд, карбид кремния и карбид бора.
Электрокорунд представляет собой искусственный корунд, полученный электроплавкой материалов (бокситов), богатых окисью алюминия (Аl2О3). В зависимости от количества окиси алюминия различают два вида электрокорунда: нормальный (Э) и белый (ЭБ). Электрокорунд белый является лучшим из видов и имеет более высокую прочность и остроту кромок зерен. Он применяется для изготовления шлифовального инструмента на всех связках, твердость его 9 единиц. Разновидностью электрокорунда является монокорунд (M). При затуплении зерно монокорунда отрывается не сразу, а частями, что способствует уменьшению усилия на резание и нагреву шлифуемых поверхностей.
Карбид кремния (карборунд К) получают путем плавки кварцевого песка с угольным порошком. В зависимости от состава карборунд может иметь зеленую (КЗ) или черную (КЧ) окраску. Карбид кремния зеленый, называемый экстра-карборунд, применяют главным образом для заточки и доводки твердосплавного инструмента. По твердости карборунд уступает только алмазу и карбиду бора.
Карбид бора — продукт, получаемый путем сплавления борной кислоты и нефтяного кокса при высокой температуре. По твердости уступает только алмазу, применяется в виде порошков и паст для доводки твердосплавных инструментов.

Зернистость абразивного инструмента характеризуется линейным размером шлифовальных зерен. По ГОСТ 3647—59 для абразивных материалов в зависимости от степени их размельчения устанавливается три группы зернистости: шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки, в табл. 30 приведены номера зернистости и размерная характеристика абразивных материалов в зерне.

Чтобы определить размер зерна шлифовального зерна и шлифовальных порошков, необходимо номер зернистости умножить на 10. Размер зерна микропорошков указывается сразу номером его зернистости. Зернистость абразивного материала оказывает большое влияние на производительность и качество обрабатываемой поверхности. Чем крупнее зерно, тем производительнее процесс заточки, но ниже чистота шлифуемой поверхности. Круги с мелким зерном склонны к засаливанию, поэтому они сильно нагревают режущие грани, вызывая их засинение. При выборе зернистости абразивного инструмента нужно руководствоваться следующими правилами: чем больше поверхность соприкосновения инструмента и круга, тем крупнее должно быть зерно; при шлифовании твердых материалов не следует выбирать крупное зерно из-за быстрого выламывания; для грубого, обдирочного шлифования нужно применять крупное зерно, чистового — мелкое зерно.

Назначение связки — прочно держать зерно только до момента потери им режущих свойств. Поэтому от вида связки во многом зависит качество работы шлифовального круга и его свойства. Связки шлифовальных кругов подразделяются на органические и неорганические. К органическим связкам относятся: бакелитовая, вулканитовая, шеллачная и глифталевая; к неорганическим: керамическая, магнезиальная и силикатовая. Наибольшее применение в шлифовальном инструменте для заточки дереворежущего инструмента получили вулканитовая, бакелитовая и керамическая связки.
Вулканитовая связка (В) представляет собой каучук, подвергнутый вулканизации с серой. Связка обладает большой прочностью и эластичностью, благодаря чему круги на ее основе можно изготовлять толщиной до 0,5 мм. Круги имеют высокую плотность и плохо отводят тепло, что при невысокой теплостойкости каучука (до 180° С) приводит к быстрому их засаливанию. Вулканитовые круги применяются при заточке пил.
Бакелитовая связка (Б) изготовляется на основе искусственной фенолформальдегидной смолы (бакелита) и придает кругу значительную прочность и упругость; менее дефицитна, чем вулканитовая, поэтому более распространена. Однако круги с бакелитовой связкой быстрее изнашиваются из-за невысокого сцепления с зерном. При мокром охлаждении необходимо, чтобы в составе эмульсии было не более 1,5% щелочей, так как бакелит в них растворяется.
Керамическая связка (К) состоит из смеси огнеупорной глины, полевого шпата и каолина. Для повышения пластичности и формуемости применяют добавки в виде растворимого стекла, декстрина и др. Круги на керамической связке имеют высокую пористость, хорошо проводят тепло, сохраняют профиль рабочей кромки и теплостойки. Поэтому они пригодны для наибольшего числа операций шлифования. По способу изготовления круги на керамической связке бывают прессованными и литыми. Литые круги более пористые, но менее прочные, чем прессованные. Они работают с охлаждением и без охлаждения. Недостаток кругов на керамической связке — чувствительность к ударам и изгибающим нагрузкам.
Для шлифовальных шкурок в качестве связки применяют клеи, главным образом мездровые, костные или альбуминовые.

Под твердостью абразивного инструмента понимается сопротивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента под влиянием внешних усилий. Таким образом, твердость абразивных зерен и твердость абразивного инструмента (исключая шлифовальные шкурки) — разные понятия. Если связка очень прочно удерживает зерна в круге, круг считается твердым, если слабо — мягким, независимо от шкалы твердости самих зерен. Шкала твердости по ГОСТ 3751—47 приведена в табл. 31.

Цифры 1, 2, 3 справа от буквенного обозначения в подразделениях твердости характеризуют твердость абразивного инструмента в порядке ее возрастания. Абразивный инструмент на вулканитовой связке выпускается только следующих твердостей: CM, С, CT и Т. Твердость определяется одним из трех методов: с помощью пескоструйного прибора, твердомера Роквелла (по красной шкале) или прибором АОТ-4, методом высверливания лунки.
При выборе шлифовальных кругов по твердости необходимо руководствоваться следующими правилами: чем тверже шлифуемый материал, тем мягче должен быть круг, и наоборот; чем больше контакт шлифуемого материала с кругом, тем мягче должен быть последний; при шлифовании с охлаждением круги необходимо брать большей твердости, чем при сухом шлифовании; чем выше окружная скорость шлифовального круга, тем мягче следует брать круг и наоборот. Прочность прикрепления абразивных зерен к основе шлифовальных шкурок испытывают путем перегибания их рабочей стороной внутрь. При этом абразивные зерна не должны осыпаться или отделяться в месте сгиба.

Под структурой круга понимается состав абразивного инструмента, определяемый объемным соотношением зерен, связки и пор. Количество абразивного зерна в круге по объему колеблется в зависимости от структуры в пределах 35—60%. Структуры с содержанием зерна 54—60% называются плотными закрытыми (№ 1, 2, 3, 4), 46—52% — средними (№ 5, 6, 7, 8) и 35—44% — открытыми (№ 9, 10, И, 12). В высокопористых кругах с малым количеством зерна поры могут достигать 2—3 мм. Круги с открытой структурой меньше поджигают инструмент при заточке, меньше изнашиваются, более производительны и рекомендуются для заточки инструмента из инструментальных сталей. У шлифовальных шкурок абразивные зерна наносятся на основу одним слоем, а плотность его определяется количеством зерен и клея, приходящимся на единицу поверхности шкурки. Различают плотную и редкую насыпку. Шкурки с плотной насыпкой применяются для окончательного шлифования поверхностей под отделку, с редкой насыпкой — для шлифования влажной, смолистой древесины, снятия провесов и зачистки столярных изделий.