Понимание принципов работы шлифовального круга поможет вам в правильном выборе инструмента для ваших шлифовальных операций.
Джо Салливан, Компания NORTON.
Шлифовальный круг это, прежде всего режущий инструмент. Это абразивный режущий инструмент.
В шлифовальном круге абразив выполняет ту же функцию, что и зубья в пиле. Но в отличие от пилы, которая имеет зубья только по краям, шлифовальный круг содержит абразивные зерна, распределенные по всему инструменту. Тысячи твердых и крепких частиц, воздействуя на деталь, удаляют материал в виде мелких стружек.
Поставщики абразивов предлагают широкий выбор продукции для широкого поля применения в металлообработке. Неправильный выбор инструмента может стоить рабочего времени и денег. Данная статья представляет основные принципы выбора наилучшего шлифовального круга для работы.
Абразив. Зерно.
Шлифовальные круги и прочие абразивы в связке (bonded abrasives) состоят из двух основных компонентов - шлифовального зерна, которое собственно режет и связки, которая скрепляет зерна между собой и удерживает их во время резания. Процент зерна, связки и свободного пространства в круге определяет структуру круга.
Абразивные частицы, используемые в круге выбираются на основании того, как они будут взаимодействовать с обрабатываемым материалом. Идеальный абразив обладает способностью оставаться острым с минимальным числом затупившихся кромок. Когда затупление начинается, абразив скалывается, обнажая свежие режущие вершины.
Каждый тип абразива уникален и отличается от другого твердостью, крепостью, стойкостью к скалыванию и сопротивлением на удар.
Оксид алюминия (aluminium oxide) - наиболее распространенный абразив, используемый в шлифовальных кругах. Это абразив, выбираемый обычно для шлифования углеродистой стали и сплавов, быстрорежущей стали, отожженного ковкого чугуна, изделий из кованного железа, бронзы и подобных материалов. Существует много различных видов абразивов из оксида алюминия, каждый из которых специально изготовлен и подобран для соответствующего вида работ по шлифованию. Каждый тип абразивов обозначается по-своему. Обозначение обычно состоит из комбинации букв и цифр, которая варируется в зависимости от производителя.
Циркониевый оксид алюминия (zirconia alumina) - другое семейство абразивов, произведенных из различного сочетания оксида алюминия и оксида циркония. Сплав материалов дает крепкий, стойкий абразив, который отлично применяется в грубой шлифовальной обработке, например, отрезке широкого диапазона сталей и сплавов. Как и оксид алюминия, циркониевый оксид алюминия имеет несколько разновидностей на выбор.
Карбид кремния (silicon carbide) - абразив, используемый в шлифовании серого чугуна, отбеленного чугуна, латуни, мягкой бронзы и алюминия, а так же, камня, резины и других неметаллических материалов.
Керамический оксид алюминия (ceramic aluminium oxide) - новейшее важное достижение в абразивах. Это высокочистое зерно, изготовленное в процессе гель-спекания. В результате получился абразив, обладающий способностью к скалыванию в необходимом количестве на микро уровне, постоянно создавая тысячи новых режущих вершин. Данный абразив исключительно крепок и тверд. Он используется главным образом для прецизионного шлифования труднообрабатываемых сталей и сплавов. Абразив смешивается в различных пропорциях с другими материалами для достижения оптимальной производительности в обработке различных деталей.
Коль скоро знакомство с зерном состоялось, следующий вопрос относится к размеру зерна. Каждый шлифовальный круг имеет число, обозначающее эту характеристику. Размер зерна - это индивидуальный размер частицы в круге. Он соответствует количеству линейно расположенных отверстий на одном дюйме сита, используемого для окончательного рассева зерна. Другими словами, большие числа означают меньшее количество отверстий на сите, через которое проходит зерно. Меньшие числа (такие как 10, 16, или 24) означают круг с грубым зерном. Чем грубее зерно - тем больше размер удаляемого материала. Грубые зерна используются для быстрого и объемного съема материала, где окончательная обработка не столь важна. Большие числа (такие как 70, 100 или 180) относятся к кругам из тонкого зерна. Они подходят для тонкой окончательной обработки, для небольшой площади контакта, и для использования на твердых и хрупких материалах.
Выбираем связку.
Что бы абразив в круге резал с наибольшей эффективностью, круг должен содержать подходящую связку. Связка - это материал, котрый удерживает абразивные зерна вместе, так что бы они могли эффективно резать. Связка должна изнашиваться по мере изнашивания и вырывания абразивных зерен из круга для открывания новых режущих точек.
Существует три основных типа связок, используемых в обычных шлифовальных кругах. Каждый тип дает различные характеристики кругов для шлифования. Выбор типа связки основывается на таких факторах, как рабочая скорость круга, вид шлифовальной обработки, точность обработки и обрабатываемый материал.
Большинство шлифовальных кругов изготавливается на стекловидных связках (vitrified bonds), которые состоят из смеси тщательно подобранных глин. При большой температуре, вырабатываемой печами, в которых изготавливаются круги, глины и абразивное зерно сплавляются в состояние плавленного стекла. По мере охлаждения, стекло формирует связь, скрепляющую каждое зерно с соседними и удерживающую зерна во время шлифования.
Шлифовальные круги на стекловидной связке очень жестки, прочны и пористы. Они обеспечивают съем материала в широком диапозоне с требуемой точностью. Они не подвержены повреждениям со стороны воды, кислот, масел и температурных изменений.
Стекловидная связка является очень твердой, но в то же время хрупкой как стекло. Она может разрушаться под действием давления при шлифовании.
Некоторые связки производятся из органических веществ. Эти связки размягчаются под действием тепла, выделяемого при шлифовании. Основным типом органической связки является смолянистая связка (resinoid bond), которая производится из синтетической смолы. Круги на смолянистой связке более всего подходят для операций, где требуется быстрый и грубый съем материала, но так же и для более тонкой обработки. Они созданы для работы на высокой скорости и часто используются в мастерских, литейных, для обработки железных чушек, а так же для заточки и гуммирования пил.
Другой тип органической связки - это резина (rubber). Круги, изготовленные на резиновой связке обоспечивают гладкое шлифование. Резиновая связка используется в кругах, применяемых там, где требуется высокое качество окончательной обработки, например, при шлифовании канавок роликовых и шариковых подшипников. Она так же часто используется в отрезных кругах в обработке, где появление заусенцев и прижог должны быть сведены к минимуму.
Твердость связки обозначается в степени твердости шлифовального круга. Говорится, что связка имеет твердую степень если скрепление абразивных зерен очень сильное, которое отлично удерживает зерна от вырывания под действием сил при шлифовании. Говорится, что связка имеет мягкую степень если достаточно небольшого усилия для вырывания зерен из круга. Это весьма относительная характеристика связки, определяющая ее степень или твердость.
Более твердые круги используются при длительном применении, для работ на станках с приводом большой мощности, и для работ с небольшой или узкой площадью контакта. Более мягкие круги используются для быстрого, грубого съема материала, для работ с большой площадью контакта, и для обработки твердых материалов, таких как инструментальная сталь и углеродистая сталь.
Формы круга.
Круг сам по себе может иметь различные формы. Изделие, которое прежде всего приходит на ум при мысли о шлифовальном круге - это прямой круг (straight wheel). Шлифовальная поверхность - часть инструмента, предназначенная для работы, находится на периферии прямого круга. Основной разновидностью прямой формы является круг с выемкой, называемый так из-за углубления в центре круга, предназначенного для фланца - детали крепления круга на шпинделе.
На некоторых кругах шлифовальная поверхность находится на боковой стороне круга. Такие круги обычно имеют названия своих форм, как цилиндрические круги, круги-чашки или круги-тарелки. Изготавливают так же секции и сегменты на различных связках, из которых формируют шлифовальные круги. Круги, у которых боковая сторона является шлифовальной поверхностью часто используются для заточки зубьев режущего инструмента или для обработки труднодоступных поверхностей.
Смонтированные круги (mounted wheels) - это небольшие шлифовальные круги специальных форм, таких как конусы или пробки, прочно смонтированные на стальной оправке. Используются в ручном инструменте и при внутреннем прецизионном шлифовании.
Собираем все вместе.
Множество факторов следует учесть выбирая подходящий круг для своей работы. Прежде всего - это обрабатываемый материал. Он определяет тип абразива, который вам будет нужен в вашем круге. Например : оксид алюминия или циркониевый оксид алюминия требуются для шлифования сталей и сплавов. Для шлифования литейного чугуна, цветных металлов, неметаллических материалов следует подобрать круг из карбида кремния.
Твердые, хрупкие материалы в основном требуют тонко зернистые и мягкие круги. Твердые материалы препятствуют проникновению абразивных зерен и способствуют их быстрому затуплению. Поэтому, сочетание тонкого зерна и мягкой связки позволяет абразиву удаляться прочь по мере затупления, освобождая новые острые грани. С другой стороны, круги из грубого зерна на твердой связке подбираются для мягких, вязких и легко проникаемых материалов.
Следует так же учесть количество снимаемого материала. Более грубое зерно дает быстрое удаление большого количества материала, поскольку способно проникать глубже и срезать больше. Однако, если обрабатываемый материал является труднопроникаемым, мелкозернистый круг будет работать быстрее на той же операции за счет большего количества режущих вершин.
Круги на стекловидной связке производят быстрое резание. Смолянистая, резиновая связки или шеллак используются если следует снять меньшее количество материала и при более высоких требованиях к окончательной обработке.
Другой фактор, оказывающий влияние на выбор инструмента - это рабочая скорость круга. Обычно стекловидные круги используются на скорости не превышающей 6500 футов по периферии в минуту. При большей скорости связка может разрушиться. Органические связки в основном применяются при скорости от 6500 до 9500 футов по периферии в минуту. Для работы на больших скоростях используются круги со специальным укреплением.
В любом случае, нельзя превышать скорости, отпечатанной на поверхности круга или эткетке.
Следующий фактор - площадь поверхности шлифования между кругом и обрабатываемой деталью. Для большей площади используются грубое зерно и мягкая связка, что облегчает процесс шлифования за счет проникновения воздуха и охлаждения места контакта и за счет меньшего давления на единицу площади. Меньшие площади требуют кругов из более мелкого зерна и с большей степенью твердости что бы выстоять под действием повышенного удельного давления.
Далее, следует учесть условия работы при шлифовании. Условия определяются давлением, действующим на круг и на обрабатываемую деталь. Некоторые абразивы специально разработаны для жестких условий работы при шлифовании сталей и сплавов.
Необходимо принять во внимание в т.ч. и мощность станка. В основном, более твердые круги используются на станках большей мощности. Если мощность привода меньше принятой для данного диаметра круга, то следует установить более мягкий круг ; если выше - поставьте более твердый круг.
Сохранение и подача в производство.
Шлифовальные круги должны подаваться, устанавливаться в станке и использоваться с достаточной мерой предосторожности и сохранности.
При складировании круги должны быть всегда защищены от ударов и сколов. Складские помещения не должны подвергаться большим перепадам температуры и влажности, наносящим вред связке некоторых видов кругов.
Сразу после распаковки круг должен быть внимательно изучен на предмет наличия повреждений после транспортировки. Пользованные круги при возвращении на склад так же должны быть внимательно проверены.
Переносятся круги осторожно во избежании падения и ударов, вызывающих появление трещин. Круги следует переносить, но не катить. Тяжелые круги подвозятся на тележках или погрузчиках, принимая при этом меры для предотвращения повреждений.
Стекловидные круги перед установкой подвергаются звуковому тесту по стандарту ANSI B7.1 "Нормы безопасности для использования, хранения и защиты шлифовальных кругов". Звуковой тест позволяет выявить наличие трещин в круге. Никогда не пользуйтесь поврежденным кругом !
Необходимо убедиться в том, что скорость вращения шпинделя не превышает максимально безопасной скорости шлифовального круга.
Посадочное отверстие круга должно совпадать с диаметром шпинделя ; круг должен садиться свободно, с небольшим натягом, но без больших усилий. Не пытайтесь подогнать посадочное отверстие. Используйте пару одинаковых, чистых фланцев, диаметром по меньшей мере одна треть от диаметра круга. Поверхность фланцев должна быть плоской, ровной, без выбоин и наростов грязи.
Не допускайте перетягивания гайки шпинделя. При установке направленного круга, следите что бы направление стрелки, изображенной на круге совпало с направлением вращения шпинделя.
Перед запуском станка убедитесь, что защитные экраны станка все на месте и все крышки плотно прикрыты. Убедившись, что круг должным образом установлен, защитные экраны на месте, включите станок, отойдите в сторону и не менее минуты дайте ему поработать с рабочей скоростью вхолостую, после чего можно приступить к шлифованию.
Шлифуйте только периферией прямого круга. Шлифуйте только стороной цилиндрического, чашечного или сегментного круга. Совершайте соприкосновения плавно, исключая удары и долбление. Усилия не должны быть чрезмерными и не должны вызывать замедлений вращения, изменений звука мотора и перегрева. Следите за амперметром, - чрезмерные усилия вызвают повышение тока.
Если круг сломался во время работы, внимательно осмотрите станок - не повреждены ли защитные приспособления. Так же проверьте фланцы, шпиндель, крепежные гайки - не согнуты ли они, треснуты и т.п.
Анализ системы.
Шлифовальный круг - это один из компонентов инженерной системы, в которую входят : собственно круг, оборудование, обрабатываемая деталь и эксплуатационный фактор. Каждый фактор оказывает влияние на другие. Следовательно, пользователь, желающий оптимального исполнения своих шлифовальных операций выбирает круг, который более соответствует остальным составляющим процесса.
