АБРАЗИВНО-АЛМАЗНАЯ ОБРАБОТКА

ШЛИФОВАНИЕ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Алмазными кругами обрабатывают главным образом твердые сплавы, полупроводники, стекло, керамику и т. п. материалы, обладающие низким пределом прочности при разрыве, так как производительность, достигаемая при шлифовании ими, выше, чем абразивными кругами. Малая теплопроводность твердых сплавов вызывает трудности при их шлифовании.

Для предварительного шлифования твердых сплавов рекомен­дуется применять алмазные круги на металлической связке со 100%-ной концентрацией, с обязательным применением смазоч­но-охлаждающей жидкости, а для чистового и окончательного шлифования — круги на органической связке с 50%-ной концен­трацией, причем можно работать без охлаждения.

Для окончательного шлифования, чистового затачивания и доводки применяют круги на связке Б1, которые при работе на жестких (не менее 700 кГ/мм) и виброустойчивых станках, по­мимо высокой размерной стойкости, обеспечивают получение чи­стоты 13-го класса.

С увеличением концентрации режущая способность и произ­водительность круга возрастают, а удельный расход снижается. Так, при увеличении концентрации алмазов в круге с 25 до 100%, 244

как показали опыты, проведенные в МВТУ им. Баумана, производительность выросла на 50—80%, а расход снизился на 30—50%. Экономичность шлифования в первую очередь зависит от удель­ного расхода алмазного круга. При предварительном шлифовании твердых сплавов кругами со 100%-ной концентрацией алмазов удельный расход в 2 раза больше, чем при чистовом шлифовании и при шлифовании кругами с 50%-ной концентрацией. В зависи­мости от вида шлифования, состояния станка и зернистости кругов расход составляет 1—10 мг/г, в- то время как при шлифовании твердых сплавов кругами из карбида кремния удельный расход кругов составляет от 2 до 18 г/г. Чем крупнее зернистость круга и меньше жесткость станка, тем больше удельный расход. Как показали опыты, удельный расход на жестких станках снижается до 5 раз.

Большое влияние на удельный расход кругов имеет состав связки. Так, например, шлифование кругами на связках Б2 и Б156 обеспечивает их меньший расход, а круги на связке Б156 позволяют работать с глубиной шлифования до 0,03 мм/дв. хсд. Режущие свойства кругов на бакелитовой и керамической связ­ках при работе с малой глубиной резания выше, чем кругов на металлических связках.

Алмазные круги на связке М5 обладают более высокой ре­жущей способностью, чем на связках МИ и МК, но менее ста­бильны. Шлифование алмазными кругами на керамической связке вызывает меньшее теплообразование и менее опасно для возник­новения трещин.

Разные свойства алмазных кругов обусловливают их разные скорости при шлифовании. Так, кругами на бакелитовых связ­ках рекомендуется работать с v_K = 22-і-28 м/сек, кругами на металлических связках с v_K — Ц-н25 м/сек, кругами на кера­мических связках с v_K = 25-І-32 м/сек. Связка в алмазном круге не только удерживает зерна от выпадания, но в некоторой степени участвует в процессе обработки. Так, например, бакели­товая связка Б1 вследствие наличия в ее составе карбида бора оказывает полирующее действие, а связка Б2, в которой исполь­зован металлический наполнитель, увеличивает трение круга о де­таль, вследствие чего профиль кругов на связке Б2 дольше со­храняется и потому более пригоден для профильного шлифования и затачивания разверток, мелкомодульных твердосплавных фрез и т. п.

Производительность шлифования алмазными кругами на орга­нической связке в зависимости от их зернистости, марки твердого сплава, вида шлифования и шлифуемой площади находится в весьма широких пределах 2—60 мм^а1мин; при круглом шлифо­вании она составляет от 10 до 60 мм^л/мин, а при внутреннем

• 5 мм^ъ/мин. Производительность при шлифовании кругами на металлической связке возрастает, а относительный износ круга

падает. При шлифовании кругами из карбида кремния производи­тельность составляет 3—10 мм⁵1мин. Чем выше в твердом сплаве содержание кобальта, тем труднее его обрабатывать, ниже про­изводительность и больше силы резания; так, сплав ВК20 обра­батывается хуже, чем сплав В КЬ.

Для шлифования твердых сплавов применяют алмазные круги зернистостью № 12 и мельче, которыми рекомендуется работать со скоростью круга 17—32 м/сек, скоростью детали 10—40 м/мин, глубиной 0,005—0,04 мм при круглом и плоском шлифовании и 0,0025—0,01 мм при внутреннем шлифовании; при небольших продольных подачах — 0,2—0,5 м/мин при круглом и внутреннем шлифовании и 2—4 м/мин при плоском шлифовании. Величина поперечной подачи при плоском шлифовании берется в пределах 0,2—0,5 мм/проход. Эти режимы позволяют обеспечить чистоту поверхности Я—9-го класса, а выхаживание повышает чистоту на один класс.

Для шлифования глубинным методом глубина шлифования должна быть 0,1—0,25 мм и продольная подача стола 1—1,5 м/мин. При шлифовании твердого сплава алмазными кругами АСО на бакелитовой -связке не следует работать с подачей на глубину выше 0,01 мм и продольной подачей выше 3,5 м/мин\ удельный расход при этом составляет 1—1,6 мг/г. При шлифовании кругами из алмазов АСО и АСП на металлической связке с глубиной 0,02—0,03 мм и продольной подачей 2 м/мин относительный износ составляет 0,01—0,2 мг/г. Круги из алмазов АСВ при этих же режимах обеспечивают в 2—3 раза меньший удельный расход. Для шлифования деталей и инструментов из сплавов типа ТК, а также тонкостенных деталей без охлаждения следует применять алмазные круги на бакелитовой связке.

С увеличением скорости круга и удельного давления произ­водительность, особенно при шлифовании кругами на металли­ческой связке М5, и износ круга растут. При шлифовании кру­гами на металлической связке удельное давление может быть в 2 раза больше, чем при шлифовании кругами на органической связке, при меньшем расходе алмазов. При увеличении скорости круга и одновременном уменьшении подач производительность уменьшается. С увеличением степени зернистости алмазного круга из синтетических алмазов до № 12 производительность и износ кругов возрастают, а при дальнейшем увеличении зерни­стости уменьшаются. Удельный расход при этом снижается, что подтверждает целесообразность применения алмазных кругов из синтетических алмазов зернистостью № 10—12, а кругов из природных алмазов — и крупнее. С увеличением времени шлифо­вания и подач удельный расход кругов возрастает.

Чем выше прочность твердого сплава, тем ниже производи­тельность, поэтому шлифование твердого сплава ВК2 происходит с большей производительностью, чем сплавов ВК6, ВК8 и ВК15, 246

а шлифование сплавов Т15К6 и Т30К4 — с большей производи­тельностью, чем сплавов Т5КЮ и Т14К8. Вместе с тем чем меньше прочность твердых сплавов при изгибе, тем больше возникает в них трещин при шлифовании.

Производительность шлифования твердых сплавов группы В К выше, чем сплавов группы ТК. Особенно ухудшается шлифуе- мость с увеличением содержания в них кобальта. При работе с охлаждением съем сплава возрастает, относительный износ круга снижается на 5—15% и шероховатость поверхности умень­шается на два разряда. Учитывая плохую теплопроводность твердых сплавов, целесообразно при работе алмазными кругами на металлической связке применять охлаждение, так как темпе­ратура в зоне контакта при шлифовании этими кругами дости­гает 400—600° С. Для охлаждения применяют: керосин или смесь из керосина (2 части) и масла малой вязкости (1 часть) или воду с 1—2 % растворимого масла. При быстром охлаждении опасность возникновения трещин больше, чем при нагреве, так как при уменьшении объема сплава на его поверхности создаются напряжения сжатия, меньшие его предела прочности при сжатии, и растягивающие напряжения, превышающие предел прочности при растяжении.

Большинство марок твердого сплава имеет невысокую термо­стойкость, что способствует образованию трещин, особенно при прерывистом шлифовании, когда нагрев и охлаждение быстро сменяют друг друга. В этом случае трещины на пластинках сплава Т15К6 появляются уже при температуре 650—750° С, в то время как при непрерывном шлифовании это явление наблю­дается при 1000° С.

Чем больше толщина или диаметр заготовки из твердого сплава, тем больше опасность возникновения трещин и тем меньше критическая температура, при которой они возникают. Для спла­вов типа В К, обладающих более высоким сопротивлением теп­ловому удару, эти температуры выше, чем для сплавов группы ТК.

При образовании трещин на твердом сплаве при шлифовании кругами из карбида кремния рекомендуется, кроме усиления охлаждения, увеличивать скорость детали, а при шлифовании алмазными кругами — уменьшать скорость продольной подачи.

Трещины, как правило, возникают при завышенных глубинах и скоростях шлифования или при неправильном выборе харак­теристики круга. Чем выше глубина и скорость шлифования, больше контакт между кругом и шлифуемой деталью, тем выше мгновенная температура, температура поверхностного слоя и глубина ее распространения.

При шлифовании алмазными кругами на органической связке температура, возникающая в зоне резания, значительно ниже, чем при шлифовании кругами из карбида кремния и алмазными кругами на металлической связке. Это объясняется меньшей шероховатостью поверхности граней алмазных зерен, чем зерен карбида кремния, разным составом связок.

С увеличением ширины шлифуемой поверхности растут заса- ливаемость круга и силы резания, причем при шлифовании кру­гами на металлической связке они в 2,5—3,5 раза выше, чем при шлифовании кругами на бакелитовой связке. Во избежание излишнего расхода алмазов следует выбирать круг с шириной кольца алмазного слоя, минимально допустимой размерами обра­батываемой части детали.

Возникающие при алмазном шлифовании твердых сплавов силы резания уменьшаются в 2 раза с увеличением концентрации алмазов в круге и увеличиваются с увеличением глубины шлифо­вания и продольной подачи, причем сила Р_у больше Р_г в 3 раза и более. Силы резания при шлифовании кругами на металличе­ской связке Ml в 2—3 раза больше, чем при шлифовании кругами на бакелитовой связке Б1.

Сравнение сил резания, возникающих при плоском шлифова­нии деталей из твердых сплавов Т15К6 кругами из карбида крем­ния и алмазными кругами, показывает, что при шлифовании кругами из карбида кремния они в 2—5 раз больше, что объяс­няется разной формой зерен алмаза и карбида кремния и разным механизмом резания. Процесс резания твердого сплава алмаз­ными зернами начинается с момента контакта зерна со шлифуе­мой поверхностью без смятия и проскальзывания в отличие от шлифования стали зернами электрокорунда; при этом стружка получается в виде пророшка. Алмазные зерна изнашиваются главным образом в результате мелких сколов, в то время как износ карбида кремния сопровождается более крупными сколами и потому в сотни раз быстрее.

Шлифование алмазными кругами с прерывистой режущей поверхностью так же, как и шлифование сегментами, позволяет обеспечить отсутствие трещин и уменьшить силы резания на 25—40%. Вместе с тем при шлифовании алмазными кругами с пре­рывистой поверхностью производительность увеличивается в 2 раза и более, так как появляется возможность работать с большими подачами. Однако при этом шероховатость поверхности несколько увеличивается. Если подачи не возрастают, то шероховатость получается такой же, как и при шлифовании обычными кругами.