Что такое связка абразивного инструмента и как она классифицируется

Виды связок абразивных брусков для заточки.

Абразивными называются материалы, которые используются для придания формы заготовке или детали, путем протирания, что приводит к износу части заготовки в результате трения. То есть главная задача абразива во время работы, максимально долго производить эффект трения, за счет которого происходит стирание материала. Чтобы добиться такого эффекта нужно иметь выносливые, способные к длительной работе абразивные частицы, природного или синтетического характера. И если природные абразивы имеют структуру, созданную в течение миллионов лет геологических изменений земной коры, то искусственные, синтетические абразивы всегда должны иметь основу для удержания своих зерен внутри структуры. Этой основой и становится связка абразивного материала. Состав связки зависит в первую очередь от абразивного порошка, который будет фиксироваться связкой, а также от технологии изготовления самой связки. На промышленных предприятиях, для заточки на электрических заточных устройствах, применяется очень большое количество различных абразивов, на самых разнообразных связках. Среди них: вулканитовая, глифталевая, поливинилформалевая, эпоксидная и полиэфирная связки. Все они применяются для заточных и полировальных кругов и не используются в ручной заточке ножей и инструментов. При заточке ручным способом, с помощью заточных устройств или без них, применяется ограниченное количество связок. Максимально часто используются: керамическая (фарфоровая и стекловидная), магнезиальная, гальваническая, металлическая и органическая (бакелитовая).

Керамическая связка спекающаяся (фарфоровая)

Эта связка применяется для запекания в заточной брусок главным образом порошка карбида кремния. Она представляет собой специальную смесь из различных видов сыпучих измельченных компонентов, которая дополняется основным абразивным материалом и подвергается специальной термообработке. В процессе запекания при температурах от 1300 градусов по Цельсию и выше, она расплавляется лишь частично и становится по своим качествам близкой к фарфору. В состав керамической связки с карбидом кремния входят огнеупорная глина, полевой шпат, тальк, мел, кварц и жидкое стекло. При этом максимальный эффект дает использование углистой глины или смеси огнеупорной глины и углисто-гумусовых веществ, которые обеспечивают максимальную прочность. Эти виды сырья придают связке дополнительную пористость структуры за счет выгорания углерода и органических примесей. При этом уменьшается количество углерода и в конечном изделии, повышается его прочность. В некоторых случаях, для увеличения прочности такой связки применяются различные модификаторы, в частности сульфат марганца и карбонат марганца в количествах до 2 % от общей массы, что также способствует повышению прочности и твердости таких связок.

В качестве примеров изделий на керамической связке используемых для заточки ножей можно назвать камни ʺПрофильʺ, изготовленные на основе карбида кремния. Камни ʺПрофильʺ демонстрируют хорошую твердость связки и уверенно справляются с любыми сталями.

Керамическая связка плавящаяся (стекловидная)

Эта связка, которая пропекается полностью и при остывании приобретает плотность близкую к стеклу. Она также как и фарфоровая связка, представляет собой смесь из сыпучих измельченных компонентов, которая дополняется основным абразивным материалом и подвергается специальной термообработке. Температура спекания такой связки меньше фарфоровой минимум на 200 градусов по Цельсию и в среднем составляет 1000 градусов. В результате обработки керамическая связка приобретает такие свойства как: водоупорность, огнеупорность, химическая и механическая стойкость. Она также представляют собой многокомпонентную смесь, составленную в определенных пропорциях из измельченных сырых материалов: огнеупорной и керамических глин, плавней (полевого шпата, борного стекла), талька и ряда других материалов.

Эта связка представляет собой магнезиальный цемент, образующийся на воздухе при смешивании каустического магнезита и раствора хлорида магния. Каусти́ческий магнези́т — природный магнезит (MgCO3), подвергшийся обжигу при температуре около 700 °C. Магнезитовый каустический порошок получают в результате улавливания пыли, образующейся при производстве спеченного периклазового порошка. Химическая формула каустического магнезита MgO. Он является основным веществом при производстве магнезиальных смесей. Хлори́д ма́гния (хлори́стый ма́гний) — бинарное неорганическое химическое соединение магния с хлором, магниевая соль соляной кислоты. Растворяется в воде и этаноле. Встречается в природе в виде минерала бишофита. При изготовлении брусков на этой связке абразив смешивают с магнезиальным порошком, пропитанным морской водой, и оставляют до полного высыхания в павильоне на открытом воздухе. Естественно, инструмент на магнезиальной связке в результате изготовления имеет низкую механическую прочность. Его нельзя подвергать даже несущественным ударным нагрузкам. Магнезиальная связка гигроскопична, поэтому абразивный инструмент на ее основе должен храниться в сухом помещении. Одной из основных особенностей этой связки является большая плотность и консистенция мелкодисперсных абразивных частиц. Это дает камню самую высокую эффективность заточки среди водных камней.

Примером абразивных брусков для заточки, изготовленных на магнезиальной связке, являются японские водные камни Naniwa Professional, изготовленные на основе оксида алюминия. Это одни из лучших синтетических камней, предназначенных для работы с водой.

Гальваническая связка представляет такой способ напыления, при котором к покрываемой основе прикрепляют алмазные частицы и осаждают из электролита слой металлической связки, охватывающей и закрепляющей алмазные зерна. Гальваническая связка характеризуется тем, что она удерживает алмазные зерна только за счет механических сил сцепления, поэтому зерна должны быть зарощены связкой на высоту не менее 65-70% размера зерна. Металлом, надежно удерживающим абразивное зерно на стальном корпусе, является никель. Он обеспечивает инструменту высокую прочность, стойкость и производительность.

Алмазные пластины на гальванической связке обеспечивают интенсивный съем металла и могут использоваться для режущей кромки ножа, имеющей существенные повреждения (сколы, замины и т.п). Работают заметно агрессивнее брусков на органической и металлической связках с аналогичным размером зерна. Это достигается за счет выступающих алмазных зерен, в то время как в металлической и органической связке алмазные зерна утоплены в связующее вещество и перемешаны с ним. Концентрация размеров зерна в слое 100%. Пластины на гальванической связке не требуют подготовки к работе (выравнивания, «взбадривания» и т.п.).

В то же время необходимо отметить, что по длительности работы такие бруски будут уступать брускам на других связках из-за тонкого слоя напыления, которое активно стирается в процессе заточки. Также важно учитывать, что при работе такими алмазами по мягким сталям, твердостью до 58 HRC этот тип брусков вырабатывается быстрее, чем при работе по сталям с высокой твердостью. Для продления срока службы применяется напыление в два или три слоя, которое также позволяет работать быстрее и дольше.

Примером таких пластин можно назвать алмазные пластины Blitz.

Одной из самых распространенных связок заточного инструмента, является металлическая связка. Она применяется главным образом для соединения абразивов из алмаза и эльбора (нитрита бора). В структуру металлической связки традиционно могут входить различные металлы: вольфрам и кобальт, железо и никель, медь и олово. Абразивные материалы на этой связке обычно обозначаются буквой М и имеют светло-серый оттенок. Основным критерием качества этой связки, является интенсивность ее изнашивания, она должна быть минимальной. Достигается это путем простого повышения твердости связки до максимально возможной. Запекание такой связки обычно происходит при температурах 900-1300 градусов по Цельсию.

В качестве примера может выступать эльборовый брусок премиум класса. Брусок изготовляется из синтетического алмаза, кубического нитрида бора (Эльбора). Объёмное содержание эльборов в бруске 100% с равномерным распределением по всему объему. Это позволяет работать бруском с обоих сторон (бруски монослойные). Геометрия рабочей плоскости с обеих сторон ровная, брусок не нуждается в выравнивании, алмазный слой вскрывается во время работы. Брусок эффективно работает практически по всем видам сталей.

На сегодняшний день органическая связка является наиболее современной и универсальной. Она обладает целым рядом преимуществ перед металлической и гальванической связками.

Основное преимущество органической связки перед металлической в том, что она обладает более вязкой структурой, а значит легче обрабатывается (например, вручную при выравнивании и вскрытии порошком карбида кремния), лучше обновляется и не так быстро засаливается. Основное преимущество органической связки перед гальванической в том, что алмаз наносится не тонким слоем на поверхность связки, а находится по всей ее толщине. Так же органическая связка обладает большей пластичностью и вязкостью, а значит алмаз на такой связке выкрашивается меньше, чем, на гальванической и как следствие, алмазный брусок на органической связке, служит значительно дольше. Это связка с самой высокой износостойкостью.

Наиболее часто применяются следующие связки:

Связка В1-10, изготовлена из пульвербакелита (фенолформальдегида), с содержанием карбида бора и меди, поэтому имеет красноватый цвет. Предназначена для: обработки твердых сплавов различных марок; заточки и доводки быстрорежущих сталей и сверхтвердых материалов, чистового шлифования закаленных сталей.

Связка В2-01 изготовлена из жидкого бакелита (фенолформальдегида), с содержанием железа. Предназначена для чистового и доводочного шлифования твердого сплава.

Связка В2-01М является улучшенным вариантом В2-01, работает несколько мягче.

Связка OSB – является передовой технологией в производстве Веневского завода алмазного инструмента для брусков на органической связке. С этой связкой используется не алмазный шлифпорошок, а микропорошок марки АСМ, изготовленный из синтетических алмазов нормальной абразивной способности. Отличие связки OSB от других органических связок в том, что в ней не применяется карбид бора. Отсутствие лишних вкраплений посторонних абразивов дает возможность делать более мягкую и тонкую работу. Кроме того, абразивный слой на ней не спекается, а приклеивается к корпусу металлической пластины. Это связка лучше всего подходит для твердых сталей на маленьких углах.

Источник

13.5. Связка абразивных инструментов

Материал или совокупность материалов, применяемых для закрепления абразивных зерен в абразивном инструменте, называют связкой. Механизм закрепления зависит от характера взаимодействия связки с зернами. В зависимости от химического состава и физических свойств входящих в связку материалов различают органические, минеральные (керамические) и металлические связки.

К органическим связкам относятся бакелитовая, вулка-нитовая, эпоксидная, глифталевая и др. Для бакелитовой связки в качестве связующего компонента используют порошкообразный или жидкий бакелит с соответствующими наполнителями и увлажнителями. Основным компонентом вулканитовой связки является синтетический каучук. Введение в связку различных наполнителей и ускорителей вулканизации позволяет изменять технологические и эксплуатационные свойства абразивных инструментов. Глифталевая смола используется в качестве связки для инструментов из карбида кремния зеленого зернистостью 6—М14, применяемых при полировании, а вспененный поливинилформаль — для поропластовых кругов, объем пор в которых равен 80%.

Инструмент на бакелитовых связках обладает более высокой прочностью на сжатие по сравнению с керамикой. Круги на бакелитовой связке, армированные стеклосеткой, работают на очень высоких скоростях (80 м/с и более). При достаточно длительном воздействии температуры 250—300°С бакелитовая связка выгорает, при 200°С и выше становится хрупкой и круги быстро срабатываются. При действии щелочных растворов бакелитовая связка разлагается, поэтому поверхность кругов на бакелитовой связке покрывают водонепроницаемой краской, лаком, суриком, серой или пропитывают парафином. Концентрация щелочного раствора, применяемого для охлаждения бакелитовых кругов, не должна превышать 1,5%. Работа кругами на бакелитовой связке часто ведется без охлаждения. Бакелитовая связка имеет три основные разновидности: пульвербакелит (Б, Б1), жидкий бакелит (Б2) и специальная (БЗ), которая используется для профильных кругов при резьбошлифовании и для тонких отрезных кругов. Круги на бакелитовой связке обладают высокой прочностью и упругостью (модуль упругости связки в 20—50 раз меньше, чем у стали).

Вулканитовая связка по сравнению с другими видами связки более плотная и упругая, что вызывает повышенный нагрев обрабатываемой заготовки. Теплостойкость каучука низкая (150—180°С). Создать большие давления при шлифовании кругами на вулканитовой связке нельзя, так как зерна утапливаются в связку. Упругость связки позволяет создавать очень тонкие отрезные круги при значительном диаметре (десятые доли миллиметра по толщине при диаметре 150—200 мм). Вулканитовую связку выпускают нескольких разновидностей: В, Bl, В2, ВЗ. В связке В1 используют синтетический каучук, а круги формируют прокаткой на вальцах. Связку В2 используют в профильных кругах для шлифования резьб с малым шагом.

Абразивные инструменты на вулканитовой связке, имеющие большие упругость и плотность, хорошую водоупорность, но обладающие несколько меньшей прочностью и теплостойкостью, широко применяют при отрезании и шлифовании для получения малой шероховатости поверхности.

Керамические связки являются многокомпонентными смесями огнеупорной глины, полевого шпата, борного стекла, талька и других минеральных материалов, составленными по определенному рецепту с добавками клеящих веществ — растворимого стекла, декстрина и др. Спекающиеся керамические связки К2, КЗ используют для закрепления зерен из карбида кремния. В процессе термической обработки они частично расплавляются и по своему состоянию и составу становятся близки к фарфору или стеклу. Плавящиеся керамические связки К1, К5, К8 обеспечивают прочное закрепление зерен из электро-корундовых материалов.

Недостатком керамической связки является ее высокая хрупкость, более сложный и длительный цикл изготовления инструментов, состоящий из приготовления связки, затем приготовления формовочной массы, формования, термической и механической обработки и испытаний. Формование абразивных инструментов в основном осуществляется прессованием в специальных пресс-формах. При термической обработке происходит окончательное скрепление абразивных зерен и придание инструментам определенных свойств. Круги на керамической связке обладают высокой прочностью, теплостойкостью, жесткостью (табл. 13.10), имеют универсальное применение и используются для разнообразных шлифовальных операций.

13.10. Механические свойства абразивных
кругов на различных связках

Однако из-за повышенной хрупкости их не применяют при ударной нагрузке и малой высоте круга. Тонкие круги (толщиной менее 3 мм) легко ломаются от боковой нагрузки. Выпуск абразивного инструмента на керамической связке составляет 50—60% от общего объема производства, на бакелитовой—30—39%, на вулканитовой—4—7% и на других связках—не более 1—2% (табл. 13.11).

13.11. Связки для абразивных инструментов

Металлические связки представляют собой сплавы меди, олова, цинка, алюминия, никеля и других элементов и используются в основном для алмазных инструментов.

Алмазные и эльборовые круги состоят из корпуса и абразивного слоя в виде кольца. Корпус обычно изготовляют из алюминиевых сплавов АК6 и Д16, пластмасс или сталей СтЗ, 20, 25, 30. Абразивный слой состоит из алмазного или эльборового порошка, связки и наполнителя. Толщина абразивного слоя зависит от связки, закрепляющей зерна, и может колебаться от нескольких десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров (у большинства кругов она находится в пределах 1,5—3 мм). Алмазные и эльборовые круги в настоящее время изготовляют на четырех основных связках: органической, керамической, металлической порошковой или гальванической.

Из органических связок основной является бакелитовая, состоящая из связующего вещества — фенолформальдегидной смолы и различных наполнителей, объемное содержание которых в зависимости от различной концентрации алмазов составляет от 37,5 до 12,5%. В качестве наполнителя в бакелитовых связках используют абразивные материалы (связки Б1, БЗ и Б4), металлические порошки (связка Б2) или более сложные композиции (связки ТО2, БП2, Б156, Б8 и др.). Алмазные круги на бакелитовой связке обладают хорошими режущими свойствами, что позволяет работать с небольшими силами резания. Малое количество образующейся при шлифовании теплоты создает благоприятные условия для шлифования без охлаждения, поэтому эти круги широко используют при заточке многолезвийного инструмента, когда применение охлаждения не позволяет заточнику наблюдать за зоной шлифования.

Круги на керамической связке обладают наиболее высокими режущими свойствами и в основном предназначены для одновременной обработки режущей части и корпуса инструментов из твердого сплава со стальными державками или корпусами, а также для обработки некоторых высоколегированных сплавов и материалов.

Металлическую порошковую связку применяют в кругах, предназначенных для алмазной обработки при сравнительно невысоких требованиях к шероховатости поверхности (обычно Ra > 0,63 мкм). Удельный износ алмаза и изменение размеров по профилю у кругов на металлической связке значительно меньше, чем на бакелитовой. Однако в процессе шлифования возникают сравнительно большие силы и работа без охлаждения невозможна.

Алмазные круги на металлической связке выбирают для шлифования твердосплавных деталей штампов, высадочных матриц, заточки твердосплавного инструмента и других видов шлифования, а также для обработки драгоценных и полудрагоценных камней, ферритов, керамики, стекла и т. п.

В кругах на никелевой связке используют метод гальванического закрепления алмазных зерен на металлический корпус той или иной конфигурации. Алмазные зерна могу! закрепляться а один или несколько слоев.

Большое разнообразие связок для абразивных инструментов из сверхтвердых материалов позволяет дифференцированно учитывать виды обработки и обрабатываемых материалов, технологические требования к качеству обработанных деталей, себестоимость обработки, особенности шлифовальных материалов разных марок. Рекомендации по выбору связок для алмазных кругов приведены в табл. 13.12.

13.12. Связки для алмазных кругов

Источник

Связка шлифовальных кругов

Связка шлифовальных кругов – это связующее вещество, при помощи которого абразивные зерна шлифовального инструмента соединяются в массу высокой прочности. Использование при изготовлении шлифовальных кругов связок различного характера влияет на прочность оборудования, тип материала и вид работ, в которых его применение будет максимально эффективным. Тип применяемой связки обозначается на инструменте при помощи латинских букв или кириллицы. Чтобы его определить, следует посмотреть на пятое обозначение в маркировке шлифовального круга, которое идет после маркировки используемого абразива, зернистости, твердости и структуры. К примеру, в обозначении 25A 60 K 6 V 2, латинская буква «V» обозначает использование керамической связки.

Типы связок шлифовальных кругов

При изготовлении абразивного инструмента используют два основных вида связок – неорганическую и органическую. К неорганическим связкам шлифовальных кругов относят изготовленные из веществ минерального происхождения – металлическую, силикатную, керамическую, магнезиальную. Их получают путем термической обработки материалов. В результате происходит химическая реакция и образуется связующий материал с высокой прочностью.

К органическим связкам относят бакелитовую, вулканитовую, грифталевую, эпоксидную и поливинилформалевую, которые изготавливаются из природных материалов.

Каждая связка имеет свои преимущества, которые необходимо изучить перед началом выполнения шлифовальных и полировочных работ.

Неорганическая связка

Как уже было сказано, неорганические связующие материалы основаны на использовании синтетических материалов, подданных термическому воздействию. Постараемся подробнее описать преимущества, технологию производства, структуру и маркировку каждого типа связки.

Керамическая

Керамическая связка по своей структуре являет собой соединение элементов, среди которых огнеупорная глина, полевой шпат, кварц, которые при обработке в термической печи образовывают стеклоподобное или фарфороподобное вещество. Стекловидные абразивы отличаются большей прочностью. Маркируются латинской буквой V, хотя сегодня по-прежнему используется и старая маркировка буквой К. Свойства этого типа связки позволяют использовать её при изготовлении кругов из электрокорунда и карбида кремния. Используется инструмент на керамической связке в широком спектре ответственных шлифовальных работ, но ввиду высокой хрупкости материала, не рекомендуется его применение для выполнения шлифования, в процессе которого диск с большой силой прижимается к обрабатываемой поверхности.

Металлическая

Применяется для соединения абразивов из алмаза и эльбора. В структуру металлической связки включают различные металлы: вольфрам и кобальт, железо и никель, медь и олово. Шлифовальные круги со связкой этого типа маркируются буквой М и обычно имеют светло-серый оттенок. Подобный инструмент используется при обработке деревянных, каменных, керамических и композитных поверхностей.

Силикатная

В структуру силикатной связки входит жидкое стекло, которое смешивается с окисленным цинком, а также мелом и глиной. Абразивные зерна в таком инструменте быстро затупляются, жидкое стекло не в состоянии обеспечить достаточно прочную связь. Применение такого типа связки целесообразно при работе с быстронагревающимися поверхностями, так как она выделяет совсем немного тепла и не требует охлаждения. Обозначается буквой С.

Магнезиальная

В состав магнезиальной связки входит смесь каустического магнезита и хлористого магния. Инструмент на таком типе связки имеет нераспространенное применение в шлифовании, так как материал не обеспечивает однородность абразивных зерен, они быстро затупляются. Поэтому используется она только при сухом шлифовании на скорости не более 20 м/с. Маркировка – буква М.

Органическая связка

Бакелитовая

В ее структуру входит бакелит жидкой или порошкообразной консистенции. Бакелит – это смола с высоким уровнем прочности и эластичности, что делает её идеальным средством для выполнения чистового шлифования. К недостаткам относят ее быстрый перегрев, поэтом не рекомендуется применять абразивный инструмент на бакелитовой основе при работе с материалами, нагревающимися до температуры свыше трехсот градусов по Цельсию. Также рекомендуется использовать жидкость для охлаждения. Маркируется латинской буквой В или русской Б.

Вулканитовая

Вулканитовая связка изготавливается из каучука, к которому добавляют серу и другие элементы. Формируется при прессовании каучука с примесями. Абразивные зерна, скрепленные такой связкой, не выдерживают высоких температур и размягчаются, поэтому рекомендуется использование при отрезных работах на низкой температуре. Маркировка – русская буква В.

Грифталевая

Грифталевая связка производится при химическом соединении глицерина и фталевого ангидрида. В результате получается материал, напоминающий канифоль. Наиболее эффективным применение инструмента на грифталевой связки будет при финальном шлифовании поверхностей, доведения их до идеального состояния. Маркировка – буква Г.

Таким образом, тип связки определяется перед началом работы в зависимости от ее вида, типа обрабатываемой поверхности, температуры нагревания.

Источник