Przegląd narzędzi szlifierskich

Materiały ścierne to narzędzia służące do szlifowania, szlifowania i polerowania. Większość narzędzi ściernych to narzędzia ścierne sztuczne wykonane z materiałów ściernych i spoiw, ale istnieją również narzędzia ścierne naturalne, przetwarzane bezpośrednio z naturalnych skał mineralnych. Oprócz tego, że są szeroko stosowane w produkcji maszyn i innych gałęziach przemysłu obróbki metali, narzędzia ścierne są również stosowane w przetwórstwie zboża, przemyśle papierniczym i obróbce materiałów niemetalowych, takich jak ceramika, szkło, kamień, tworzywa sztuczne, guma i drewno.
Przegląd
Struktura narzędzia szlifierskiego jest z grubsza podzielona na trzy kategorie: ciasna, średnia i luźna. Każdą kategorię można dalej podzielić na liczby itp. i są one rozróżniane na podstawie numerów organizacji. Im większy numer struktury narzędzia ściernego, tym mniejszy jest procent objętościowy ścierniwa w narzędziu ściernym i im większa jest szczelina pomiędzy ziarnami ściernymi, co oznacza luźniejszą strukturę. I odwrotnie, im mniejszy numer organizacji, tym ściślejsza organizacja. Narzędzia szlifierskie o luźniejszej strukturze nie są łatwe do pasywacji w trakcie użytkowania, generują mniej ciepła w procesie szlifowania, a także mogą zmniejszać odkształcenia termiczne i przypalenia przedmiotu obrabianego. Ziarna ścierne narzędzia ściernego o zwartej strukturze nie łatwo odpadają, co sprzyja zachowaniu geometrycznego kształtu narzędzia ściernego. Struktura narzędzia ściernego jest kontrolowana jedynie zgodnie z recepturą narzędzia ściernego podczas produkcji i zasadniczo nie jest mierzona. Superścierne materiały ścierne wiązane to głównie materiały ścierne wykonane z diamentu, sześciennego azotku boru itp. połączone spoiwami. Ze względu na wysoką cenę i dobrą odporność na zużycie diamentu i sześciennego azotku boru, wykonane z nich narzędzia ścierne ze spoiwem różnią się od zwykłych narzędzi ściernych ze spoiwem. Oprócz supertwardej warstwy ściernej występuje także warstwa przejściowa i osnowa. Warstwa superścierna to część pełniąca rolę tnącą i składająca się ze środków superściernych i wiążących. Podłoże pełni rolę pomocniczą w procesie szlifowania i składa się z metalu, bakelitu lub ceramiki. Warstwa przejściowa służy do połączenia osnowy z warstwą superścierną. Składa się ze środka wiążącego i czasami można go pominąć. Powszechnie stosowane spoiwa obejmują żywicę, metal, metal galwaniczny i ceramikę. Procesy produkcyjne narzędzi ściernych ze spoiwem obejmują: dystrybucję, mieszanie, formowanie, obróbkę cieplną, przetwarzanie i kontrolę itp. W zależności od spoiwa proces produkcyjny również jest inny. Narzędzia ścierne o spoiwie ceramicznym wykorzystują głównie metodę prasowania. Po odważeniu ścierniwa i spoiwa zgodnie z proporcjami wagowymi receptury, umieszcza się je w mieszalniku i równomiernie miesza, następnie umieszcza w metalowej formie i na prasie formuje półwyrób narzędzia ściernego. Półfabrykat suszy się, a następnie wkłada do pieca w celu wypalenia. Temperatura wypalania wynosi zazwyczaj około 1300 stopni. W przypadku stosowania spoiwa spiekanego o niskiej temperaturze topnienia temperatura wypalania jest niższa niż 1000 stopni. Następnie jest poddawany dokładnej obróbce zgodnie z określonym rozmiarem i kształtem, a na koniec produkt podlega kontroli. Materiały ścierne związane żywicą są zwykle formowane na prasie w temperaturze pokojowej, a w niektórych przypadkach stosuje się proces prasowania na gorąco, który wykorzystuje ogrzewanie i ciśnienie w warunkach ogrzewania. Po uformowaniu jest utwardzany w piecu hartowniczym. W przypadku stosowania żywicy fenolowej jako spoiwa temperatura utwardzania wynosi 180 ~ 200 stopni. Materiały ścierne o spoiwie gumowym miesza się głównie za pomocą pary maszyn walcowych, zwija w cienkie arkusze, a następnie dziurkuje i formuje za pomocą noża dziurkującego; niektórzy używają również materiałów sypkich, które umieszcza się w metalowej formie i formuje na prasie. Po uformowaniu jest wulkanizowany w zbiorniku wulkanizacyjnym w temperaturze 165 ~ 180 stopni. Istnieją dwa procesy produkcyjne narzędzi szlifierskich ze spoiwem metalowym: metalurgia proszków i galwanizacja, które są stosowane głównie w przypadku supertwardych narzędzi szlifierskich ze spoiwem ściernym. W metodzie metalurgii proszków jako spoiwo wykorzystuje się brąz i inne materiały. Po wymieszaniu jest prasowany na gorąco lub prasowany w temperaturze pokojowej, a następnie spiekany. W metodzie galwanicznej jako metalu do galwanizacji wykorzystuje się nikiel lub stop niklu i kobaltu, a materiały ścierne są łączone z podłożem zgodnie z procesem galwanizacji w celu wytworzenia narzędzi ściernych. Specjalne rodzaje materiałów ściernych obejmują materiały ścierne ze spiekanego korundu i materiały ścierne z włókien. Narzędzia szlifierskie ze spiekanego korundu wytwarza się poprzez zmieszanie i ukształtowanie proszku tlenku glinu i odpowiedniej ilości tlenku chromu oraz spiekanie w temperaturze około 1800 stopni. Ten rodzaj narzędzia ściernego ma zwartą budowę i wysoką wytrzymałość i jest używany głównie do obróbki części, takich jak zegary i instrumenty. Włókniste materiały ścierne są wykonane z włókien ciągłych (takich jak włókna nylonowe) zawierających lub przylegających do materiałów ściernych. Mają dobrą elastyczność i są używane głównie do polerowania materiałów metalowych i ich wyrobów.
Stosowanie
W trakcie użytkowania narzędzia ściernego, gdy ziarna ścierne ulegają stępieniu, na skutek częściowego rozdrobnienia samych ziaren ściernych lub zerwania spoiwa, ziarna ścierne częściowo lub całkowicie odpadają od narzędzia ściernego, a nowe zrębki nadal powstają. pojawiają się na ściernej powierzchni roboczej narzędzia ściernego. Krawędź tnąca, czyli stale odsłaniające nowe, ostre ziarna ścierne, umożliwia narzędziu ściernemu utrzymanie wydajności cięcia przez określony czas. Ta właściwość samoostrzenia narzędzi ściernych jest wyjątkową cechą w porównaniu ze zwykłymi narzędziami tnącymi.
Już w epoce neolitu ludzie zaczęli używać naturalnych kamieni szlifierskich do obróbki narzędzi, takich jak kamienne noże, kamienne topory, narzędzia kostne, narzędzia rogowe i narzędzia zębowe; w XIX wieku w Stanach Zjednoczonych pojawiła się ceramika wypalana poprzez połączenie naturalnych materiałów ściernych z gliną. Ściernica; około 1900 roku na rynku pojawiły się sztuczne materiały ścierne i produkowano jedna po drugiej różne narzędzia ścierne wykonane ze sztucznych materiałów ściernych, tworząc warunki do szybkiego rozwoju szlifierek i maszyn szlifierskich. Od tego czasu udział naturalnych materiałów ściernych w materiałach ściernych stopniowo maleje.
Materiały ścierne można podzielić na dwa typy w zależności od źródła ich surowców: naturalne materiały ścierne i sztuczne materiały ścierne. Jedynymi naturalnymi narzędziami ściernymi powszechnie stosowanymi w przemyśle maszynowym są kamienie olejowe. Sztuczne materiały ścierne są klasyfikowane według ich podstawowych kształtów i cech strukturalnych, włączając w to tarcze szlifierskie, głowice szlifierskie, osełki i płytki piaskowe, które łącznie określa się w pięciu kategoriach: materiały ścierne wiązane i materiały ścierne nasypowe. Ponadto materiały ścierne są również zwyczajowo klasyfikowane jako narzędzia ścierne.
Klasyfikacja
W zależności od różnych stosowanych materiałów ściernych, materiały ścierne wiązane można podzielić na zwykłe materiały ścierne wiązane i superścierne materiały ścierne wiązane. W pierwszym wykorzystuje się zwykłe materiały ścierne, takie jak korund i węglik krzemu, a w drugim stosuje się materiały superścierne, takie jak diament i sześcienny azotek boru. Ponadto istnieją pewne specjalne odmiany, takie jak narzędzia szlifierskie ze spiekanego korundu.
Zwykłe materiały ścierne ze spoiwem to materiały ścierne, które konsolidują zwykłe materiały ścierne w określony kształt i mają określoną wytrzymałość dzięki spoiwu. Te trzy części, składające się zazwyczaj z materiałów ściernych, spoiw i porów, są często nazywane trzema elementami materiałów ściernych wiązanych.
Materiały ścierne odgrywają rolę tnącą w narzędziach szlifierskich. Spoiwo to materiał, który konsoliduje luźne materiały ścierne w narzędzia ścierne. Istnieją dwa rodzaje: nieorganiczne i organiczne. Do spoiw nieorganicznych zalicza się ceramikę, amarantus i krzemian sodu itp.; spoiwa organiczne obejmują żywicę, gumę i szelak itp. Najczęściej stosowane są spoiwa ceramiczne, żywiczne i gumowe.
Pory odgrywają rolę w zatrzymywaniu i odprowadzaniu wiórów powstałych podczas szlifowania, a także mogą przyjmować chłodziwo, pomagając w rozpraszaniu ciepła szlifowania. Aby spełnić pewne specjalne wymagania dotyczące przetwarzania, pory można również zaimpregnować niektórymi wypełniaczami, takimi jak siarka i parafina, aby poprawić wydajność narzędzia szlifierskiego. Wypełniacz ten nazywany jest także czwartym elementem narzędzia szlifierskiego.
Elementy reprezentujące cechy zwykłych materiałów ściernych ze spoiwem obejmują: kształt, rozmiar, wielkość cząstek, twardość, strukturę i środek wiążący. Twardość narzędzia ściernego odnosi się do łatwości, z jaką cząstki ścierne spadają z powierzchni narzędzia ściernego pod działaniem siły zewnętrznej. Odzwierciedla siłę wiązania zatrzymującego cząstki ścierne.
Wielkość ziarna ściernego
Wielkość cząstek odnosi się do wielkości cząstek ściernych, a jej wielkość wyraża się liczbą wielkości cząstek.
Norma krajowa przewiduje dwa rozmiary cząstek: materiał ścierny i mikroproszek.
Wielkość cząstek odnosi się do wielkości cząstek ściernych. Wielkość cząstek dzieli się na dwie kategorie: ziarna ścierne i mikroproszek. Materiały ścierne o dużych cząstkach większych niż 40 µm nazywane są ziarnami ściernymi. Klasyfikacja metodą przesiewania, liczba wielkości cząstek wyrażana jest przez liczbę otworów na cal na sicie, przez które przechodzą cząstki ścierne. Na przykład ziarno ścierne o wielkości 60 # oznacza, że ​​jego rozmiar jest wystarczający, aby przejść przez sito o 60 otworach na cal. Materiały ścierne o wielkości cząstek mniejszej niż 40 μm nazywane są mikroproszkiem. Do klasyfikacji użyj metody pomiaru mikroskopowego, użyj W i liczby po niej, aby przedstawić liczbę wielkości cząstek, a wartość po W oznacza rzeczywistą wielkość mikroproszku. Na przykład W20 wskazuje, że rzeczywisty rozmiar mikroproszku wynosi 20 μm. Wielkości cząstek ściernych o różnych rozmiarach przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1 Liczba i wielkość cząstek ścierniwa
Zadaniem środka wiążącego jest związanie materiału ściernego w ściernicy o określonej wytrzymałości i kształcie. Wytrzymałość, odporność na uderzenia, odporność na ciepło i odporność na korozję ściernicy zależą głównie od wydajności spoiwa.
Powszechnie stosowane środki wiążące obejmują ceramiczny środek wiążący (V), żywiczny środek wiążący (B), gumowy środek wiążący (R) i metalowy środek wiążący (M).
Spoiwo ceramiczne: najczęściej stosowane, odpowiednie do kół zewnętrznych, wewnętrznych, płaskich, szlifowania bezkłowego i szlifowania kształtowego, itp.;
Spoiwo żywiczne: odpowiednie do cięcia i rowkowania ściernic waflowych i ściernic wysokoobrotowych;
Spoiwo gumowe: odpowiednie do kół prowadzących i polerskich do szlifowania bezkłowego;
Spoiwo metaliczne: odpowiednie do ściernic diamentowych itp.
Twardość narzędzia szlifierskiego
Twardość narzędzia ściernego zależy głównie od ilości dodanego spoiwa i gęstości narzędzia ściernego. Jeśli ziarna ścierne łatwo odpadają, oznacza to, że twardość narzędzia ściernego jest niska; w przeciwnym razie oznacza to, że twardość jest wysoka. Poziomy twardości są ogólnie podzielone na siedem poziomów: bardzo miękki, miękki, średnio miękki, średni, średnio twardy, twardy i bardzo twardy. Poziomy te można dalej podzielić na kilka mniejszych poziomów. Do najczęściej stosowanych metod pomiaru twardości narzędzi ściernych zalicza się metodę ręcznego stożka, metodę mechanicznego stożka, metodę twardościomierza Rockwella oraz metodę twardościomierza poprzez piaskowanie.
Twardość narzędzia ściernego ma odpowiedni związek z jego dynamicznym modułem sprężystości, co sprzyja wykorzystaniu metody audio do pomiaru dynamicznego modułu sprężystości narzędzia ściernego w celu wyrażenia twardości narzędzia ściernego. W obróbce szlifierskiej, jeśli materiał obrabianego przedmiotu ma dużą twardość, zwykle stosuje się narzędzia ścierne o niskiej twardości; w przeciwnym razie stosuje się narzędzia ścierne o dużej twardości.