«Засаливание» абразивного инструмента при использовании угловых шлифовальных машин. Рекомендации пользователям.

С. Н. Эсмантович, независимый эксперт в области абразивов

Термин «засаливание» абразивного инструмента широко используется при описании проблем, возникающих при эксплуатации указанного инструмента, причем как фиксированной геометрической формы, так и гибкого. При этом пользователи абразивов иногда подразумевают широкий спектр проблем, влекущих потерю работоспособности абразивного инструмента, которые, однако, не всегда попадают под это определение. Поэтому целесообразно придерживаться формулировки, предусмотренной стандартом ГОСТ 21445 «Материалы и инструменты абразивные. Термины и определения»:

Засаливание абразивного инструмента (Abrasive tool loading) — Перенос на рабочую поверхность абразивного инструмента частиц шлама при абразивной обработке.

Примечание. Шлам включает частицы обрабатываемого материала, инструмента, смазочно-охлаждающей жидкости и др.

В научных трактатах по шлифованию вопросы засаливания абразивов широко освещены. Основное количество статей, патентов, научных трудов и даже монографий посвящены засаливанию шлифовальных кругов, брусков, сегментов и отрезных кругов, которые используются в металлообработке на станочном и специальном оборудовании.

Если обобщить выводы и рекомендации учё­ных на этот счёт, то термин «засаливание» можно уточнить и описать следующим образом:

«Засаливание круга — вид износа, при котором не затупившиеся зерна теряют режущие свойства из-за наличия в порах круга частиц металла. При снижении абразивной способности (затуплении) абразива склонность к засаливанию возрастает. Вероятность засаливания наиболее высока при обработке вязких материалов. Засаливание сопровождается повышением шума, ростом вибраций, резким повышением температуры в зоне резания, ухудшением качества обрабатываемой поверхности. Засаливание на операциях шлифования рекомендовано устранять правильным подбором характеристик абразивного инструмента, использованием научно обоснованных режимов и эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей. Но наиболее эффективным методом восстановления абразивных свойств шлифовального круга признана его правка, которая заключается в принудительном удалении затупленных зерен с рабочей поверхности круга с помощью правящего инструмента, в результате чего происходит её обновление. Таким образом, шлифовальный инструмент требует своего рода периодических заточек».

Что касается гибкого абразивного инструмента, то научные изыскания сосредоточены на повышении эксплуатационных свойств шлифовальной шкурки, особенно в области ленточного шлифования. Область негативного воздействия засаливания распространяется на деревообработку, обработку лакокрасочных покрытий и, конечно, на металлообработку. Рекомендации по устранению засаливания шлифшкурки и изделий также определены достаточно однозначно: правильный подбор характеристик и выбор абразивного материала, назначение оптимальных параметров обработки, применение антизасаливающих покрытий и составов, обдувка поверхности и т. д.

Приведенные выше рекомендации актуальны для широкого спектра шлифовальных операций, однако перечисленные методы устранения засаливания, такие как правка, подбор параметров, использование смазочно-охлаждающих жидкостей и пр., сложно адаптировать к шлифовальной обработке с использованием угловых шлифовальных машинок (УШМ). При этом можно устранить целый ряд факторов, приводящих к засаливанию абразивного инструмента, помочь пользователю и предоставить эффективные рекомендации. Для зачистных кругов, тарельчатых лепестковых и фибровых дисков советы будут различаться, так как конструкция, характер износа и потери работоспособности для них различные. Одной общей причиной засаливания всех указанных типов кругов является малая мощность УШМ. Засаливание отрезных кругов в этой статье не рассматривается.

Учитывая обширность темы, целесообразно раскрыть её в виде тезисов и начать с зачистных кругов.

Зачистные круги типа 1 и 27 на бакелитовой связке

Ассортимент выпускаемых в Украине зачистных кругов для УШМ не отличается многообразием. Всего несколько типоразмеров: от Ø100 до Ø 230 мм, а по высоте — от 4 до 10 мм. При этом отечественные производители предлагают более чем скромный ассортимент используемых абразивных материалов: электрокорундовые (14А) и карбид кремния (54С) без рекомендаций по применению. Зернистость кругов декларируется с крупными номерами F24, F30. Какая присутствует на самом деле — остается на совести производителя. Твердость в обозначении, как правило, декларативная. Фактически производители выпускают очень твердые круги, а потребители и продающие компании устанавливают критерии только по ресурсу кругов (время эксплуатации), причем при испытаниях на «удобных» сталях.

Ведущие мировые производители выпускают более широкую линейку зачистных кругов. Не акцентируя внимания на характеристиках, а иногда и просто их игнорируя, производители предлагают покупателю круги по назначению: для конструкционных сталей (Metal), для легированных сталей и чугунов, для нержавеющих (INOX), есть круги и для цветных металлов (Al). Количество «производственных линеек» растет прямо пропорционально авторитету производителя. В качестве абразивных материалов используется весь спектр электрокорундовых материалов (в том числе, нормальный, хромистый, циркониевый, монокорунд и даже золь-гель корунд). Зернистость кругов действительно соответствует крупным номерам F24, F30. Твердость кругов зависит от их назначения. Можно выбрать и мягкие круги, которые не засаливаются, но проверить их можно только непосредственной апробацией. Для этого необходимо просто приобрести образцы кругов разных производителей и провести эксплуатационные испытания. Таким методом пользуются на крупных промышленных предприятиях, и достаточно эффективно.

При выборе необходимо учитывать то, что круги на органической связке теряют прочность при воздействии высоких температур. Например, зачистные, как и все круги на бакелитовой связке, при достижении в зоне шлифования 600…700 °С начинают активно деструктировать (гореть). Интенсивный нагрев происходит при засаливании или затуплении абразивных зерен, которые просто перестают резать. За счет этого на периферии круга связка сгорает, а зерна обновляются. То есть для обновления режущих свойств зерен достаточно увеличить усилие шлифования (придавить) и создать высокую контактную температуру. Данный эффект не достигается при малой мощности УШМ.

Если круги твердые, с большим количеством огнестойкого наполнителя, то при шлифовании незакалённой стали зачистной круг и не горит, и не режет. В этом случае можно использовать следующие методы:

– Сократить активную поверхность шлифования, зону контакта. Шлифование рекомендуется проводить под углом 45°. Большой ошибкой пользователей является неправильный угол наклона круга к обрабатываемой поверхности. Уменьшение угла увеличивает площадь контакта между кругом и обрабатываемой поверхностью. При большой зоне контакта вероятность засаливания круга возрастает.

– Снизить усилие шлифования. Производительность упадёт, но снизится вероятность быстрого заполнения пор продуктом шлифования.

– Использование примитивного метода правки путем легкого касания к хорошо закреплённой абразивной поверхности (фрагмент круга из карбида кремния, шамотный кирпич, фрагмент огнеупорной плиты или жаростойкой плитки из КК), для периодического восстановления абразивной способности. Однако при таком методе необходимо исключить все опасные факторы, обеспечить прочное закрепление правящей поверхности.

Примечание. Метод широко используется на литейных предприятиях КНР, при зачистке чугунных отливок.

Указанные методы малоэффективны при малой мощности УШМ.

Лепестковые торцевые круги (КЛТ, флэп-диски)

Ассортимент выпускаемых кругов КЛТ предназначен исключительно для работы с УШМ. Размеры соответствуют стандартному ряду УШМ от 100 до 230 мм.

Различия у производителей, в том числе и зарубежных, небольшие:

– Тип применяемой шлифовальной шкурки для лепестков определяет прочность закрепления лепестков, их толщину и, соответственно, количество лепестков в круге.

– Абразивный материал электрокорунд (нормальный, циркониевый, керамический, золь-гель и др.), широкий диапазон зернистостей (Р24…Р220) определяют абразивную способность, шероховатость обработанной поверхности и производительность КЛТ.

– Состав связующего и покрытий в шлифшкурке определяет прочность удержания шлифзерна, теплостойкость и адгезионные свойства абразивной поверхности.

– Ведущие мировые производители, по аналогии с зачистными кругами, предлагают покупателю круги КЛТ с указанием назначения: для мягких и конструкционных сталей, для легированных сталей и чугунов, для нержавеющих и цветных металлов. Шлифшкурку используют не универсальную, а специальную для КЛТ.

Устранение засаливания круга КЛТ при шлифовании методом подбора абразива во многом зависит от выполняемой операции. При обработке вязких и мягких материалов, например «сырой» стали, латуни, бронзы, алюминия, лакокрасочных поверхностей, полимерных шпаклёвок и т. п., применяют круги с абразивом из нормального электрокорунда. При обработке чугунных отливок, заготовок из жаропрочных и нержавеющих статей хорошо работают круги из цирконкорунда, золь-гель корунда. Они шлифуют достаточно эффективно и не засаливаются.

Если шероховатость обработанной поверхности не критична, то простым методом применения в кругах КЛТ более крупных зерен проблема засаливания устраняется. Наиболее эффективны круги зернистостью Р36, Р40, Р50. Если результат по шероховатости обработанной поверхности критичен, то для устранения засаливания необходимо использовать два круга вместо одного. Первым кругом следует выполнить предварительную (грубую) обработку (например, кругом зернистостью Р40), а окончательную обработку — кругом более мелкой зернистости (например, Р80).

Количество закреплённых в круге КЛТ лепестков существенно влияет на геометрию рабочей поверхности и абразивную способность круга. Круги с количеством лепестков 85 штук значительно производительнее и меньше засаливаются, чем круги с 65 лепестками. Особенно наглядно это проявляется на кругах мелкой зернистости (от Р60 и ниже). Как правило, в дешевых кругах на количестве лепестков экономят.

Площадь контакта круга с обрабатываемой поверхностью также влияет на засаливание кругов. Чем меньше угол и больше поверхность контакта, тем вероятнее засаливание круга, при прочих равных условиях. Наиболее оптимальным углом контакта при шлифовании кругом КЛТ является диапазон 20°…35°. Угол менее 20° в разы снижает производительность и ресурс круга.

Ещё раз приходится отмечать, что и для КЛТ указанные методы малоэффективны при малой мощности УШМ.

Фибровые диски

Фибровые диски достаточно широко используются для работы с УШМ. Размеры соответствуют стандартному ряду УШМ от 100 до 230 мм.

1. Основное отличие от зачистных и лепестковых кругов состоит в том, что фибровые диски широко используются для обработки не только металла, но и изделий из древесины, лаковых поверхностей, шпаклёвки и пр. Этот вид абразивного инструмента наиболее сильно подвержен засаливанию, в результате чего происходит полная потеря работоспособности диска. Причина очевидна: один монослой абразивного материала в диске, и никакого обновления абразивной его поверхности не происходит.

2. К абразивному материалу предъявляются жесткие требования по абразивной способности и прочности. Марки электрокорунда с округлой формой зерен, с низкой разрушаемостью применять крайне нецелесообразно. Как правило, применяются высококачественные корунды, с удлиненной формой зерен: нормальный, циркониевый, керамический, золь-гель, а также карбид кремния, в широком диапазоне зернистостей Р24…Р600.

Проверить «абразивность» диска при покупке просто, достаточно потрогать пальцами поверхность. Если поверхность гладкая, не царапает кожу, то ожидать выдающихся результатов обработки сложно. Но этот метод не гарантирует работоспособности дисков, т. к. есть и другие свойства шкурки.

3. Состав связующего и покрытий в фибровых дисках определяет прочность удержания шлифзерна, теплостойкость и адгезионные свойства абразивной поверхности. При изготовлении абразивной фибровой основы широко используются химические соединения, такие как стеараты цинка и стеараты кальция, которые наносят в виде поверхностного покрытия или вводят в связующее закрепляющего слоя. Использование стеаратов позволяет обеспечить эффективное удаление шлифовального шлама и получить антизасаливающие характеристики. Однако стеараты металлов могут влиять на качество обрабатываемой поверхности. Естественно, диски с антизасаливающими покрытиями стоят недешево.

4. Если по качеству обработанной поверхности нет жестких ограничений (шероховатость, наличие рисок и т. д.), то во многих случаях проблема засаливания устраняется применением фибровых дисков грубых зернистостей. Чем грубее зернистость, тем меньше вероятность засаливания до потери абразивной способности шлифзерна (затупления), при одинаковых условиях шлифования. Если шероховатость поверхности критична, то используется комбинация дисков с различной зернистостью, от крупной до мелкой.

5. Площадь контакта диска с обрабатываемой поверхностью также существенно влияет на засаливание абразивной поверхности. Чем меньше угол контакта и больше его поверхность, тем вероятнее засаливание диска, при прочих равных условиях. Наиболее оптимальным углом контакта при шлифовании фибровым диском является диапазон 10°…15°.

6. Как правило, для снижения засаливания эффективно применение одновременно нескольких приемов: использование более «грубого» диска, выбор оптимальных угла и площади контакта, снижение усилия шлифования.

Примечание. Фибровая абразивная основа имеет низкую термостойкость (до 100 °С), поэтому при перегреве, например при слишком высоком давлении шлифования или шлифовании поверхности с небольшой зоной контакта, фибра теряет механическую прочность, происходит выкрашивание абразива.

7. При изготовлении фибровых дисков, в некоторых случаях, применяется открытая насыпка шлифзерна. Антизасаливающий эфффект есть, но факт потери производительности и ресурса до полного износа делает такие круги дорогим удовольствием.

Следует учитывать, что при обработке мягких материалов (мягких металлов, древесины мягких и смолистых пород, мягких полимеров, зашпаклеванных и окрашенных поверхностей и т. п.) избежать засаливания не удастся ни одним из описанных выше методов. Просто необходимо зафиксировать период стойкости фибровых дисков, определить их необходимое количество и исходить из этого при планировании затрат на обработку.

Стоит отметить, что приведенные рекомендации описывают только методы в общих чертах. Для повышения эффективности шлифования и снижения риска засаливания в каждом конкретном случае необходимо понимать происходящие процессы и самостоятельно оптимизировать параметры обработки.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

При шлифовании очень вязких и мягких металлов ( латунь, медь, мягкая бронза), вследствие возникновения опасности засаливания круга следует применять крупнозернистые и желательно узкие круги, так как вязкий материал быстрее вырывает мелкое зерно. [31]

Чем больше дуга соприкосновения круга с заготовкой, тем меньше глубина резания приходится на одно зерно, тем больше условий для засаливания круга и перегрева обработанной поверхности, а потому тем мягче должен быть шлифовальный круг. [37]

Чем больше дуга соприкосновения круга с заготовкой, тем меньшая глубина резания приходится на одно зерно, тем больше условий для засаливания круга и перегрева обработанной поверхности, а потому тем мягче должен быть шлифовальный круг. [38]

Засаливание рабочей поверхности алмазного круга частицами металла происходит при обработке без СОЖ, при одновременной обработке твердого сплава и стальной державки. Засаливание кругов на металлической связке происходит при значительном превышении допустимых окружных скоростей. При работе алмазными кругами на металлической связке заточку без применения СОЖ производить не рекомендуется. [39]

Засаливанием круга называют такой вид его износа, при котором незатупившиеся зерна теряют режущую способность из-за наличия на их поверхности металла и засорения пор круга мелкой металлической пылью. Засаливание круга сопровождается резким повышением температуры в зоне резания. При затуплении зерен засаливание ускоряется, так как снимаемая стружка становится шире, тоньше и легче застревает в порах круга. [40]

Шлифовальные станки должны оснащаться блокировочными устройствами для выключения станков в том случае, если усилия резания превысят установленные величины. При засаливании кругов потребляемая мощность повышается в несколько раз. Одновременно возрастают отжимающие усилия, в результате чего искажаются формы поверхностей изделий, возникают прижоги и ухудшается чистота обработки. При плоском шлифовании, например, отжим стола или кронштейна шлифовального круга приводит к прямому искажению результатов измерения, так как плоскость стола является измерительной базой. [41]

Наибольшее распространение получила керамическая связка, связывающими материалами которой являются огнеупорная глина, полевой шпат, каолин и др. Круги с керамической связкой ( К) обладают высокой водоупорностью и химической стойкостью, позволяющей применять охлаждение при шлифовании без ухудшения прочности круга. Наличие достаточной пористости позволяет уменьшить засаливание кругов и получить высокую производительность, в особенности при выполнении тяжелых работ. [42]

Выше было указано, что об износе круга судят по явлениям, наблюдаемы на шлифуемой поверхности заготовки. Редко в качестве критерия используют полное засаливание кругов и наступление вибрации. [45]

Источник

Правка шлифовальных кругов

Интенсивность и характер износа абразивных кругов зависят от характеристик самого круга и материала обрабатываемых изделий. Если износ круга происходит только за счет выкрашивания зерен, в работу вступают новые зерна, и происходит так называемое самозатачивание инструмента. Это нормальное явление. Хорошим самозатачиванием обладают мягкие круги. У кругов с высокой твердостью преобладают процессы затупления (сглаживания режущих кромок зерен) и засаливания.

Затупление, засаливание и истирание абразива вызывает снижение режущей способности круга, следствием чего является увеличение вероятности прижегов, снижение качества обработки и производительности.

Чтобы восстановить форму шлифовального круга и его режущие свойства применяют операцию правки, представляющую собой съем абразивного материала и связки с поверхности круга, осуществляемый специальными правящими инструментами.

Правка шлифовального круга может потребоваться и для нового круга, при его биении. Биение можно проверить касаясь вращающегося круга кончиком маркера (мела, карандаша) упертого в подручник. Если медленно подавать маркер к поверхности вращающегося круга, он будет оставлять следы на поверхности с избыточным материалом, который необходимо убрать при правке.

Не лишним будет перед правкой проверить круг на наличие скрытых трещин. Для этого он снимается со станка, устанавливается на деревянную ось (можно подвесить на веревке) и простукивается каким-нибудь предметом. Целый круг издает мелодичный звон, круг с трещиной звучит коротко и глухо.

При правке кругов, в воздух выделяется много пыли, поэтому желательно приделать у подручника шланг пылесоса и пользоваться респиратором.

Основные способы правки шлифовальных кругов

В домашних условиях используют наиболее простые способы правки, целью которых может быть: зачистка круга от засаливания, выравнивание (восстановление профиля) и перепрофилирование.

Правка обтачиванием. Правка обтачиванием представляет собой разрушение (точение) абразивного материала и связки шлифкруга правящим инструментом высокой твердости, который работает примерно так же, как работает обычный резец, срезающий слой материала с вращающейся заготовки. В качестве рабочих органов правящих инструментов используются эльборовые вставки или алмазы, закрепленные в оправках с помощью механического зажима, пайки или чеканки.

Правящие инструменты имеют различную конструкцию. Одни из них представляют собой стержень, в вершину которого вставлен один относительно крупный алмаз, эти инструменты называются алмазными иглами, алмазами в оправе.

Другие инструменты имеют расширенную рабочую поверхность, на которой в определенном порядке или беспорядочно закреплено некоторое количество алмазов. Такую конструкцию имеют алмазные карандаши для правки кругов, гребенки, шарошки.

Рабочая поверхность у этих инструментов располагается, как правило, перпендикулярно ручке. Глубина алмазного слоя может достигать значительных величин. Чем она больше, тем продолжительнее срок службы инструмента. При изнашивании верхних алмазов в работу вступают нижележащие слои.

При правке круга, инструмент опирается на подручник и вводится своей рабочей поверхностью в контакт с вращающимся кругом, снимая с него слой абразива и выравнивая его поверхность.

Алмазные или эльборовые резцы вставляются в оправки, обеспечивающие нужную подачу и траекторию движения режущей части инструмента. На рисунке ниже приведено несколько вариантов приспособлений для правки шлифовальных кругов с помощью алмазных игл или эльборовых вставок. Все они имеют в своей конструкции винт, с помощью которого алмазный или эльборовый резец выдвигаются из приспособления на необходимую величину (подачу). Прямолинейность движения инструмента относительно круга обеспечивается системой шип-паз или выступом на приспособлении, который упирается в кромку подручника.

При отсутствии специальных правящих инструментов (игл, гребенок, шарошек) обтачивающую правку круга можно произвести эльборовой вставкой, закрепив ее в резцедержателе или просто зажав в плоскогубцах.

Расположение резца под углом к обрабатываемой поверхности позволяет менять режущую кромку инструмента, проворачивая его вокруг своей оси, чтобы в работу вступали новые, не затупившиеся грани.

Проверить качество правки можно, приложив к обработанной поверхности линейку, которая должна прилегать к кругу плотно, без зазоров.

Правка обтачиванием алмазными и эльборовыми инструментами позволяет обеспечить высокую точность геометрии круга. Ее относительным недостатком является сглаживание обрабатываемой поверхности, которое может быть нежелательным, если выправленным кругом планируется производить обдирочные работы. В этом случае лучше применить правку обкатыванием.

Однако правка алмазных кругов абразивными брусками сопровождается большим расходом брусков и отнимает много времени. Более эффективно правку алмазного круга можно осуществлять абразивным правящим кругом, получающим вращение от своего привода (см. ниже).

Правка обкатыванием. При правке абразивных кругов способом обкатывания, дробление, скалывание и удаление абразивных зерен с поверхности круга производится инструментом круглой формы, получающим свое вращение от шлифовального круга. В качестве правящих инструментов используются карбидокремниевые круги, стальные диски с цементированной и закаленной поверхностью, твердосплавные ролики, звездочки-шарошки. Наибольшее распространение получили звездочки-шарошки.

Рабочая часть вращающейся шарошки для правки абразивных кругов представляет собой набор дисков и зубчатых звездочек из износостойкого металла, насаженных на одну ось. При контакте с вращающимся шлифовальным кругом, диски и звездочки сами начинают вращаться, обкатываясь и скользя по поверхности круга. В результате происходит разрушение и выкрашивание абразивных зерен и выравнивание профиля круга.

Вращающиеся шарошки изготавливаются не только в виде инструмента, предназначенного для держания в руках, но и стационарно закрепляемого на неподвижном основании. С их помощью может производиться правка кругов, установленных на ручные шлифовальные машины.

Правка шлифованием. Правка шлифованием также производится вращающимся инструментом. Однако в отличие от правки обкатыванием, правящий инструмент получает вращение от своего собственного привода, а не от шлифовального круга.

В качестве шлифующих инструментов используются алмазные ролики, карбидокремниевые, алмазные или эльборовые круги, диски из твердых сплавав карбида вольфрама. Ось их вращения при правке может быть как перпендикулярна, так и параллельна оси вращения обрабатываемого диска. В последнем случае направление вращения правящих кругов или роликов может совпадать с направление вращения шлифовального круга или быть направленным против него.

Недостатком правки шлифованием является то, что для ее осуществления кроме самих правящих дисков или роликов необходимо иметь еще инструмент для их вращения. При правке в домашних условиях наилучшим, пожалуй, вариантом является использование для правки болгарки с алмазным кругом. С ее помощью можно править как электрокорундовые, так и алмазные круги. Болгарка, используемая для правки, должна иметь приспособление для упора, которое можно закрепить на месте ручки.

На фото ниже показан процесс правки алмазного круга шлифованием с помощью болгарки, оснащенной старым алмазным кругом.

При правке алмазных кругов рекомендуется использовать охлаждение, которое предотвращает сгорание алмазных зерен, которое может происходить при температуре выше 700-800°C.

Видео:

Источник