содержание   .. 29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

§ 30. Связка рабочего инструмента

Связка камнеобрабатывающего инструмента является важнейшим компонентом рабочего слоя, обеспечивающим удержание в инструменте абразивных зерен. Вид связки в значительной мере предопределяет работоспособность инструмента.

В камнеобрабатывающем инструменте используются два основных вида связок: металлические и неметаллические. В свою очередь неметаллические связки подразделяются на органические и неорганические.

Металлические связки применяются только для инструмента, в котором абразивом служит алмаз (природный или синтетический). На этих связках изготовляют рабочие элементы алмазных отрезных кругов, шлифовальных кругов и фрез.

Рабочие элементы на металлических связках получают методами порошковой металлургии, при которых смесь металлических порошков с другими компонентами (так называемую шихту) подвергаю г уплотнению (прессованию) при давлении 190—300 Па и последующей термообработке (спеканию) при температуре ниже температуры плавления, хотя бы одного из компонентов (обычно 600—1500°С в зависимости от типа связки). В результате процессов диффузии и расплавления мягкоплавких компонентов спрессованный элемент после термообработки приобретает высокую прочность и плотную структуру (при спекании тугоплавких связок, требующих температур свыше 800°С, эту операцию обычно осуществляют в водородной среде в целях предупреждения сгорания алмазов).

Основным параметром связки, определяющим ее износостойкость, является твердость. Твердость металлических связок контролируется по глубине отпечатка штампа

па поверхности испытываемого материала в единиц, и шкалы Роквелла  (Твердость по Роквеллу условно обозначают индексами HR по начальным буквам Н — твердость (от английского «hardness») и R (Rocvell) и буквами шкал твердости А, В, С соответственно для очень твердых, твердых и относительно мягких материалов)

 твердомером ТК-2. Изменение твёрдости металлических связок достигается обычно подбором компонентов связки и режимами ее изготовления, главным образом, прессованием под давлением. В отечественном серийно выпускаемом камнеобрабатывающем инструменте получили распространение три основных вида металлических связок.

1. На медно-оловянной основе типа М2-01 (прежнее обозначение Ml) твердость по шкале HRB=80—100 ед. для обработки малоабразивных горных пород средней н низкой прочности (мраморов, доломитов и т. д.). При той же основе, но с гранулированными зернами алмаза связку обозначают индексом М6-09.

2. На твердосплавной основе повышенной твердости типа М6-02 (прежнее обозначение М50), твердость по HRB = 25— 30 ед. — для обработки прочных высокоабразивных пород (гранитов, песчаников и т. п.), а также высокоабразивных низкопрочных пород (вулканических туфов, абразивных известняков и т.п.); пониженной твердости типа М6-03 (прежнее обозначение М50-10), твердость по НРВ=5—15 ед. — для обработки малоабразивных пород повышенной прочности (лабрадоритов, габбро, диоритов, фельзитовых туфов, базальтов, андезитов и т. п.).

3. На кобальтовой основе повышенной твердости типа М6-05, твердостью по HRB = 110 ед. — для обработки прочных абразивных пород типа гранитов; пониженной твердости типа М6-10, твердость по HRB=5—10 ед.— для обработки малоабразивных пород средней и низкой прочности (мраморов, доломитов и т. п.).

Кроме того, в опытном камнеобрабатывающем инструменте конструкции Института сверхтвердых материалов  УССР используется еще два типа металлических связок: М3—на медно-оловянной основе с добавкой оксида железа — для обработки малоабразивных горных пород средней и низкой прочности и МОЗ — на кобальтовой основе для обработки прочных горных пород.

Неметаллические связки используются в камнеобрабатывающем инструменте главным образом в сочетании

с такими абразивными материалами, как карбид кремния и электрокорунд, и значительно реже с алмазами. Среди неметаллических связок органического происхождения получили распространение бакелитовая (фенол-формальдегидная) и каучуковая. Бакелитовая связка применяется в шлифовальных кругах, предназначенных преимущественно для всех операций обработки гранита и иногда — в калибровочных кругах. Абразивным материалом обычно служат порошки карбида кремния, либо электрокорунда различной зернистости. Бакелитовая связка представляет собой искусственную смолу, полученную из фенола и формалина. В последние годы бакелитовая связка нашла применение и для изготовления полировальных кругов для мрамора и гранита. В этом случае в бакелитовую смолу добавляют полирующие компоненты (щавелевая кислота и оксиды алюминия, олова, хрома и т. п.). Положительными свойствами бакелитовой связки является ее повышенная износостойкость и хорошая однородность состава абразивного инструмента. К недостаткам бакелитовой связки следует отнести сравнительно высокую сложность процесса изготовления инструмента на ее основе.

Каучуковая связка применяется главным образом в алмазных кругах, предназначенных для доводочной шлифовки и полировки мрамора и гранита. Основной компонент такой связки — синтетический бутадиен — стирольный каучук, способный в зависимости от состава связки вулканизоваться до разной степени эластичности и твердости, обеспечивая этим получение как эластичных резин, так и твердых (эбонитов). Для приготовления каучуковой связки указанный каучук совмещают с поливинилхлоридной смолой, вулканизирующими добавками, наполнителями, ускорителями и т. п. Преимуществами инструмента на каучуковой связке являются: значительная износостойкость, высокая эластичность, обеспечивающая повышенное качество обработанной поверхности. Для обработки камня выпускается алмазный инструмент На двух видах каучуковых связок: PI (особо эластичная) — для полировки мрамора; Р9 (полужесткая)—для полировки гранита.

Среди неорганических связок минерального происхождения в камнеобрабатывающем инструменте получила наиболее широкое применение магнезиальная и в некоторых случаях керамическая связка.
 

Магнетальная связка представляет собой порошок каутического магнезита, затворенный водным раствором хлористого магния (для повышения водостойкости и пластифицирующих свойств инструмента в связку вводят кремнийорганические вещества). Магнезиальная связка используется исключительно в шлифовальных кругах для обработки мрамора и гранита с абразивными порошками карбида кремния или электрокорунда.

Процесс изготовления шлифовального абразивного инструмента на магнезиальной связке состоит из следующих операций: приготовления формовочной массы,

формования изделий, их распалубки и выдержки (28сут). Инструмент на магнезиальной связке значительно проще в изготовлении, чем инструмент на других связках, например па бакелитовой (не требует прессования и термообработки), в связи с чем имеет незначительную стоимость.

Недостатками его являются: необходимость длительной выдержки после распалубки и снижение механической прочности при продолжительном хранении.

Керамическая связка представляет собой спекшуюся смесь измельченных сырых материалов: огнеупорной глины, плавней (полевого шпата, борного стекла), талька и других компонентов. Она может быть и одно компонентной в виде однородной литой стеклообразной массы. В камнеобрабатывающем инструменте керамические связки получили ограниченное применение (в абразивных калибровочных и профилировочных кругах). В качестве абразива с этими связками используется карбид кремния либо электрокорунд. Положительными качествами инструмента на керамических связках являются: значительная износостойкость, огнеупорность и водостойкость, а недостаток заключается в повышенной хрупкости.

Важными физико-механическими показателями неметаллической связки, обусловливающими работоспособность инструмента на ее основе, являются твердость и структура. Под твердостью связки (а следовательно и инструмента на ее основе) понимают Способность противодействовать внедрению в нее инородных тел. Эти показатели зависят от назначения камнеобрабатывающего инструмента и режимов его работы и варьируют в широких пределах. Различную твердость и структуру инструмента получают при его изготовлении

путем подбора соответствующего давления прессования и режимов термообработки.

Существующая градация абразивного инструмента на неметаллических связках по твердости предусматривает их разделение на 16 групп: весьма мягкие (ВМ1, ВМ2), мягкие (Ml, М2, М3,), средней мягкости (СМ1, СМ2), средние (C1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (T1, Т2), весьма твердые (ВТ) и чрезвычайно твердые (ЧТ) . Принятые условные обозначения определяют группу твердости, одновременно уточняя твердость инструмента внутри каждой группы (чем больше цифра— тем выше твердость, например М3 тверже, чем Ml, а СТЗ тверже, чем СТ1 и т. д.). При выборе твердости камнеобрабатывающего инструмента на неметаллических связках руководствуются следующими основными положениями:

для обеспечения работы инструмента в режиме самообнажения обработку твердых видов камня следует производить инструментом на относительно мягких связках;

при переходе на инструмент с большей рабочей поверхностью он должен иметь более мягкую связку, что необходимо для обеспечения его работы в режиме самообнажения;

с повышением скорости вращения следует применять инструмент на более мягких связках; при интенсификации режимов обработки камня за счет увеличения скорости рабочей подачи (продольной и поперечной) применяется инструмент па более твердых связках;

крупнозернистый инструмент, используемый для предварительных операций обработки камня, должен иметь большую твердость, чем мелкозернистый, используемый для чистовых операций;

на автоматических станках виброустойчивых и жестких конструкций с плавной рабочей подачей следует применять инструмент на более мягких связках, чем на станках с ручной подачей;

при одинаковых условиях обработки инструмент па бакелитовой связке должен быть на дне ступени тверже инструмента на керамической связке.

Шлифовальные круги на бакелитовом и магнезиальной связках, предназначенные для обработки мрамора, должны иметь твердость соответственно: для первой операции (обдирки) СМ1-СМ2, для второй—СМ2-С1, для третьей и четвертой — СМ1-СМ2. Полировальные

круги на бакелитовой связке для мрамора должны иметь твердость СМ1-СМ2. Шлифовальные круги на бакелитовон и магнезиальной связках для обработки гранита должны иметь твердость: для первой операции (обдирки) С2-СТ1, для второй и третьей — С1-С2, для четвертой операции — СМ2-С1, для полировки—СМ1-СМ2.

Калибровочные и профилировочные круги на керамической связке должны иметь твердость: для мрамора СМ2-С1, а для гранита — С1-С2. Структура инструмента характеризуется соотношением объемов зерен абразивов, связки и пор (рис. 59). Существует тринадцать видов структур, обозначаемых соответственно порядковыми номерами 0—12 (чем выше номер структуры, тем больше связки и меньше зерна в единице объема инструмента). Все указанные структуры подразделяют на три группы: закрытые или плотные (№ 0—4), средние (№ 5—8) и открытые (№ 9—12). Открытые структуры применяются при изготовлении инструмента из крупнозернистого абразива, предназначенного для грубой обработки камня, связанной с большим объемом разрушения (калибровочные и шлифовальные круги для низкопрочного камня и т. п.). Средние структуры используются для среднезернистого инструмента (шлифовальные круги для средних операций шлифовки). Плотные структуры имеет инструмент из мелкозернистого абразива, предназначенный для доводочных операций обработки камня (шлифовальные круги для тонкого шлифования и лощения, полировальные круги и т. п.).
 

Рис. 59. Виды структур абразивного инструмента
а — закрытая (плотная); б — средняя; в — открытая: 1 — зерна абразива: 2 — поры; 3 — связка