ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА СВЕРХТВЕРДЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Проблема инструмента в последние годы стала особенно актуальной из-за дефицитности вольфрама, кобальта и тантала. В связи с этим важно увеличить выпуск синтетических алмазов, внедрить в машиностроение и инструментальное производство новые передовые технологические процессы изготовления инструмента, обеспечивающие рост производительности труда, улучшение качества и повышения срока службы инструмента, увеличения коэффициента использования инструментальных материалов и сокращения их расхода. Особенно важно внедрение современных технологий в инструментальное производство, где используются дорогостоящие и дефицитные материалы.
Большая роль в ускорении научно-технического прогресса, увеличения темпов роста производительности труда, повышения эффективности и качества выпускаемой продукции принадлежит синтетическим алмазам и кубическому нитриду бора (КНБ ).
Именно благодаря прогрессивности сверхтвердых материалов производство и применение их в нашей стране развивается бурными темпами.

Вначале синтетические алмазы и КНБ применяли для чистового шлифования и чистовой заточки (доводки) инструмента после предварительной обработки кругами из обычных абразивных материалов – карбида кремния зеленого ( КЗ ) и электрокорунда белого (ЭБ ). Дальнейшие работы многих научных институтов и заводов страны показали, что сверхтвердые материалы (СТМ ), обладающие большими потенциальными возможностями, целесообразно применять при съеме значительных припусков, т.е. при заточке и шлифовании инструмента без предварительной обработки его кругами из КЗ.

Это стало возможным благодаря совершенствованию синтеза, улучшению качества и организации промышленного производства сверхтвердых материалов с широким диапазоном физико-механических и эксплуатационных свойств, создания высокопроизводительных кругов на новых связках, освоению новых методов шлифования, заточки и оборудования для их осуществления. Сверхтвердые материалы стали важным фактором подъема технического уровня и прогресса инструментального производства, совершенствования существующих и создания новых орудий труда и технологических процессов, экономии трудовых и материальных ресурсов, в частности таких ценных материалов, как вольфрам и кобальт.

Благодаря синтетическим сверхтвердым материалам успешно решается проблема повышения производительности  труда, качества и срока службы инструмента, применяемого в машиностроении и металлообработке, а также в черной и цветной металлургии, угольной, лесной и деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, пищевой, радио и телевизионной промышленности, в приборостроении, точной механике, электронике, медицине и т.д. Сверхтвердые материалы повысили культуру производства и улучшили условия труда рабочих, позволили механизировать и автоматизировать процессы, снизить уровень шума и вибрации. При работе кругами из сверхтвердых материалов резко сокращается количество абразивной пыли и шлама, что уменьшает запыленность воздуха в цехе, повышает надежность работы оборудования и оснастки.

Однако эти значительные резервы экономии инструментальных материалов и повышение эффективности СТМ используются еще не в полной мере. Одним из важных факторов изыскания и реализации таких резервов являются комплексный анализ и оценка экономической эффективности новой техники. Внедрение новых процессов обработки относительно дорогостоящим шлифовальным инструментов из алмазов и КНБ вместо ранее применяемых процессов шлифования, заточки и доводки кругами из обычных абразивных материалов, стоимость которых сравнительно низкая, требует четкого знания показателей эффективности обработки инструмента и методики их расчета. Это тем более необходимо сейчас, когда техническое перевооружение производства, повышение его эффективности является важнейшей задачей нашей экономической политики.

Настоящая статья должна помочь инженерно-техническим работникам в их практической работе при оценке экономической и технической эффективности новой техники при внедрении и сравнении различных вариантов технологических процессов обработки инструментов. Это необходимо, прежде всего, потому, что в последние десятилетия значительно расширилось применение синтетических алмазов в инструментальном производстве. Освоено массовое производство кубического нитрида бора, внедрены и широко применяются технологические процессы полной алмазной, кубонитовой и эльборовой обработки инструмента, выявлены новые эффективные области применения сверхтвердых материалов, и они широко используются не только в шлифовальном, но и в лезвийном инструменте. В этих условиях повысилось значение методически правильной экономической оценки мероприятий по новой технике, обоснования эффективности отдельных вариантов с целью внедрения в производство прогрессивных технологических процессов.

Автор: к.т.н., проф. И.П.Захаренко

Эльбор - один из сверхтвердых материалов

Эльбо́р, боразо́н (происходит от бор + азот), кубони́т — кубическая β-модификация нитрида бора. По твёрдости и другим свойствам приближается к алмазу. Относится к структурному типу сфалерита. Химическая формула: BN.

Свойства

Материал	Микротвердость, ×10² МПа	Температурная устойчивость, оС
Алмаз	1000	650—700
Эльбор	800—900	1100—1300
Карбид кремния	300—320	1200—1300
Электрокорунд	180—220	1500—1700

 Внешний вид

Жёлтые, сильно преломляющие свет прозрачные кристаллы, с хорошей игрой света, естественная форма — октаэдрическая.

 Твёрдость

По твёрдости почти не уступает алмазу. Его высокая твердость, в 3-4 раза превосходящая твердость традиционных абразивов, является важным преимуществом, так как значительно уменьшает износ зерен эльбора при шлифовании и длительное время сохраняет их остроту.

 Термическая и химическая стойкость

Другим важным свойством и преимуществом эльбора является температурная устойчивость: заметное окисление поверхности зерен эльбора начинается с 1000—1200°C. Такие температуры при шлифовании являются мгновенными и возникают только при очень жёстких режимах шлифования. Очевидно, что зерна эльбора очень мало изнашиваются от термических нагрузок.
Важным свойством и преимуществом эльбора является его высокая химическая стойкость. Эльбор не реагирует с кислотами и щелочами, инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и сплавов. Особенно следует отметить инертность эльбора к железу, являющемуся основой всех сталей, тогда как алмаз активно взаимодействует с железом, что является причиной интенсивного износа алмазных кругов при шлифовании сталей.

 История

Боразон был впервые получен в 1957 Робертом Венторфом (Robert H. Wentorf, Jr.) для компании Дженерал Электрик (General Electric). В 1969 Дженерал Электрик зарегистрировала торговую марку Боразон для кристалла.
Впервые в СССР КНБ (кубический нитрид бора) был синтезирован в Институте физики высоких давлений Академии наук под руководством академика Л. Ф. Верещагина, с 1965 г. эльбор синтезируется в промышленном масштабе по технологии Абразивного завода «Ильич» (Санкт-Петербург).

 Получение

Получается нагреванием равных количеств бора и азота при температуре 1700-1800°C и давлении 8-12 ГПа.

 Применение

Применяется в промышленности в шлифовальном инструменте при обработке различных сталей и сплавов. Эльбор - символ необычайной прочности и стойкости.
Эльбор как абразивный материал обладает следующим преимуществами при шлифовании:

• длительно сохраняет остроту зёрен (свойство самозатачивания зерен), что обуславливает высокую режущую способность и стойкость кругов
• выдерживает высокие термические нагрузки, что позволяет интенсифицировать режимы шлифования
• позволяет шлифовать сложнолегированные стали и сплавы без адгезионного и диффузного износа зерен эльбора.

Все это делает эльбор уникальным абразивным материалом; использование шлифовальных кругов из эльбора по сравнению с алмазными способствует значительному повышению производительности, точности и качества обработанных поверхностей деталей на разных операциях шлифования.

 Литература

• Кремень З. И., Юрьев В. Г., Бабошкин А. Ф. «Технология шлифования в машиностроении».
• «Эльбор в машиностроении» под редакцией В.С. Лисанова. Л. «Машиностроение», 1978
• Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Заказать и купить эльборовый инструмент можно

по тел/факс +38044-524-25-32

e-mail: orsvit@bigmir.net

В офисе по адресу: Киев, Краснозвездный пр. 126-Г, оф.2 

Характеристика алмазоносного слоя для обработки стекла

 

Таблица применения алмазного инструмента с характеристиками алмазоносного слоя при обработке технического и художественного стекла.

Нанесение декоративного рисунка на изделия из хрусталя

Нанесение декоративного рисунка на изделия из стекла и хрусталя заключается в нанесении «алмазной» грани на поверхности изделия, канавок различной формы и конфигурации, образовывая тем самым рисунок. Данная операция широко используется при изготовлении посуды из стекла и хрусталя (вазы, фужеры, рюмки и т.д.). Для этой операции используются алмазные круги следующих форм: 1ЕЕ1, 14ЕЕ1, 1FF1, 14FF1 на металлических связках.

Операция нанесения декоративного рисунка производится зачастую на универсальных станках в ручном режиме. Особенно изделий больших размеров, хрустальные вазы и крупные изделия из хрусталя. Это связано с большим разнообразием форм и сложности наносимых рисунков.

Типоразмер круга выбирают в зависимости от вида операции, конфигурации и размеров обрабатываемой поверхности. Изделия малых размеров хрустальные рюмки и фужеры обрабатывают на станках-автоматах с запрограммированным рисунком.

Важное значение имеет подготовка алмазного круга к работе. После расконсервации его необходимо тщательно осмотреть: не допускаются трещины, отслаивание алмазного слоя, забоины, раковины. После закрепления круга во фланцах следует произвести балансировку, а после установки на шпинделе станка – произвести правку круга с целью устранения биения, режущей поверхности.

Угол профиля круга обычно составляет 90°, 110°, 130° и 140°.

Условно принято следующее деление изделий по размерам:

- крупные – вазы высотой более 250 мм, диаметром более 150 мм, графины объемом более 500 мл;

- средние – вазы высотой до 250 мм, диаметром до 150 мм, графины объемом до 500 мл;

- мелкие – бокалы, стаканы, рюмки, солонки и т.д.

Характеристики алмазных кругов, рекомендуемые для обработки сортового и художественного стекла выбираются по следующим показателям:

Шлифование грани шириной до 5 мм – марка порошка АС6, зернистость 50/40, концентрация 50% ;

Шлифование грани шириной более 5 мм - марка порошка АС6, зернистость 63/50 , концентрация 50%;

Предварительное шлифование грани шириной до 8 мм в две операции – марка порошка АС6, АС15, зернистость 100/80, 160/125, 200/160, концентрация 100%;

Чистое шлифование грани шириной более 8 мм в две операции – АС6, 50/40, 50%, для мелких предметов и АСМ 40/28, 50 % для крупных изделий;

Гравирование, притирка конусов, чистовое фацетирование, нанесение линий рисунков – микропорошки АСМ, зернистостью 40/28 или 60/40, концентрация 50%;.

Круги алмазные шлифовальные плоские с двухсторонним коническим профилем 1ЕЕ1

 

Круги алмазные шлифовальные плоские с полукругло-выпуклым профилем 1FF1

Алмазный инструмент для обработки стекла

Стекло является уникальным материалом, который во все времена находил и находит широкое применение, как в промышленности, так и в быту. Такую популярность стекло получило благодаря своим уникальным качествам: долговечность, прозрачность, химическая устойчивость, твердость. Широкое применение данного материала требует эффективного метода обработки, а так как стекло, наряду с высокой хрупкостью обладает высокой твердостью, поэтому относится к группе трудно обрабатываемых материалов. В наше время наиболее распространенным и эффективным методом обработки стекла и стеклоизделий является шлифование алмазными кругами.

Шлифование стекла алмазными кругами – это процесс скоростного микроцарапания обрабатываемой поверхности совокупностью алмазных зерен, распределенных по всей поверхности инструмента. Воздействие алмазных зерен на поверхность стекла носит ударно-вибрационный характер, и разрушение стекла происходит в основном за счет образования ударных трещин, проникающих на некоторую глубину от поверхности, которые, пересекаясь между собой , создают механически ослабленный слой, легко разрушающийся при повторном воздействии абразива и удаляющийся в виде мелких осколков.

Обработка технического стекла

Алмазная обработка технического стекла включает в себя фацетирование зеркального стекла, обработку кромок автомобильного стекла, мебельного и интерьерного стекла.

1. Фацетирование стекла

Данный процесс представляет собой операцию снятия фаски шириной 5-60 мм. , под углом 15-30°, что придает зеркальному стеклу законченность формы и товарный вид. Операция фацетирования подразделяется на 3 стадии обработки:

- грубое шлифование (снятие основного припуска)
- тонкое шлифование (подготовка поверхности под полировку)
- полирование

Нанесение фацета производится шлифовальными кругами формы 12А2-45 и 6А2 на металлических и органических связках, на многошпиндельных станках и линиях. Скорость резания составляет 23-30 м/с. В качестве охлаждающей жидкости используется техническая вода, которая подается отдельно на каждый шпиндель в количестве 8-20 л/мин.

Шлифовальный алмазный круг 12А2-45 на металлической связке

Шлифовальный алмазный круг 12А2-45 на органической связке

Шлифовальные алмазные круги  6А2

Шлифовальные круги формы 6А и 12А2-45 применяются на станках как горизонтальной, так и вертикальной компоновки. Данные круги применяются для обработки стекла «с переменным углом фаски» при обработке стекла и зеркал.

При выборе режимов обработки следует учитывать основные факторы:
- припуск на обработку,
- требования к чистоте обработки,
- характеристику алмазного круга,
- характеристику и состояние применяемого оборудования.

Окружная скорость круга должна быть в пределах 25-30 м/с. На современных высокопроизводительных линиях скорость круга может достигать 50 м/с

2. Обработка кромки стекла

Обработка кромок автомобильного, мебельного и интерьерного стекла заключается в шлифовании его торцов по радиус («под карандаш»), снятие фасок на кромке стекла под углом 45° («еврокромка» или «трапеция») и снятие фасок на кромке стекла с переменным углом фаски.

Для обработки кромки стекла «под карандаш» и «еврокромку» используются шлифовальные круги с профильным алмазным слоем,формы 1DD6V.

Для обработки «под карандаш» используются круги формы 2F6V, 1F6V, 14F6V с вогнутым полукруглым профилем.

Алмазные круги 2F6V

Шлифовальные алмазные круги формы 1F6V  и  14F6V

Круги с профильным алмазоносным слоем формы 2F6V, 1F6V, 14F6V, 1FF6V, 1DD6V преимущественно используются на станках горизонтальной компоновки.

 

Правка абразивных шлифовальных кругов

В процессе правки кристаллы алмазов и вставки алмазно-металлического карандаша изнашиваются с образованием площадок, поэтому такие алмазные инструменты обычно устанавливаются так, чтобы ось карандаша или оправки была наклонена под углом 12-15° в сторону вращения круга. Это позволяет периодически поворачивать алмазный инструмент вокруг оси, уменьшать площадь контакта алмаза с кругом, вводить в работу незатупившиеся грани алмаза и тем самым улучшать условия работы правящего инструмента, уменьшать его износ. Такая установка алмазных инструментов предохраняет алмазах от перегрузок, исключает вибрации в системе «станок-круг-алмаз» и преждевременное разрушение кристаллов алмаза.

Для правки больших размеров, а также при профильном шлифовании применяются алмазы больших размеров в оправках, представляющих собой стальную державку, в которой закреплен необработанный алмаз с острой вершиной. Такие оправки имеют преимущество перед алмазно-металлическими карандашами, поэтому они изготавливаются из более качественных алмазов, и следовательно, их износостойкость значительно выше.

Для закрепления алмазов в оправке применяются три основных способа крепления: механический зажим (резьбовым колпачком, пружиной, двумя планками), пайка различными припоями и зачеканка в медные или стальные оправки с медными вставками. Алмаз должен быть установлен в оправке таким образом, чтобы плоскости сколов кристалла не совпадали с направлением сил, действующих на алмаз при правке. После закрепления, алмаз должен выступать из оправки не более чем на ¼ своей высоты.

Для правки кругов при однопрофильном резьбошлифовании применяются алмазные иглы. Для изготовления игл применяются природные технические алмазы в виде кристаллов формы октаэдра, а также пиленые или колотые.

Стоимость ограненных алмазных инструментов выше стоимости алмаза в оправках, так как ограненные кристаллы алмаза подвергаются трудоемкой операции шлифования. Однако высокая производительность правки кругов, повышение точности и качества шлифования оправдывают расходы на приобретение такого инструмента.

Правка кругов методом обтачивания позволяет получить высокую точность рабочей поверхности круга, которая за счет изменения величины продольной подачи алмазного инструмента может обеспечить различную шероховатость поверхности обрабатываемой детали. В процессе правки кругов методом обтачивания возникают очень небольшие силы (не превышающие 29,4 – 49 Н), способствующие меньшему разрушению абразивных зерен при правке и их износу при шлифовании.

Наиболее распространенные схемы правки алмазным инструментом по методу обтачивания приведены на рисунках.

Типы алмазных правящих карандашей