Справочные материалы — Описание алмазных инструментов, их применение в промышленности.
Опубликовано: 04.10.2018
Наибольшее применение в отечественной промышленности получили алмазно-металлические карандаши, в которых алмазные зерна сцементированы специальным сплавом методом порошковой металлургии. Этот сплав имеет почти такой же коэффициент теплового расширения, как и алмаз, и поэтому при изменениях температуры алмазно-металлического карандаша алмазы не испытывают давления.
Алмазные карандаши, в зависимости от расположения алмазов и области применения четырех типов: Тип 01 – с алмазами, расположенными цепочкой по оси карандаша, имеют наибольшее применение при правке кругов для внутреннего и наружного, круглого и бесцентрового шлифования фасонных поверхностей. Тип 02 – с алмазами, расположенными слоями, применяются для правки абразивных кругов при чистовом шлифовании. Тип 03 – с алмазами, расположенными на сферической поверхности. Тип 04 – с неориентированным расположением алмазов, применяются для правки только мелкозернистых шлифовальных кругов на операциях круглого и бесцентрового шлифования, а также для правки однониточных резьбо-шлифовальных, тарельчатых и дисковых кругов при зубошлифовании.Весьма эффективно используются алмазы и для обработки неметаллических материалов.
При автоматической обработке деталей для получения большой точности геометрических размеров и высокого класса чистоты поверхностей необходимо иметь такой режущий инструмент, который обладал бы высокой размерной стойкостью. Этим требованиям удовлетворяет алмазный режущий инструмент. Алмазные инструменты из кристаллов алмаза используются в металлообрабатывающей промышленности для тонкого точения и растачивания, фрезерования, гравирования, волочения и резки стекла; в оптико-механической промышленности - для деления шкал, сеток, лимбов, дифракционных решеток и т.д.Алмазные инструменты в машиностроительной промышленности можно разделить на две основные группы:
1) инструменты из порошков алмаза; 2) инструменты из кристаллов технических алмазов. К первой группе инструментов относятся круги шлифовальные на металлической и органической связках, круги отрезные, хонинговальные бруски, надфили, пасты и порошки алмазные. Ко второй группе относятся резцы, волоки, карандаши, иглы и ролики для правки абразивных кругов, а также стеклорезы. Инструменты второй группы изготовляются из кристаллов алмаза путем шлифования и доводки (огранки). Для отдельных типов правящего инструмента и стеклорезов используются неграненые алмазы. Сырьем для инструментов из кристаллов алмаза служат технические алмазы, причем более высокого качества по сравнению с алмазным бортом, предназначенным для дробления в порошки. Типы и размеры алмазного инструмента регламентированы ГОСТом либо нормалями. Круги шлифовальные алмазныеИз всех алмазов, применяемых сейчас в промышленности, 70% используется в качестве алмазного порошка для изготовления кругов, брусков, надфилей и других инструментов.
Алмазные круги состоят из корпуса и рабочего алмазоносного слоя. Корпуса изготовляются из стали, алюминиевых сплавов или полимеров. Алмазоносный слой состоит из алмазного порошка, связки и наполнителя. В настоящее время выпускаются три вида кругов - на металлических, на органических и на керамических связках. Алмазные круги на металлических связках отличаются повышенной прочностью и теплостойкостью, значительным сроком службы, хорошо сохраняют свою геометрическую форму, но быстро засаливаются и требуют частой правки. Эти круги применяются для предварительной обработки, когда требуется сошлифовать значительный объем материала с получением 8—9-го классов шероховатости поверхности. Алмазные круги на органических связках предназначены для окончательной (чистовой) обработки (доводки), когда необходимо достигнуть 10—12-го классов шероховатости. Эти круги отличаются большей производительностью и почти не засаливаются, но по сравнению с кругами на металлической связке расход алмаза на единицу веса снятого материала в 3 раза больше.При работе алмазными кругами на металлической связке применение охлаждения обязательно. Кругами на органической связке можно работать и без охлаждения, но при этом увеличивается износ круга.
Одной из важнейших характеристик алмазного круга, определяющей при прочих равных условиях экономичность и эффективность его работы, является степень концентрации алмазов, т. е. количество (в миллиграммах) алмазного зерна в 1 мм3 алмазоносного слоя.Алмазные круги выпускаются 25-, 50- и 100-процентной концентрации алмазного зерна. За 100-процентную концентрацию в практике принято считать
0,878 мг/мм3, что соответствует 4,39 карата в 1 см3 алмазоносного слоя. Соответственно круги с 50-процентной концентрацией содержат в 2 раза меньше алмазного зерна, т. е. 0,439 мг/мм3, а с 25-процентной концентрацией — в 4 раза меньше (0,219 мг/мм3}. При 100-процентной концентрации алмазные зерна в кругах независимо от материала связки занимают по объему 25% алмазоносного слоя. Остальные 75% по объему занимают связка и наполнитель.Круги с большой концентрацией алмазов характеризуются большей производительностью. Поэтому высокая концентрация алмазов целесообразна при жестких режимах, при шлифовании периферией круга и при необходимости избегать деформации круга. Например, для профильного шлифования и при внутреннем шлифовании оптимальной концентрацией является 100-процентная.
Для большинства работ применяются круги 50-процентной концентрации. Круги пониженной концентрации (25%) используются на операциях доводки вручную. Алмазные круги изготовляются не только на различных связках и с различной степенью концентрации алмазов, но и различными по форме и зернистости. Наиболее выгодно обрабатывать алмазным инструментом неметаллические материалы, обладающие высокой твердостью и хрупкостью. К ним относятся различные виды керамики, стекло, ферриты, корунд, гранит, диабаз, полупроводниковые материалы (германий, кремний) и др. Алмазная обработка неметаллических материалов должна проводиться только с охлаждением и при соблюдении необходимых мер безопасности, обеспечивающих сохранение здоровья рабочих. Наиболее трудоемкой операцией при обработке неметаллических материалов является разрезание, для чего применяются алмазные отрезные круги, при этом получается равномерная минимальная ширина реза, повышается производительность труда и легко автоматизируется процесс резания. Алмазные порошки Алмазные порошки представляют собой дробленые осколки или монокристаллы правильной кристаллической формы определенных размеров. За размер принимается половина суммы длины и ширины проекции зерна на предметное стекло микроскопа. Алмазные порошки выпускаются по ГОСТ 9206-59 в виде шлифзерна, шлифпорошков и микропорошков.Размеры зерен алмазных порошков определяют с помощью микроскопа, снабженного окулярной шкалой или сеткой. Результаты микроскопического анализа выражают в процентах от количества зерен для каждой фракции отдельно. Основная фракция алмазного порошка состоит из совокупности зерен определенного размера, преобладающих по количеству в составе данного порошка.
Применение алмазной пасты АМ14 10-процентной концентрации на доводке твердосплавных вставок микрометров позволило улучшить шероховатость обрабатываемой поверхности на один класс по сравнению с доводкой свободными алмазными порошками и сократить расход алмаза в 10 раз (с 1 до 0,01—0,08 мг). Наряду с этим установлена реальная возможность автоматизации процесса нанесения пасты на притир, так как пасты более удобны для автоматизации, чем свободные порошки. Эффективность алмазных паст подтверждается и данными, полученными при доводке редуцированных плашек из твердого сплава ВК20. Так, например, алмазные пасты зернистостью АМЗ, АМ14 и АМ28 позволили получить 11-й класс шероховатости. Алмазные пасты АМ28 и АМ14 применяются на предварительной доводке при съеме припуска 20—30 мк, а паста АМЗ—на окончательной доводке до требуемых размеров. В этом случае расход алмаза составляет 2,5 карата на 10 комплектов плашек. Алмазные бруски Алмазные бруски изготовляются преимущественно из порошков синтетических алмазов на органической и металлической связках шести типоразмеров. Алмазные бруски применяются при ручных доводочных работах в процессе изготовления твердосплавных штампов, пресс-форм, режущего и измерительного инструмента. Приемы работы алмазными брусками те же, что и абразивными. При засаливании бруски на органическойАлмазные головки
Головки представляют собой алмазные круги, напрессованные на цилиндрические хвостовики. Головки изготовляются на органической и металлической связках той же зернистостью, что и круги, и работают от пневматических турбинок со скоростью вращения до 10000 об/мин.Головки находят широкое применение при обработке фасонных отверстий в деталях из твердых сплавов.
Алмазные хонинговальные бруски Алмазные хонинговальные бруски являются одним из наиболее перспективных инструментов; они в 100— 120 раз более стойки, чем абразивные бруски. Кроме того, высокая стойкость алмазных хонинго-вальных брусков позволила резко сократить количество подналадок станков и автоматизировать процесс хонин- гования, который происходит при низких температурах резания, благодаря этому появилась возможность обрабатывать тонкостенные детали с большими перепадами сечения стенки. Алмазные резцы Вес алмазов находится в пределах 0,3—1,5 карата. Крупные кристаллы весом более 1 карата применяются для отрезных резцов, более мелкие—для проходных. Предназначенные для резцов алмазы должны иметь плотную структуру, на их рабочей части не допускаются наружные и внутренние трещины, раковины и включения, видимые при десятикратном увеличение. Также не должно быть внутренних напряжений в кристалле алмаза, определяемых по наличию зон двойного луча преломления в поляризационном микроскопе. В зависимости от конфигурации и размеров алмазов они подвергаются разрезке, шлифованию и креплению к державке резца по разработанной НИИАлмазом технологии.Разрезка крупных кристаллов на две и более части дает возможность из одного алмаза получить несколько резцов. Разрезка также позволяет отрезать дефектные участки алмаза. Перед разрезкой алмаз должен быть ориентирован в
«мягком» направлении рентгеноскопическим методом. Разрезают алмазы на специальных станках с помощью бронзовых дисков (95% Cu, 4,7% Sn и 0,2% P) диаметром 75—90 мм и толщиной 0,05—0,07 мм, причем алмаз закрепляют с помощью специального клея в двух латунных державках. Предварительно на алмазе делают надрез глубиной до 0,3 мм диском толщиной 0,1— 0,12 мм. Скорость разрезания 6000 об/мин. Шлифование (огранка) алмазного резца осуществляется алмазно- металлическими кругами и чугунными дисками, шаржированными алмазными порошками, и производится так же, как и резка в «мягком» направлении. Шлифование резца начинается с образования передней поверхности, затем гранятся боковые поверхности и вершина рабочей части. Заключительной операцией является доводка передней поверхности, при которой снимаются все сколы, выкрашивания и другие дефекты, образовавшиеся на режущих кромках в процессе огранки алмаза. На операциях предварительного шлифования кристаллов алмаза, при которых сошлифовывается наиболее трудно обрабатываемая часть, применяются алмазно- металлические круги типа АЧЦ зернистостью А5— А4 100-процентной концентрации. Шероховатость получаемой поверхности кристаллов соответствует 10— 11-му классам. На операциях окончательного шлифования и доводки применяют чугунные диски, шаржированные алмазными порошками зернистостью АМ40—АМ28 при окончательном шлифовании и АМ10—АМЗ—при доводке. Материал диска—серый чугун марки СЧ12-28 или СЧ15-32 по ГОСТ 1412-54. При доводке достигается 13—14-й классы шероховатости. Скорость шлифования — 30— 40 м/сек; усилие прижима алмаза к шлифовальному диску—1—3 кг; допустимое торцовое биение рабочей поверхности шлифовального диска — 0,003—0,005 мм при его диаметре 250—300 мм. Резцы с впаянными алмазами отличаются простотой конструкции, малыми габаритами и возможностью использования кристаллов небольших размеров. Эти резцы целесообразно применять главным образом при растачивании отверстий малых диаметров. Недостаток крепления алмазов пайкой заключается в сложности его восстановления после переточки. При механическом креплении алмаз легко извлекается из державки резца, перетачивается и вновь закрепляется. Однако 2/3 кристалла покрывается прижимной планкой, и, следовательно, большая часть его не используется, поэтому резцы с механическим креплением должны быть увеличенных размеров и требуют применения более крупных алмазов. Алмазные резцы различаются по конструкции. Нормалями машиностроения и часовой промышленности предусмотрены различные формы алмазных резцов и различные типы державок для крепления алмазов. При конструировании новых алмазных резцов следует учитывать прежде всего жесткость крепления кристалла алмаза в державке. При выборе геометрии режущей части алмазных резцов необходимо руководствоваться следующим. 1. Передняя и задняя поверхности и режущие кромки резцов должны быть расположены в более прочных и износостойких кристаллографических сетках и направлениях. Передний угол ( алмазных проходных резцов необходимо выполнять в пределах от 0 до 5°; чем меньше твердость обрабатываемого материала, тем больше должно быть значение угла (. Задний угол а следует принимать возможно меньшим (4—8°) при обработке твердых материалов и увеличивать до 10—12° при обработке мягких материалов. При расточке отверстий малых диаметров задний угол необходимо увеличивать. 2. Большое значение для эффективности работы резца имеет величина главного и вспомогательного углов в плане. Увеличение главного угла в плане ( способствует уменьшению вибраций. Уменьшение угла в плане до 0° значительно улучшает чистоту поверхности. 3. Упрочнение режущей кромки резца следует достигать за счет уменьшения заднего и переднего углов, увеличения угла при вершине и радиуса закругления между режущими кромками и повышения жесткости системы станок—деталь—инструмент. Применяемые режимы резания и степень нагрева инструмента определяют износостойкость инструмента. Алмаз, обладая высокой температуропроводностью и низким коэффициентом трения, позволяет вести обработку с высокой скоростью резания. В настоящее время скорости резания при работе алмазными резцами достигают 700 м/мин и больше, при этом стойкость между переточками в зависимости от обрабатываемого материала и режимов резания находится в пределах от 25 до 200 час. Алмазы весом 0,5—0,6 карата допускают от 6 до 10 переточек. Учитывая высокую хрупкость алмаза, продольная подача и глубина резания при точении должны быть минимальными (S = 0,01—0,1 мм/об и t=0,01— 0,3 мм). Алмазный инструмент для правки шлифовальных кругов Алмазная правка шлифовальных кругов относится к числу важнейших областей применения алмазов в машиностроении. Качество обработки шлифуемых деталей, стойкость круга и производительность шлифования в значительной степени определяются точностью формы шлифовального круга и микрорельефом его поверхностного слоя, которые зависят от конструкции правящего инструмента, его износостойкости, режимов и приемов правки. Алмазная правка шлифовальных кругов обладает существенными преимуществами по сравнению с другими способами. Благодаря весьма малой поверхности контакта алмаза со шлифовальным кругом достигаются минимальные усилия, которые в сочетании с высокой износостойкостью алмаза создают условия для получения высокой точности геометрической фирмы круга, а отсюда и высокой точности и чистоты поверхности у шлифуемых деталей.Правка алмазным инструментом обеспечивает повышение стойкости круга в 1,5-
1,6 раза по сравнению с правкой безалмазными правящими инструментами . В промышленности для правки шлифовальных кругов применяются следующие инструменты: 1) алмазно-металлические карандаши; 2) алмазы естественной формы, закрепляемые в оправах; 3) ограненные (шлифованные) алмазные инструменты (резцы, иглы); 4) алмазные круги и бруски на металлической связке.Алмазно-металлические карандаши.
Наибольшее применение в отечественной промышленности получили алмазно- металлические карандаши, в которых алмазные зерна сцементированы специальным сплавом методом порошковой металлургии. Этот сплав имеет почти такой же коэффициент теплового расширения, как и алмаз, и поэтому при изменениях температуры алмазно-металлического карандаша алмазы не испытывают давления. Номенклатура алмазно-металлических карандашей и их характеристика определены ГОСТом 607-63. В зависимости от расположения алмазов карандаши выпускаются трех типов: С—с алмазами, расположенными слоями; Н—с алмазами без точного их расположения (неориентированные); Ц—с алмазами, расположенными цепочкой вдоль оси карандаша. Карандаши типа С выпускаются двух марок: многозернистые с повышенной износостойкостью и количеством алмазных зерен в слое до 12—14 и однослойные из технических алмазов с 5—7 зернами для автоматической правки. Эти карандаши применяются для правки абразивных кругов при чистовом шлифовании.Карандаши типа Н изготовляются из алмазов различного качества, в том числе из дробленых, и применяются для правки только мелкозернистых шлифовальных кругов на операциях круглого и бесцентрового шлифования, а также для правки однониточных резьбо- шлифовальных, тарельчатых и дисковых кругов при зубошлифовании.
Карандаши типа Ц изготовляются из высококачественных кристаллов алмазов весом от 0,03 до 0,50 карата и имеют наибольшее применение при правке кругов для внутреннего и наружного, круглого и бесцентрового шлифования фасонных поверхностей. В пределах каждого типа карандаши различаются по весу отдельных алмазов или по номерам зернистости. Условное обозначение алмазно-металлических карандашей составляется из марки карандаша и номера ГОСТАлмазы в оправах.
Алмазы с естественными гранями, закрепленные в оправах, имеют преимущество перед алмазными карандашами в том, что изготовляются они из более качественных алмазов, и, следовательно, их износостойкость значительно выше. Алмазные зерна закрепляются в оправах путем зачеканки или пайки. К недостаткам этого вида инструмента относится необходимость перепайки, что связано с большими затратами времени. Для пайки алмазных зерен нашли применение медноцинковые, серебряные и цинковоалюминиевые припои. Ограненные алмазные инструментыПрименяются для правки кругов сложного профиля. Изготовляются они в виде резцов с различным профилем алмаза.
Стоимость ограненных резцов значительно выше стоимости алмазов в оправах, так как кристалл алмаза ограненных резцов необходимо шлифовать. Однако высокая производительность правки кругов, повышение точности и качества выпускаемых деталей, достигаемые при применении алмазных резцов, полностью оправдывают расходы на правящий инструмент. Рекомендации по выбору алмазного инструмента для правки кругов приведены в табл. 11. Режим правки влияет на износостойкость алмазного инструмента и качество шлифования. Как показали исследования, при правке алмазно-металлическим карандашом марки Ц шлифовального круга ПВД 600Х63Х305 ЭБ40СТ1К при поперечной подаче 0,02 — 0,06 мм/дв. ход, продольной подаче 0,3 — 1,0 м/мин и скорости шлифовального круга 35 м/сек с увеличением продольной подачи от 0,3 до 1,0 м/мин тангенциальная составляющая усилия резания возрастает в 2,7 раза, а износ алмаза—в 2,3 раза. Поэтому увеличение продольной подачи алмазно-металлических карандашей выше 0,5 м/мин недопустимо в связи с большим износом алмаза. На внутришлифовальных станках можно работать с большими продольными подачами, но не выше 2 м/мин. Для алмазов в оправе величины продольных подач должны быть меньше, чем для карандашей, а для ограненных алмазов —еще меньше. При правке алмазными резцами многорасточных резбошлифовальных кругов продольная подача резца должна быть не более 0,5 м1мин.Справочные материалы → Описание алмазных инструментов, их применение в промышленности.
RSS