Абрази́вний інструме́нт — це різальний інструмент, призначений для абразивного обробленняДСТУ 2233-93 Інструменти різальні. Терміни та визначення.. Залежно від виду використаного абразивного матеріалу розрізняють алмазні, ельборові, електрокорундові, карбідокремнієві та інші абразивні інструменти. Застосовування АІ під час обробки різних деталей машин механізмів і приладів, забезпечує точність обробки до 1-4 мкм і параметрами шорсткості поверхні Ra 0,2-0,08 мкм. Абразивну обробку широко використовують в інструментальному виробництві, де всі операції здійснюють за допомогою абразивних інструментів.
Основні типи та розміри кругів на керамічних та органічних зв'язках До абразивних інструментів відносять шліфувальні круги, головки, сегменти, бруски на гнучкій основі, еластичні круги, шкурки, стрічки, пасти. З цих інструментів найпоширенішими є шліфувальний круг. Це тіло обертання, яке приймає різні розміри та профілі в осьовому перерізі.
Абразивний інструмент має пори (пустоти). Співвідношення між кількістю зв'язок і між порами визначає твердість абразивного матеріалу, а між кількістю зв'язки та зерен — його структуру. Твердість абразивного матеріалу — властивість зв'язків чинити опір викришуванню абразивних зерен з його робочої поверхні.
Алмази та ельборові абразивні інструменти не мають пустот, вони вміщують зерна і зв'язки, за винятком ельборових інструментів на керамічній зв'язці, що відрізняються за твердістю і в яких передбачено отримання певної кількості пор у процесі виготовлення.
Природні та синтетичні алмази регламентовані ГОСТ 9206-80Е. Шліфувальні порошки із природних алмазів випускають марок А1, А2, А3, А5, А8, із синтетичних АС2, АС4, АС5, АС15, АС20, АС50, цифровий індекс у природних алмазів показує вміст зерен ізотермічної форми, виражений десятими відсотків, у синтетичних алмазів — середнє-арифметичне значення показників міцності всіх зернистостей певної марки, виражене в ньютонах.
Мікропорошки випускають нормальної й підвищеної абразивної здатності мікропорошки нормальної абразивної здатності із природних алмазів позначають АМ, із синтетичних алмазів АСМ, мікропорошки підвищеної абразивної здатності відповідно позначають АН, АСН. До літерного позначення у мікропорошків додають цифровий індекс 5, що означає долю зерен великої фракції в відсотках; 5 — вміст великої фракції до 5 %; 1 — 80 1 %.
Природні алмази застосовують у будівельній індустрії, в процесі під час виготовлення бурового і покрівельного інструменту (А5, А8).
Синтетичні алмази АС2, АС4, АС6 — застосовують у процесі обробки заготовок із твердих сплавів, кераміки, каменю і кольорових металів: АС2, АС4 — для інструментів на органічній зв'язці, АС6 — на металічній зв'язці, АС15-50 металічних зв'язках, що працюють у важких умовах, за обробки неметалічних матеріалів.
Мікропорошки з субмікропорошками використовують для доведення і полірування заготовок із важкооброблюваних сталей, твердих неметалічних матеріалів напівпровідників.
Порошки із синтетичних полікристалічних алмазів, отримані шляхом дроблення синтетичних алмазів відповідної марки (баллас — АРВ-1, карбонадо АРК-4, спек АРС-3), рекомендують застосовувати під час виготовлення інструментів для попереднього копіювання, різання склопластиків, буріння, обробки каміння, правлення шліфувальних кругів.
Кубічний нітрид бору (ельбор, кубоніт) використовують для обробки заготовок зі сталі, чавуну та особливо ефективно під час кінцевого та профільного шліфування термооброблених заготовок із високолегованих конструкційних жароміцних і корозійностійких сталей високої твердості й загострення сталевих різальних інструментів. Залежно від показників механічної міцності ельбор поділяють на марки: ЛО — звичайної міцності; Ельбор зернистості 20 має механічну міцність <=3,0H; ЛП — підвищеної механічної міцності; ЛВМ — високоміцний КНБ. Твердість 6,1Н з високим вмістом зерен основної фракції.
Абразивні інструменти з електрокорунду та карбіду кремнію Найпоширенішими є круги прямого профілю ПП, ПВ. Вони використовуються для круглого зовнішнього, внутрішнього, безцентрового і плоского шліфування. Якщо затискні фланці можуть перешкодити підвищенню круга в зону шліфування, то слід застосувати шліфувальні круги з циліндричними виточками з одного або двох боків (типи ПВ, ПВД). Конічні виточки кругів ПВК, ПКДК з одного або двох торців служать для зменшення площі контакту бокової поверхні круга з заготовки під час шліфування буртиків і фланців на круглошліфувальному верстаті, внаслідок чого зменшується тепловиділення і поліпшується виведення стружки і якість шліфованої поверхні.
Плоскі круги з конічним профілем рекомендовані в тих випадках, коли в зоні шліфування обмежений простір, в основному для загострення фрез круги форми D називають дисками, вони призначені для відрізних і прорізних робіт і шліфування глибоких пазів виготовляють їх товщиною 0,5-5 мм і діаметром 80-500 мм.
Круги-кільця (7К та 2К) застосовують для плоского шліфування. На планшайбі верстата їх закріпляють за допомогою цементної речовини. Форма 2Ц використовується тоді, коли необхідно мати надійне закріплення; круги 2Ц, 2К — для загострення інструментів і плоского шліфування важкодоступних місць (напрямних станин, ластівкових хвостів). Крім цього 2Ц із товстими стінками призначаються для внутрішнього шліфування циліндричних поверхонь з буртиками або ж для глухих отворів.
Тарілкоподібні круги форми 1Т, 2Т, 3Т рекомендується для загострення різальних інструментів у тому разі, коли вільний простір у зоні шліфування обмежений.
Шліфувальні круги малих розмірів називають головками, згідно з ГОСТ 2447-74 передбачено 7 різновидів. Вони застосовуються для внутрішнього шліфування обробки фасонних поверхонь, зняття задирок, зачищення, де не можуть бути використані шліфувальні круги. Головку закріплюють на шпинделі верстата за допомогою різцевої шпильки. На протилежному кінці вона має насічку, яка входить у глухий отвір головки та фіксується клейкою речовиною.
Шліфувальні круги великих розмірів роблять збірними з окремих сегментів. Ці круги в основному застосовують для плоского торцевого шліфування. Вони мають переривчасту робочу поверхню, що забезпечує їх роботу з меншою зоною контакту, внаслідок чого зменшується нагрів оброблюваних деталей.
Вибір зернистості абразивного інструменту Вибір зернистості абразивного матеріалу залежить в основному від виду точності, якості обробки, властивостей обробного матеріалу і форми поверхні деталі. Великозернисті круги застосовують на потужних верстатах під час усунення припусків, а також під час обробки латуні, міді, де виникає підвищена небезпека заяложування.
Зернистість — умовне позначення шліфувального матеріалу, що відповідає розміру абразивних зерен основної фракції. Згідно з ГОСТ 3647-80 абразивні матеріали ділять на такі групи: шліфзерно; шліфпорошки; тонкі мікрошліфпорошки.
Зернистість шліфзерна і шліфпорошків позначають як 0,1 розміру сторони чарунки сита в мікрометрах, на якому затримується зерня основної фракції при їх просіюванні. Зернистість мікропорошків позначають по поверхні кордону зерен основної фракції.
Згідно з відсотковим вмістом зерен основної фракції, зернистість ділиться на індекси: В — з високим вмістом (60-65 %) для мікропорошків; П — з підвищення (45-55 %) для кругів класу АА діаметром до 300 мм; Н — з нормальним вмістом (41-37 %) для кругів на органічній зв'язці, шкурки.
Зв'язка абразивного інструменту Зв'язка — власне зв'язна речовина та наповнювачі. Вид зв'язки має визначальне значення для міцності і режимів роботи абразивного інструменту. При виробництві абразивного інструменту застосовують два види зв'язок: неорганічні (мінерального походження) і органічні. До органічних зв'язок відносяться: бакелітова, вулканітова, епоксидна. Неорганічні зв'язки (керамічні) є багатокомпонентними сумішами, складеними в певних пропорціях з подрібнених сирих матеріалів: вогнетривкої глини, плавунів (польового шпату, борного скла), тальку і ряду інших матеріалів. Недоліком керамічної зв'язки є її висока крихкість, внаслідок чого круги на цій зв'язці не можуть використовуватися при ударних навантаженнях (обдирне і силове шліфування), а їх низька межа міцності при згинанні не допускає застосування таких кругів для відрізних робіт.
Основа бакелітової зв'язки — фенолформальдегідні смоли (рідкі та порошкоподібні) з наповнювачами неорганічної природи (кріоліт, пірит, алебастр і ін.). Абразивний інструмент на бакелітовій зв'язці має високу міцність, особливо на стиск і ударну міцність, перевершуючи за цими показниками інструмент на основі кераміки. Висока міцність бакелітової зв'язки дозволяє абразивному інструменту працювати при великих навантаженнях і високих швидкостях обробки — вище 80 м/с. До недоліків бакелітової зв'язки слід віднести її невисоку теплостійкість — деструкція відбувається при температурах 400° — 700°С, вона недостатньо стійка до дії лужних розчинів, що обмежує застосування охолоджувальних рідин (небажане застосування розчинів, що містять луги понад 1,5 %).
Вулканітова зв'язка — багатокомпонентна композиція, основний компонент — синтетичний каучук. Як добавки: вулканізувальний агент — сіра, прискорювачі вулканізації (каптакс, тіурам і ін.), мінеральні та органічні наповнювачі, які регулюють фізико-механічні та експлуатаційні властивості абразивних інструментів і формувальні властивості маси. Інструмент на вулканітовій зв'язці еластичний і щільний, тому може використовуватися як при звичайних видах шліфування, так і на відрізних операціях. Круги на вулканітовій зв'язці можуть бути виготовлені дуже тонкими. Недоліком є низька теплостійкість (250°-300°С) і слабке закріплення зерна в зв'язці, що пояснює нижчу зносостійкість кругів порівняно з бакелітовими і керамічними.
Зв'язка, разом з маркою зерна і зернистістю, є найважливішою характеристикою абразивного інструменту і визначає область його застосування, ріжучу здатність, економічну ефективність. Експлуатаційні показники абразивних армованих кругів залежать від структури, твердості, теплофізичних властивостей зв'язки, особливо теплопровідності, теплоємності і температуропровідності. Зв'язка повинна забезпечувати не тільки високу різальну здатність круга, але й найповніше використання абразивного зерна в інструменті. Вона не тільки утримує різальні зерна в крузі, але і взаємодіє з оброблюваним матеріалом, істотно впливає на процеси, що відбуваються в зоні контакту. В результаті тертя зв'язки утворюється тепло, кількість якого залежить від її складу і фрикційних властивостей. Вона повинна мати високу адгезію до поверхні абразивного зерна, забезпечувати розкриття нових ріжучих зерен і видалення затуплених, тобто постійну роботу круга з самозаточуванням. Інакше зношені зерна не випадатимуть із зв'язки, що приведе до залипання різального краю і втрати працездатності круга.
Абразивні армовані круги виготовляють на бакелітовій зв'язці, які мають високу питому міцність, пружність, порівняно високі експлуатаційні показники. Її зв'язними речовинами є продукти фенолформальдегідних смол: фенолове порошкоподібне зв'язне СФП-012А (аналог пульвербакеліта ПБ) і зволожувач — рідкий бакеліт БЖЗ з умовною в'язкістю 2-10 с. СФП — тонкий порошок від білого до темно-коричневого кольору, що складається з подрібненої суміші фенолформальдегідної смоли з стверджувачем уротропіном. Кількість уротропіну становить 6-9 % маси смоли. СФП має високу вологостійкість, легко поєднується з іншими порошкоподібними компонентами. Теплостійкість його значно нижча за температуру, яка виникають в процесі роботи абразивного круга, і не перевищує 250°С. При нагріві зв'язне проходить стадії розм'якшення в інтервалі 50…100°С і твердіння після 140°С. Після твердіння при 185°С зв'язне набуває високої міцності та стійкості до розчинення у воді. При тривалому зберіганні СФП поглинає з повітря вологу і збирається в грудки, що приводить до утворення раковин і здуття при термічній обробці кругів. Тому зв'язне повинне зберігатися в закритій тарі.