Як правильно обрати шліфувальний круг?

Існує багато видів шліфувальних кругів, які мають різні форми та розміри. Вибір шліфувального круга залежить від абразиву, зв’язувальної речовини та технології виготовлення. Кожен тип круга має свою сферу застосування. Неправильний вибір може вплинути на точність обробки, шорсткість поверхні та продуктивність. Тому під час шліфування необхідно правильно підбирати шліфувальний круг відповідно до конкретних умов. Як правильно це зробити? Нижче наведено узагальнення основних типів шліфувальних кругів, щоб допомогти вам зробити правильний вибір.

1. Вибір звичайних шліфувальних кругів

1.1 Вибір абразиву

Вибір абразиву залежить від матеріалу заготовки та способу її термічної обробки.

• a. Для обробки матеріалів із високою міцністю на розрив слід використовувати абразив із високою в’язкістю.

• b. Для м’яких матеріалів з високим коефіцієнтом подовження слід використовувати крихкий абразив.

• c. Для матеріалів із високою твердістю слід обирати ще твердіші абразиви.

• d. Абразив має бути хімічно стійким до матеріалу, що обробляється.

Найпоширеніші абразиви: корунд звичайний (А) і білий корунд (WA), а також чорний карбід кремнію (C) і зелений карбід кремнію (GC). Інші типи: хромований корунд (PA), монокристалічний корунд (SA), мікрокристалічний корунд (MA), цирконієвий корунд (ZA).Корунд звичайний (А) – має високу твердість і в’язкість, підходить для шліфування матеріалів із високою міцністю на розрив, таких як вуглецева та легована сталь, ковкий чавун, тверда бронза тощо. Використовується для грубого шліфування з великим зняттям матеріалу. Недорогий і широко застосовується.

• Білий корунд (WA) – твердіший за звичайний корунд, але менш в’язкий, тому зерна легко ламаються під час роботи, що зменшує тепловиділення. Підходить для точного шліфування загартованої сталі, високовуглецевої сталі, швидкорізальної сталі та тонкостінних деталей. Дорожчий за звичайний корунд.

• Чорний карбід кремнію (C) – крихкий і гострий, твердіший за білий корунд. Підходить для шліфування матеріалів із низькою механічною міцністю, таких як чавун, латунь, алюміній та вогнетривкі матеріали.

• Зелений карбід кремнію (GC) – твердіший і крихкіший за чорний карбід кремнію, має високу теплопровідність. Використовується для обробки твердих сплавів, оптичного скла, кераміки та інших крихких матеріалів.

• Хромований корунд (PA) – підходить для шліфування інструментів, вимірювальних приладів, різьбових поверхонь та інших деталей із високими вимогами до якості обробки.

• Монокристалічний корунд (SA) – використовується для шліфування нержавіючої сталі, високолегованих швидкорізальних сталей, а також деталей, що легко деформуються або перегріваються.

• Мікрокристалічний корунд (MA) – підходить для шліфування нержавіючої сталі, підшипникової сталі та спеціального ковкого чавуну. Використовується для формувального, прорізного та дзеркального шліфування.

• Цирконієвий корунд (ZA) – ефективний для шліфування аустенітної нержавіючої сталі, титанових та жароміцних сплавів. Особливо добре підходить для обробки під високими навантаженнями.

1.2 Вибір зернистості

Зернистість вибирається залежно від необхідної шорсткості поверхні та продуктивності шліфування.

Зернистість визначає розмір частинок абразиву. Грубі зерна забезпечують високу продуктивність, але залишають більш грубу поверхню. Дрібні зерна дають гладшу поверхню, але зменшують швидкість обробки.

Щоб досягти оптимального співвідношення між якістю та продуктивністю, слід вибирати найгрубіше зерно, яке забезпечує потрібну якість поверхні.

• Для чорнового шліфування використовують грубозернисті круги.

• Для точного шліфування – дрібнозернисті.

• При великій площі контакту між кругом і заготовкою потрібен більш грубозернистий круг. Наприклад, при торцевому шліфуванні вибирають більш грубе зерно, ніж при периферійному.

3. Вибір твердості шліфувального круга

Твердість шліфувального круга визначає, наскільки легко абразивні зерна відколюються під впливом зовнішніх сил. Вибір твердості залежить від матеріалу заготовки, ефективності шліфування та якості обробленої поверхні.

Шліфувальний круг із надмірною твердістю утримує зношені зерна, що може призвести до засмічення круга, підвищення температури шліфування, перегріву та пошкодження деталі, а також зниження ефективності. Якщо ж круг занадто м'який, абразивні зерна випадають ще до того, як повністю затупляться, що збільшує зношування круга, призводить до втрати правильної геометрії та знижує точність обробки.

Твердість круга слід підбирати з урахуванням розміру контактної зони між кругом і деталлю, форми деталі, методу шліфування, способу охолодження та типу зв’язувальної речовини.

Ось основні принципи вибору твердості шліфувального круга:

• a. Для шліфування м'яких матеріалів слід використовувати твердіші круги, а для твердих матеріалів – м’якші.

• b. Для обробки м'яких і в’язких кольорових металів краще використовувати м’якші круги.

• c. Для матеріалів із низькою теплопровідністю вибирають м’якші шліфувальні круги.

• d. Для торцевого шліфування (робота торцем круга) твердість має бути нижчою, ніж для периферійного шліфування (робота боковою поверхнею круга).

• e. При однакових умовах шліфування круги на основі смоляного (резинофенольного) зв’язувального матеріалу повинні бути на 1–2 ступені твердіші, ніж керамічні.

• f. Якщо швидкість обертання шліфувального круга висока, слід вибирати м’якший круг (на 1–2 ступені).

• g. Для вологого шліфування (з використанням охолоджувальної рідини) круги мають бути на 1–2 ступені твердіші, ніж для сухого шліфування.

4. Вибір зв’язувальної речовини

Зв’язувальна речовина утримує абразивні зерна в шліфувальному крузі та впливає на його властивості. Вибір залежить від методу шліфування, швидкості обертання та вимог до якості поверхні.

Найпоширеніші види зв’язувальних речовин:

Керамічне зв’язування (V) – це неорганічна зв’язувальна речовина, стійка до хімічного впливу, термостійка, корозійностійка, має високу пористість. Такі круги мають високу ефективність шліфування, низьке зношування та добре зберігають геометрію. Вони підходять для обробки вуглецевих і легованих сталей, нержавіючих сталей, чавуну, твердих сплавів, кольорових металів тощо. Недолік – крихкість і невисока стійкість до вібрацій. Максимальна робоча швидкість – до 35 м/с.

Смоляне (резинофенольне) зв’язування (B) – це органічна зв’язувальна речовина, що забезпечує високу міцність і певну гнучкість шліфувального круга. Такі круги мають хорошу самозаточуваність, але нижчу термостійкість. Вони використовуються для шліфування на високих швидкостях (50 м/с і більше), а також для грубого, чорнового шліфування, різання та шліфування з високими вимогами до якості поверхні. Використовуються для зачистки зливків, видалення задирок із лиття, а також для важких навантажень і спеціальних застосувань.

5. Вибір структури шліфувального круга

• При виборі структури необхідно враховувати навантаження на оброблювану деталь, метод шліфування та матеріал деталі.

• Структура визначає відсотковий вміст абразивних зерен у загальному об’ємі шліфувального круга. За стандартною класифікацією, щільність зерен 62% відповідає структурі "0". При зменшенні частки зерен на 2% структура збільшується на один рівень, загалом існує 15 рівнів. Чим вищий номер, тим більш пориста (відкрита) структура.

• Щільна структура забезпечує якіснішу обробку поверхні деталі.

• Рихла (пориста) структура дозволяє ефективно видаляти стружку, зменшуючи ризик засмічення шліфувального круга.

• Основні рекомендації щодо вибору структури:

• Для грубої обробки та шліфування м'яких металів слід обирати пористу структуру, щоб уникнути засмічення.

• Для профільного шліфування та точного шліфування краще використовувати щільні структури, щоб зберігати геометрію круга та досягати кращої якості поверхні.

• При шліфуванні напрямних верстатів та твердосплавних інструментів слід вибирати рихлі структури, щоб зменшити теплову деформацію деталі та запобігти її перегріву та розтріскуванню.

• Для матеріалів із високою чутливістю до температури, кольорових металів та неметалевих матеріалів, рекомендовано використовувати круги зі структурою 12# і вище.

• 6. Вибір форми та розмірів шліфувального круга

• Форма та розмір круга залежать від можливостей верстата та форми оброблюваної деталі.

• Основні типи шліфувальних кругів:

• P – плоский круг

• PDA – односторонньо увігнутий круг

• PSA – двосторонньо увігнутий круг

• PB – тонкий відрізний круг

• N – циліндричний круг

• BW – чашковий круг

• D1 – дисковий круг

• Кожен шліфувальний верстат має обмеження щодо використовуваних форм і розмірів кругів.

• Загальні рекомендації:

• По можливості слід вибирати круги більшого діаметра, оскільки це підвищує лінійну швидкість та продуктивність.

• Збільшення ширини круга також позитивно впливає на якість обробки та продуктивність.

• Стандартне маркування шліфувальних кругів (за ДСТУ):
  Форма, розмір (Ø зовн. × товщина × Ø отв.), абразив, зернистість, твердість, структура, зв’язка, макс. швидкість

• Приклад:
  P 400×150×203 A60L5B35

Вибір алмазного шліфувального круга

Алмазні шліфувальні круги мають значно кращі характеристики в порівнянні зі шліфувальними кругами, виготовленими з карбіду бору, карбіду кремнію або корунду. Вони забезпечують:

• гострий ріжучий край,

• низьке зношування,

• тривалий термін служби,

• високу продуктивність та якість обробки.

Однак, через високу вартість, вони використовуються переважно для високоточних операцій шліфування твердих матеріалів, таких як:

• тверді сплави,

• кераміка,

• напівпровідникові матеріали,

• інші високоміцні, крихкі та важкооброблювані матеріали.

Основні параметри алмазного шліфувального круга

1. Абразивний матеріал
   Використовується переважно синтетичний алмаз (JR), який класифікується за формою кристалів і міцністю частинок. Вибір типу алмазу залежить від конкретного застосування.

2. Зернистість
   Визначається з урахуванням:

• необхідної шорсткості поверхні деталі,

• продуктивності шліфування,

• витрат алмазного матеріалу.

3. Твердість
   Лише алмазні круги на основі смоляного (полімерного) зв’язувального матеріалу мають градацію твердості. Зазвичай використовуються круги з твердістю S (Y1) або вище.

4. Зв’язувальні матеріали
   Основні типи:

• Смоляний – висока ефективність шліфування, гарна якість обробки, широкий спектр застосування, самозаточуваність, низька схильність до засмічення, мале тепловиділення, легке правлення. Використовується для точного шліфування.

• Керамічний – для шліфування крихких неметалевих матеріалів, твердих сплавів, надтвердих матеріалів.

• Бронзовий – висока зносостійкість, застосовується для спеціальних операцій.

• Гальванічний (електропокритий) – для особливих технологічних процесів.

5. Концентрація алмазного зерна
   Вибір концентрації залежить від:

• зернистості,

• типу зв’язувального матеріалу,

• форми круга,

• методу обробки,

• необхідної продуктивності та ресурсу круга.

• Висока концентрація забезпечує стабільність геометричної форми круга, а низька – економічніше витрачання алмазу.

6. Форма і розміри
   Вибираються відповідно до форми деталі, розмірів і параметрів верстата.

Вибір шліфувального круга з кубічного нітриду бору (CBN)

Круги з кубічного нітриду бору (CBN) мають високу міцність зерна, твердість і зносостійкість, що у 100 разів перевищує корундові круги.

Переваги CBN-кругів:

• ефективне шліфування високоміцних та в’язких сталей,

• стійкість до високих температур,

• висока продуктивність, особливо при високошвидкісному шліфуванні.

CBN-круги ефективно обробляють:

• леговані сталі,

• високолеговані інструментальні сталі,

• жароміцні сплави (титан, нікель),

• ковке чавунне лиття.

Алмазні круги переважно застосовуються для крихких матеріалів (карбіди, кераміка, скло), тоді як CBN-круги ефективні для шліфування сталей.

Вибір CBN-круга

За характеристиками CBN-круги подібні до алмазних. Основні параметри:

1. Зв’язувальний матеріал:

• Смоляний (полімерний) – для обробки феромагнітних матеріалів, сталі.

• Керамічний – для важкооброблюваних чорних металів (титан, швидкорізальна сталь, ковке чавунне лиття).

• Металевий (бронза, електропокриття) – для спеціальних застосувань.

2. Концентрація
   Оптимальна концентрація CBN-зерен 100-150%.

3. Охолодження
   Звичайні охолоджувальні рідини не підходять – потрібні спеціальні рідини для шліфування CBN-кругами.

Вибір пористих шліфувальних кругів

Пористі круги мають:

• високу стійкість до засмічення,

• тривалий термін служби,

• ефективне відведення тепла,

• високу ріжучу здатність.

Вони застосовуються для:

• обробки м'яких металів,

• пластмас, гуми, шкіри та інших неметалевих матеріалів,

• шліфування термочутливих матеріалів та тонкостінних деталей,

• сухого шліфування (наприклад, заточування твердосплавних інструментів, направляючих верстатів).

Пористі круги виготовляються за тією ж технологією, що й керамічні, але з додаванням пороутворювачів, які випаровуються або згоряють при випалюванні.

Характеристики пористих кругів:

• Абразивний матеріал: карбід кремнію (C, GC), корунд (WA).

• Зернистість: 36#–180#.

• Зв’язувальний матеріал: керамічний.

• Твердість: G–M.

• Форма: плоскі, чашкові, тарілчасті круги.

• Розмір пор: 0,7–1,4 мм.

Позначення шліфувального круга

На кожному крузі вказується послідовність характеристик у вигляді маркування, наприклад:

P400×40×127WA60L5V35

Розшифровка:

• P – форма круга (плоский).

• 400×40×127 – розміри (зовнішній діаметр × товщина × посадковий отвір).

• WA – матеріал (білий корунд).

• 60 – зернистість (дрібна).

• L – твердість (середньо-м’яка).

• 5 – структура (щільна).

• V – зв’язка (керамічна).

• 35 – максимальна швидкість (35 м/с).

Висновок

Правильний вибір шліфувального круга залежить від матеріалу деталі, способу шліфування, необхідної якості обробки та продуктивності процесу.

Вибір твердості шліфувального круга:

1. При великій площі контакту між шліфувальним кругом і оброблюваною деталлю твердість круга повинна бути нижчою, щоб уникнути надмірного нагрівання та погіршення якості шліфування. Наприклад, у вертикальному плоскошліфувальному верстаті використовуються кола меншої твердості, ніж у зовнішньому круглому шліфуванні. Однак при шліфуванні довгих і тонких внутрішніх отворів, через низьку швидкість круга, він швидко зношується і може спричинити утворення конічної форми (ефект "труби"), тому для таких випадків слід використовувати твердіші круги.

2. При шліфуванні переривчастих поверхонь або при видаленні задирок із литих деталей слід вибирати тверді або надтверді круги. Також для важкого шліфування сталевих заготовок (заготівель) потрібні тверді або надтверді круги, щоб уникнути їхнього швидкого зносу.

3. Для правки алмазних інструментів (шліфувальних кругів або оселків), оскільки процес правки потребує значного тиску, використовуються надтверді круги.

4. У важких і жорстких шліфувальних верстатах через мінімальні вібрації під час роботи абразивні зерна менше руйнуються, тому можна використовувати круги меншої твердості.

5. При занурювальному зовнішньому шліфуванні, щоб уникнути перегріву деталі, твердість круга має бути нижчою, ніж при осьовій подачі.

6. У верстатах з автоматичною подачею можна використовувати м'якші круги, ніж у верстатах із ручним керуванням.

7. Чим менша шорсткість обробленої поверхні та точніші розміри деталі, тим м'якший круг слід використовувати, щоб уникнути перегріву та структурних змін у поверхневому шарі. Наприклад, при дзеркальному шліфуванні використовують надм'які круги на зв’язці з полімерних смол, які дозволяють отримати шорсткість поверхні Rz = 0,05 мкм. Однак для звичайного прецизійного шліфування твердість круга має бути вищою, інакше нерівномірний знос робочої поверхні круга може вплинути на точність обробки.

8. Поява подряпин на поверхні деталі може бути пов’язана з неправильною твердістю шліфувального круга. Якщо твердість занадто низька, абразивні зерна швидко випадають, а відокремлені зерна, стискаючись і ковзаючи по поверхні деталі, можуть спричинити подряпини. У цьому випадку необхідно вибрати трохи твердіший круг.

9. При сухому шліфуванні через підвищене нагрівання слід вибирати круг м'якший на 1–2 ступені порівняно з мокрим шліфуванням.

10. Якщо потрібна висока продуктивність, можна використовувати більш м'який круг, оскільки він краще самозаточується, що зменшує кількість правок. Проте це призведе до більшого зносу круга, тому потрібно зважити техніко-економічні показники.

11. При високошвидкісному шліфуванні, якщо подача залишається незмінною, товщина знімаючої стружки зменшується, а навантаження на абразивні зерна знижується, що сповільнює знос круга. Щоб покращити самозаточення, твердість круга має бути нижчою на 1–2 ступені, ніж при звичайному шліфуванні. Однак при шліфуванні нестабільно закріплених деталей (наприклад, колінчастих валів) швидкість обертання деталі має бути невеликою, тому твердість круга також повинна бути нижчою, щоб уникнути перегріву. Якщо ж високошвидкісне шліфування використовується для підвищення ефективності зняття матеріалу, то глибина врізання збільшується, що підвищує навантаження на зерна. У цьому випадку твердість круга має бути вищою на 1–2 ступені, ніж при звичайному шліфуванні.

12. При шліфуванні сталевих куль (підшипників) слід використовувати надтверді круги. Для звичайного відрізного шліфування вибирають круги середньої або середньо-твердої твердості.

13. Для заточування твердосплавних і швидкорізальних інструментів використовують круги твердістю J–G.

14. При формоутворюючому шліфуванні, щоб зберегти точну геометрію деталі, знос круга має бути мінімальним, тому його твердість має бути вищою.