Алмазні інструменти при обробці скла - шліфування та полірування скла
Алмазні інструменти при обробці скла
Характеристика інструментів. Для механічної обробки скла (шліфування краю і дна, нанесення алмазних граней) використовують алмазний інструмент. Обробка скла алмазно-абразивним матеріалом є процес швидкісного мікроцарапанія оброблюваної поверхні сукупністю одиничних алмазних зерен, рівномірно розподілених по всій робочій поверхні інструменту. Інструмент з природних (А) і синтетичних (АС) алмазів виготовляють з порошків, отриманих дробленням вихідної сировини з подальшою класифікацією за розміром і формою зерен. Алмазні порошки являють собою сукупність зерен алмазу у вигляді монокристалів різної величини і форми, його осколків і полікристалів.
Синтетичні алмази, т. Е. Отримані штучним шляхом, мають деякі переваги в порівнянні з іншими абразивними матеріалами і навіть з природними алмазами. Завдяки розвиненій шорсткою поверхні і різко окресленим ребрах їх ріжуча здатність трохи вище ріжучої здатності природних алмазів.
Вітчизняна промисловість випускає алмазні кола з концентрацією алмазів 12,5; 25; 50; 75; 100; 125; 150; 175; 200%. Для обробки скла в основному застосовують кола з низькою і середньою концентрацією від 25 до 100%.
Зернистість алмазоносного шару, що показує розміри основної фракції алмазних зерен, позначають дробом, чисельник якого відповідає найбільшому, а знаменник - найменшого розміру зерен в мкм. Наприклад, зернистість 160/125 означає, що найбільший розмір зерен в такому інструменті 160 мкм, а наіменьшій- 125 мкм.
Алмазний інструмент випускають на органічних керамічних і металевих зв'язках. При виготовленні алмазних кіл для обробки скла найбільш широко застосовують металеві зв'язки Ml, С22, МОЗ, М5-2, М04, М07, М08, МЗ, Ж1. Вони являють собою різні композиції на основі міді, олова, алюмінію, нікелю, цинку, заліза. З них частіше використовують зв'язки з оловяністих бронз, які виготовляють з порошків міді та олова з різними легуючими добавками у вигляді тонкоподрібнених порошків оксидів. Кола на металевих зв'язках володіють підвищеною механічною міцністю і значною зносостійкістю.
Мал. 1. Алмазний коло: 1 - корпус, 2 - алмазоносний шар
Основні показники роботи алмазного інструменту: продуктивність, питома витрата алмазів і якість одержуваної після обробки поверхні.
Продуктивність характеризує ріжучу здатність алмазного круга. Вона вимірюється кількістю матеріалу, знятого за одиницю часу.
Питома витрата алмазів визначається зносом алмазного круга і кількістю алмазів, витрачених на зняття певної кількості оброблюваного матеріалу.
Якість оброблюваної поверхні характеризується шорсткістю поверхні і глибиною «трещиноватого» шару.
При обробці будь-яких матеріалів між інструментом і матеріалом виникає сила взаємодії, яка називається силою різання. Ця сила - результат пружних деформацій матеріалу, тертя алмазних зерен і зв'язки об оброблюваний матеріал, а також відділення «стружки» від основного матеріалу і її видалення. Сила різання - важлива технологічна одиниця. Так як значення нормальної і тангенціальної складових сили різання визначають продуктивність шліфування, знос інструменту, температуру на робочій кромці кола, шорсткість обробленої поверхні, то, знаючи закономірності зміни сил різання, можна вибирати режим, що забезпечує найвищу продуктивність обробки і при цьому знижену зносостійкість інструменту.
Промисловість випускає алмазні кола різних профілів. Для декоративної обробки скла застосовують плоскі кола з двостороннім конічним профілем типу А2П (рис. 2, а ... в), плоского прямого профілю АПП (рис. 2, г), плоскі з виточенням АПВ (рис. 2, д). Останні використовують також для шліфування дна і країв виробів з сортового і художнього скла. Для обробки несерійних виробів виготовляють спеціальні кола. Тонкостінні вироби обробляють кругами з великим кутом заточування (110 °), товстостінні - з малим (90 °).
При обробці виробів зі скла алмазними колами обов'язково застосовують мастильно-охолоджуючі рідини (МОР) -Вони інтенсивно охолоджують виріб і коло, що запобігає утворенню тріщин і пріжогов на оброблюваної поверхні, полегшує нанесення межі.
Виправлення інструменту. При механічній обробці скла ріжучі грані абразивних зерен сточуються і щоразу.
Мал. 2. Профілі плоских алмазних шліфувальних кругів: 1 - з двостороннім конічним профілем: а - форми I4EEIX, б-форми 1EEIX, в - форми 1EIX, г - прямого профілю форми 1AI, д - з виточенням, форми 6А2
Крім того, межі абразиву фарбували. Це відбувається тому, що при підвищених температурах, що виникають в зоні контакту абразивного круга і вироби, міцність і твердість алмазних зерен знижуються. Щоб зняти необхідний шар стек-па сточеним зерном, потрібно докласти більше зусилля. В результаті зерно, міцно утримується зв'язкою, розколюється і V нього з'являються нові гострі вершини. Таким чином ріжуча здатність зерна відновлюється. При цьому сила різання зменшується до нормального. Це властивість абразивних зерен відновлювати свої робочі властивості називається самозатачіванію.
Через деякий час самозаточівшееся зерно знову притупляється, зерно руйнується вдруге і знову починає нормально працювати знову утворилися вершинами. Цей процес руйнування вершин абразивного зерна і відновлення ріжучої здатності відбувається до тих пір, поки висота, на яку зерно виступає з зв'язки, не стане настільки незначною, що подальшого дроблення зерно не піддається, але в той же час зв'язка продовжує утримувати зерно. В результаті зерно перестає працювати і коло починає з великою силою тертися об оброблювану поверхню, викликаючи прижоги, тріщини і навіть руйнуючи вироби.
На знос кола впливають дифузійні і адгезійні процеси, що протікають в зоні контакту круга і вироби. Дифузія, т. Е. Проникнення частинок одного матеріалу в інший, збільшується з підвищенням температури і при тиску одного тіла на інше. Саме такі сприятливі для дифузії умови виникають на кордоні «коло - виріб». Тому частина абразиву дифундує, т. Е. Проникає в оброблювану поверхню вироби зі скла, а частина матеріалу вироби переноситься в коло. В результаті матеріал вироби налипає на абразивні зерна круга, який як би розділяє зерно, сприяючи руйнуванню раніше монолітного абразивного зерна. Дифузійний знос, супроводжуваний адгезійним, є найбільшим за величиною при обробці поверхонь хімічно споріднених з даними абразивом матеріалів, (абразив і скло силікатні матеріали).
Про затуплении кола судять по ряду ознак: посилюється шум при обробці, з'являється вібрація, зростає зусилля, яке необхідно прикласти до виробу при обробці погіршується якість кромки утвореного прорізу. Затупилися інструмент правлять.
Виправлення - відновлення заданої геометричної форми і ріжучої здатності робочої поверхні інструменту. Машинне час роботи абразивного інструменту з моменту установки на верстат нового або правленого інструменту, протягом якого він зберігає задані властивості, називається стійкістю інструменту.
Шліфувальні кола правлять трьома способами: обточують алмазним інструментом, обкатують p0i ликом і шліфують кругами з карбіду кремнію. У процесі редагування видаляється мінімальний шар відпрацьованих зерен абразивного матеріалу і зв'язку шліфувального круга.
Як алмазного інструменту застосовують алмазно-металеві олівці, алмазні зерна в оправах, пластини і ролики.
Мал. 3. Способи виправлення шліфувальних кіл: а - алмазним інструментом, б - роликом, в - шліфувальним кругом з карбіду кремнію
Ролики для редагування виготовляють з твердого сплаву або з зерен твердого сплаву на латунної зв'язці, а також з чорного карбіду кремнію на керамічній зв'язці. Шліфувальні кола використовують найбільш тверді - марок ВТ і ЧТ.
Виправлення алмазних кіл полягає у видаленні частини алмазоносного шару, що містить затуплені алмазні зерна, і формуванні нової ріжучої поверхні круга за рахунок оголення гострих зерен. У деяких випадках інструмент правлять, щоб усунути биття робочої поверхні круга. Після його закріплення на шпинделі верстата або надати робочій поверхні круга відповідну форму.
Найбільш поширені методи правки алмазних кіл засновані на впливі пов'язаного або вільного абразиву на ріжучу поверхню: шліфування абразивним кругом або брусками; притирання абразивним порошком на плиті; правка в процесі шліфування заготовок за рахунок того, що в зону різання підсипають абразивний порошок; абразивно-рідинна правка із застосуванням ультразвуку.
Плоскі робочі поверхні кіл АПВ. працюючих торцем при обробці країв сортового посуду правлять притиранням вільним абразивним зерном на чавунних або скляних плитах. Абразивні зерна, вільно пересуваються по поверхні алмазного круга, зношують зв'язку, що призводить до видалення затупившихся і оголення нових гострих зерен круга Щоб запобігти контакту алмазних зерен з плитою, зернистість порошку вибирають трохи більшу, ніж зернистість алмазного круга.
Найпоширеніший метод правки алмазних кіл - шліфування кругами. При цьому алмазний коло або залишають на шпинделі верстата, або знімають з верстата і закріплюють на оправці або в пристосуванні, які встановлюють на заточний верстаті. Метод шліфування зазвичай застосовують на заводах сортового посуду для редагування кіл з двостороннім конічним профілем АПП і А2П (рис. 4, а, б).
Мал. 4. Схеми правки методом шліфування алмазних кіл: а - АПП. б - А2П; 1 - правлячий коло, 2 - алмазний коло
При правці алмазного круга методом обкатки (рис. 5) правлячий коло обертається за рахунок контакту з алмазним кругом.
Мал. 5. Схема правки алмазних кіл методом обкатки: 1 - правлячий коло, 2 -алмазний коло АПП
Для редагування алмазних кіл на металевих зв'язках при змінюють кола з зеленого карбіду кремнію зернистістю 25 ... 40 твердістю см2-С2 на керамічній зв'язці.
Для редагування алмазних кіл також використовують електроерозійний метод. При електроерозійної правки алмазний коло з'єднується з позитивним, а правлячий (інструмент-електрод) -з негативним полюсом генератора імпульсів. Алмазний і правлячий кола поміщають в рідку діелектричну середу (наприклад, трансформаторне масло, гас). Між електродом і токо-яка проводить зв'язкою кола утворюються розряди. Під дією високої температури, що розвивається в зоні розряду, відбувається ерозія зв'язки. Алмазні круги для редагування встановлюють на електроіскрові прошивочно-ко-піровальние верстати, (ЛK3-183, Л КЗ-190, 4723, 4723М, ЧЕ723) або залишають на робочих верстатах, забезпечуючи їх додатковими пристосуваннями. Цим методом правлять і профилируют фасонні кола.
Мал. 6. Схема правки алмазних кіл електроерозійним методом:
1 - алмазний коло, 2 - діелектрична середа, 3 - графітовий ролик-С електрод, 4 - профілюючий різець з твердих сплавів
Як електроди застосовують графіт, мідь, бронзу, чавун. Найкращих результатів досягають, використовуючи електроди у вигляді ролика з електроерозійного графіту. Форма профілю на графітовому електроді відновлюється механічним твердосплавним різцем. При правці графітових електродів "повинен мати форму зворотного профілю круга з розмірами, зменшеними на величину електроіскрового зазору.
При електроерозійному методі правки інтенсивність знімання алмазоносного шару висока - до 500 мм 3 / хв. Цей метод правки забезпечує високу точність профілювання (в межах 10 ... 20 мкм). Ріжуча здатність алмазних кіл після правки електроерозійним методом в два-три рази вище, ніж після правки шліфуванням.