> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Шлифование

Шлифование

Шлифование, обработка поверхностей материалов посредством сдирания мельчайших стружек быстро движущимися острыми зубцами из очень твердых минеральных веществ (абразивных, то есть точильных), соединенных особым цементирующим веществом в одно целое тело, называемое шлифовальным нли точильным кругом (о III. драгоценных камней см. гранение, XVI, 447/48).

Имеются следующие виды Ш.: заточка, то есть заострение притупившихся режущих инструментов; собственно Ш., то есть удаление лишнего слоя материала для окончательной отделки изделия (вместо ручной отделки зубилом и напильником); полирование, то есть последняя ciyneHb обработки о целью придания поверхности изделий блестящего полированноговнда; притирка, то есть очень точная окончательная отдел та и а дели Й по размеру, а также поверхностей совместно работающих, пригнанных или скользящих друг по другу.

Развитие ГП. и производства точильпых камней шло параллельно с развитием металлообработки. Заводы, выпускающие сотни т. всевозможных отливок или покозок с твердой закаленной коркой, требующих снятия с себя заусениц и неровностей, не могли бы теперь справиться с обработкой их только посредством молотка и вубила с подпилком. Шлифоватьпый, или точильный круг представляет совокупность этих инструментов, то есть массивный а грегат мельчайших режущих инструментов,связанных между собою так, что при высокой скорости их движения получается возможность быстрого и выгодного удаления болiтого количества металла. Потребовались долгие годы тщательного изучения абразивных веществ, цементов, рецептов и условий изготовления, прессования и обжига, а также многих других факторов, влияющих па свойства точильных кругов, чтобы получить в результате инструмент превосходного качества, требующий большого инженерного искусства.

Разнообразно шлифовальной работы предъявляет разные требования в составу точильных кругов: к величине режущих верен и твердости абразивного вещества, а также вязкости связующего их в одно целое цементирующего вещества.

Выбор абразивного вещества, помимо коммерческих соображений, почти исключительно зависит от характера обрабатываемого материала. Точильные круги делаются в разнообразных комбинациях по величине зерпа и степени твердости. Величина зерна измеряется цифрами, выражающими число отверстий га линейный дюйм сита или сетки, через которую просеивается абразивное вещество. Степень твердости обозначается буквами (латинскими) от Р до W, причем первые буквы алфавита обозначают мягкие круги, а последние буквы—самые твердые. Определение степени твердости круга, то есть относительная мера связности, с которой частицы зерпа сдерживаются связующим пемент< м, до этих пор еще твердо пеустановлсно, ибо, кроме состава связывающего в ! сства, большое значение имеет давленi е, под которым оно спрессовано, температура обжига, расположение кругов в пространстве печи и так далее Круги изготовляются от настолько мягких, что свободно растираются пальцами, до настолько твердых. что требуются специальные инструменты и приборы для их обточки и выверки (алмаз). Различают две основных группы абразивных материалов:

1) алюминиевая группа, включающая наждак, корунд, алупд, алоксит и тому подобное.; 2) группа карбидов кремния, включающая кристолон, карборунд и тому подобное. искусственные абразивные материалы. Алюминиевая группа абразивных веществ имеет наибольшее применение.

Алмаз (смотрите) является самым твердым и наиболее дорогим и в абрвзпвны. веществ, обладающих наибольшей режущей способностью. Применяется в виде пыли для Ш. и полировки твердых м; терн а лов: «текла (op. XXI, прнл. зеркала, 8), драгоценных камней и тому подобное.

Наждак (смотрите) является важнейшей естественной кристаллизованной окисью алюминия. Твердость его по шкале Мооса равна 6—8. Наждак иадпвна служил основным материалом для изготовления шлифовальных кругов, употребляемых на станках, отличается непостоянством в качестве, весьма нечист, содержит много окиси железа и только 60—65°/о кристаллической окиси алюминия, к угор ая и является прямой мерой точильных качеств этого материала. Наждак служит для приготовления различных шлифовальных кругов для III., заточки и полировки. Наждачный порошок, смешанный с маслом и жаром, наносится или наклеивается па полотно (шкурка), кожу, войлок, па лиски из красной меди, дерева, кожи, войлока, а также на медные, свинцовые, стальные, чугунные и деревянные оправки.

Корунд (ем.) встречается в естеетвеппом виде, это самый твердый после алмаза минерал в природе, твердостью, по шпале Мооса, fi-SVa. Корунд с одер.

жпг до 95°,о окиси атюминпя, поэтому при работе действует лучше наждака и не выделяет много тепла; он добывается в Каролине, Канаде, на Мадагаскаре и в Индии, однако запасы корунда в этих местонахождениях ограничены, качество недостаточно равномерно. Лучшие круги для в&точкн режущих инструментов с многими зубцами изгою-вляются »з корунда, содержащего более 90°/с кристаллизованного глинозема.

Кварц (смотрите) представляет собой окись кремния, твердостью 6—7, применяется в сыпучем состоянии (как ш сок) в шлифовальных барабанах, или пакл н-вается на бумагу в виде размолотого кремня, или кусками в виде песчаника, точильного камня и оселков. Песчаник сантиметров ), очень мягок и быстро расцарапывается обрабатываемыми изделиями, в особенности при мокром точении. Точильные камни из песчаника диаметром до 4-х м (белый баварским и К| аспый эльзасский песчаник), примеряются для затачивания резцов, ножей и тому подобное. Естественные камни хорошего качества попадаются редко, вредно влияют: неравномерность зерен, жнты, прослойки и песчаные гнезда. Искусственные песчаники изготовляются из смеси 65 частей речного песка и 45 частей ьвасцов; смесь разливается в формы с сердечником деревянным или чугунным в центре для закрепления на оси. Эти камни применяются только для сухого Ш., а не для мокрого, вследствие растворимости квасцов.

Искусственные абразивные вещества представляют большое преимущество геред естественными большей твердостью, вязкостью и чистотой. Качество их зависит от производства, а не от разницы природных условий.

Алунд представляет продукт сплавления и ра.фипп-ровки в электрической пламенной иечи естественного миверала боксита {см.), т. е. водной ок»еп алюмпппл, почти чистой (98-99°/о). Готовый искусственный абразивный материал чище наждака и корунда, более однообразен, имеет характерные особенности, отсутствующие у естественных продуктов, и получается в неистощимых запасах. Готовый материал имеет рпвлпчные наименования: электрокорунд, абразит, аловальд, алоксит, алунд, корафин, коралунд, корунд, кристалит, диалумит, диаманин, дюраль, дурабит, электрит, элсктропирит, электрорубин, гелиокорунд, гслиозик, катит, новодиамантин, пара-лунд, iupyCuH, ее)чаль. Меньшее содержание гличо-зеиа в корубине и темпиритс. По термитному способу, а не в электрических печах, получаются в фо;«ме шлака с 70—9о°/о глинозема, как побочный продукт при добывании хрома, след, вещества: кохолнт, дун а ми дбк, феаагит. тиролит они применяются, гл. обр., для наклеивания и изготовления искусственных оселков Применяются электрокоруп-ды: светлый, с 90 — 96°,о, для шлифовальных перв >-классных кругов, и черный электрокорунд с &-°/и, в форме зерен для наклейки: почти химии“ ски чистый розовый элекгрокорунд с 97—99°/о глинозема очень дорог и применяется в специальных случаях для изготовления ire бол ьп их кружков при Ш. внутри отверстий. Примеси: окись титана, окись железа и кремневая кислота- Твердость по дсоятибальной шкале 9-9!£. Большое преимущество искусственных, веществ алюмнневой группы то, что при известной обработке, во время производства их, можно получить различные физические свойства со стороны упругости и вязкости. Алунд делается достаточно вязким для некоторых целей, а белый алунд. представляющий материал большой хрупкости и твердости, изготовляется для шлифовальных работ, требующих большой остроты зерен.

Карбид кремния (смотрите карбиды) — искусственный шлифовальный материал, состоящий из соединения углерода с кремнием. Изготовляется искусственно и плавплыой электрической иечи, в Которой сплавляется действием электрического тока в течение 24—26 час., при температуре около 2.600°—8.000° Ц., однообразная смесь тщательно просеянного кокса, стекла, песку, поваренной соли и древесных или пробковых опилок для большей пориотости массы. Полученный таким образом кристаллический карборунд дробится машинами па куски, которые промываются в течение песколькнх дней в разбавленной серной кислоте и сортируются по величине. Готовый материал имеет в продаже следующие названия: карборунд (смотрите), карбосилит, карболит, кри-столон, карлорит, силилит и так далее Степень твердости равна 9,6—9,75. Группа карбидов кремния по дает такой большой разницы в качестве, так как изготовление этого материала всецело зависит от искусственного процесса, который при обычных условиях протекает совершенно одинаково и разница и качестве окончательного продукта зависит более от искусства оператора, чем от самих материалов, гл. обр. кокса и песка, в известных пропорциях сплавляемых электричеством. Их характеризуют большая твердость, приближающаяся к твердости алмаза, и сравнительно большая хрупкость, легкое изламывание при ударе, в противоположность алупду, который комбинирует известную упругость с большей твердостью.

С усовершенствованием производства шлифовальных веществ развивалось изучение их свойств, методы их испытания и применения. Искусственные вещества группы окиси алюминия и карбида кремния, обладая в отдельности отличительными свойствами, употребляются для совершенно определенных целей. Карбид кремния применяется, гл. обр., для III. материалов малой крепости и с небольшим удлинением, каковы: чугун (твердый и серый), эбонит, уголь для электротехнических целей, драгоценные камни, перламутр, стекло, кооти, фарфор, кожа, вулканизированная фибра, дерево и т.д. Окись алюминия о большой выгодой применяется для Ш. болео вязких материалов: закаленной и незакаленной стали, стальных сдлпвок и так далее Перла карборунда тверже, острее и многочисленнее, но менее вязки и более ломки, чем верпа алун-да. Поэтому зерна карборунда надламываются при обраоотке твердых и вязких материалов, круг становится тупым, и расход энергии ставка сильно повышается. Наждак и алупд выкрашиваются при обработке этих материалов меньше, зерна алунда имеют большое число поверхностей и сохраняют свою ш и и ф ую шуюсравнению с карборундом, материалом большей твердости и такой же однородности и чистоты зерен,—от большей хрупкости последнего, почему зерна отламываются, а не сдирают металл. 11а>бо-пот, весьма твердое зерпо карбида кремния хорошо берет материалы низкой крепости и вязкости, так как вследствие большей твердости он притупляется мало, вязкость его достаточна для предохранения от преждевременного выкрашивания. Диаграмма 2 результатов III. чугуна показывает, что алунд работает лучше только до известного времени, после

чего уже карборунд более производителен, вероятно потому, что карборундовое зерно достаточно упругое, противостоит сравнительно легкой работе резания металла малой крепости. Зерно алунда слишком вязко, оно сначала режет хорошо, а потом тупится, стирает металл, а не ржет, и потому требует больше энергии и производит больший нагрев,

Закален, стали, специяльн. стали. .

1 1 у

У леродног.стали с сод.угл. 1.00,1,25%

Сгаль содерж. углерод 0,6 до 1%. .

£/

Маргалц. бронза, мягк. углер. сталь .

гТ

Сталь содерж. углер. 0,25—0.5%. . .

СУ

Латунные прутки

ге.

Сталь содерж. углер. 0,1 0,25; сталь отчпв., сварочное железо

Ковкий чугун, а момнн. от.ти.воереб >о

>7.

Катапнан красная медь

Бронзовые тливки

Желтая медь, белый металл

Медные отлив, круп и. чугун, отлип

Т-

К V

Среди, и мелк. отлив, серого чугуна

Цинк

Олово. . .

Продуитивнооть Q юо

Чертёж 3.

Чертёж 1.

способность. Диаграмма 1 показывает результаты испытания шлифовального станка о электромотором при работе па пн трументальпой стали с содержанием углерода 0,25°,о- Преимущество алунда по меньшему расходу энергии перед наждаком зависит от большей чистоты и однородности зерен алунда, а покоторый скатывает стружки в зернышки. Диаграмма 3 продуктивности различных абразивные веществ при обработке различных материалов дао г возможность надлежащего подбора абразивных материалов.

Выбор зерна и твердости обусловливается продуктивностью рабоы и изнашиванием круга, что непосредственно измеряется величиною зерен и связностью их между собою. Последнее зависит от связующего цемента. Назначение цементирующего вещества не только вязывагь режущие зерна, но и давать кругу достаточную крепость при большой скорости вращения и прочность при работе. Круг может быть слишком тверд или мягок, то есть цемент птн держит зерна слишком долго так, что они тупятся и круг работает непродуктивно, или, в случае мягкого круга, цемент держит зерно не крепко, оно выкрашивнетсе, и круг быстр > истирается. Факторы, вл якицне на выбор цементирующего вещества, таковы: 1) скорость круга — наиболее важный фактор, обусловливающий твердость и прочность цементн-

Гующего вещества: круг при скорости на окружности в 1.G00 м в минуту имеет другое сопротивление, чем при окороетн 1.800 м в минуту. Если обрабатываемое изделие тоже вращается, то чем больше его скорость, тем тверже должен быть круг. Т. о., скорость вращения шлифующего круга и самого изделия необходимо принять во внимание особенно при механическом, а не ручном Ш.; 2) особенности конструктивного устройства шлифовального станка, его массивность и устойчивость па фундаменте. Станки могут иметь неподвижно закрепленную прочную станину или по внжную раму, или же обойму ручную на гибком валу. Изношенность подшипников, плохая пригонка шпинделя, укрепление шлифовального круга и его балансировка могут производить дрожание круга и выбивание зерен. Внезапное соприкосновение быстро вращающегося круга с обрабатываемым изделием, сопровождаемое ударом и внезапным неравномерным нагревом, иногда вызывает катастрофические разрывы шлифовальных кругов, почему такие станки всегда должны пметь предохранительные защит: ые чехлы и искусственное высасывание едкой наждачной пыли, приносящей большой вред здоровью работающих (смотрите профессиональные болезни, XXXIII, 601/02); 3) способ работы, — грубой обдирочной или тщательной отделочпой. Тяжелые предметы, сильно прижимаемые в работе к кругу, заставляют вибрировать станок и требуют очень твердых кругов; небольшие изделия, осторожно и слабо прижимаемые к кругу, требуют более мягкого круга; 4) внимательность рабочего к работе, а также мет д установки работы, надзор за состоянием круга, частая обсечка круга резцом иля алмазом для выверки и балансировка, особенно при точной работе; б) величина контакта между кругом и обрабатываемым изделием: острые бортики, просечки и канавки или наборные круга из отдельных шлифовальных секторов, шайб и так далее, собранных в металлическую обойму, облегчают обдирку более твердого металла, а широкий мягкий круг при контакте с изделием должен позволять зернам немного сдавать и выкрашиваться, чтобы круг не замазывался или засаливался с поверхности; в) характер металла твердого или мягкого, вязкого или хрупкого, совместно с величиной контакта между кругом и изделием,определяет величину зерен и твердость круга. Обычно приходится пробовать разтичные круги, чтобы прнтти к надлежащему выбору. Вообще твердые металлы хорошо обрабатываются карборундом, а вязкое металлы — алундом. Твердые металлы при широком круге лучше берутся слегка мягким кругом. Степень обработки изделия влияет на выбор зерен абразивного вещества. Для обдирки грубых, тяжелых отливок, где необходимо снять корку в кратчайшее время, а точность обработки отонт на втором месте, применяют круг из крупных зерен, № 10, 12 или 14, которые выбирают крупную стружку; для Ш. небольших изделий, тонких и узорных, для последующего ни кодирования этих шлифованных поверхностей, необходимо весьма гладкое Ш. и берется мелкое зерпо, J4 24, 30, 36. Величина зепенвлияст на работу круга в связи ствердостьго и изнашиванием его. Например, если круг марки 16U слегка тверд, то лучше заменить его маркой 14U более nopuOTo.i структуры, который при тех же условиях работает намного мягче. Окружная скорость круга имеет большое звачение дли работы. Поддержание определенной большей скорости дает необходимую продуктивность раб .ты круга. Круг диаметром 450 миллиметров при 1.280 оборотах в минуту имеет скорость на окружности около 1.800 м в мин.; диаметром 375 миллиметров, при том же числе оборотов—скорость 1.500 м в мин.: диаметром 300 миллиметров—скорость 1.200 м в мин. Скорость прямо пропорциональна диаметру круга. Если круг износился до 6-й части его начального диаметра, то и скорость его уменьшится до шестой части первоначальной. Круг, действуя на подставленный металл, производит работу и затрачивает энергию, которая подводится извне к шпинделю круга и затрачивается на преодоление сопротивления при резании обрабатываемого металла абразивными зернами круга, снимающими частицы ые-таллапо пути движения зереп, причем сопротивление металла изнашивает зерна, выламывает их или,

затупив их, увеличившееся сопротивление выламывает из цемента и обнажает свежие острые вчрщ, которые продолжают работу Ш. Вое эго требует затраты анергии па каждое зерно, производящее работу. Энергия пропорциональна квадрату скорости, с которой движется режущее зерно, поэтому производительность работы уменьшается скорое при уменьшении скорости круга. Это объясняет, почему круг уменьшает свою продуктивность о уменьшением диаметра и кажетоя мягче.

Для связи зерен абразивного вещества применяются самые разнообразные материалы следующих трех групп:

1) Керамические связывающие составы, то есть обожженные при высокой температуре; состоят из глины, каолина или полевого шпата в различных пропорциях, смотря по твердости. Сиесь из абразивного и связывающего материала замешивается в тестообразную массу, затрамбовывается или вливается в форму, подвергаемую давлению, оушке и обжигу в муфельных печках в течение 8—5 дней при температуре от 1.100° до 2.000°, причем состав становится стекловидным или фарфоровндным, и после медленного остывания обтачивается при помощи отельных шарошек или алмазов но размеру. Такого рода круги более пористы, обладают более легкой режущей способностью, равномерной твердостью, свободны от примесей, не боятся воды, масла и жара, но плохо сопротивляются ударам вследствие малой эластичности.

2) Растительные или эластичные клеевые цементирующие составы, изготовленные в пагретом состоянии из резоны или олифы, смолы, продуктов фенола, бакелита, шеллака, целлулоида, апетона. Из этих составов изготовляют преимущественно профильные и тонкие мелкозернистые круги. Эти круги по особенно чувствительны к ударам, эластичны, обладают большим сопротивлением на разрыв и из готовляются быстро; однако, они дороги, имеют мелкие поры, работают медленно, а при интенсивной работе сильно нагреваются, благодаря чему цементирующий состав становится клейким, задерживает снятые с изделия металлические чаотицы, засаливается и портит гладко отшлифованные поверхности. Твердость незначительна и ограничена по количеству степеней твердости. Применяется д1Я заточки пил, 111. зубцов шестерен и чистового 11J. валов.

3) Минеральные или силикатные связывающие составы, состоящие из силикатных соединений, растворимого отекла с окислами металла,сурельского цемента, магнезита и хлористого магния, дают соединения шлифовальных зерен в виде строительных растворов. Круги прессуются в формах, высушиваю юя на воздухе или обжигаются при температуре до 820° и обтачиваются по размеру. Они чувствительны к влажности, применяются тогда, когда при Ш. допускается минимальный нагр« в или когда требуется и алый износ круга или особая высокая полировка. Они не эластичны, мало пористы, не так тверды как круги обожжепые, уступают последним в режущей способности, не допускают большого рабочего давления на круг. Применяются для заточки мелких режущих инструментов (ножи, ножницы, фрезера, развертки, резцы).

Наиболее употребительные фирмы кругов: а) плоские диски, служащие для круглого внешнего и внутреннего III., для плоского Ш., для заточки простых инструментов; б) самые разнообразные профильные формы, употребляемые для ватчки специальных инструментов (германские нормы ДИН 181 — 185: чашечные, двойные чашечные, скошенные чашечные, конусные и так далее). Искусственные плоские точила, бруски и шлифовальные папильннкн изготовляются подобным же образом, как круги, из естественных и искусственных шлифовальных материалов, применяются для заточки стальпых резцов, для обработки твердых поверхностей стальных и чугунных штампов и режущих кожей.

Деревянные диски с кожаной обкладкой и наклеенным наждаком, карборундом или кремнем служат для грубой полировки изделий. Шлифующий материал наносится в виде песка на поверхность круга, намазанную горячим клеем. Кру; и из тюленьей кожи, покрытой наждачным или карборундовымпорошком по клею, прамевяются для Ш. фасонных изделий, ружейных частей, ножей и так далее; иронзподят грубое и тонкое Ш., а также полпрованне всякого рода металлических частей. Металлические горизонтально гли вертикально расположенные круги из красной меди, мягких оплавов, сурьмы или чугуна, в которые впресоовываетея или навальцовывается шлифовальный порошок с примесью жиров или других связующих веществ, применяются для точной притирки плоских измерительных калибров, инструментов и т.д. Металлические круги из черезвычайно твердой марганцовистой стали, со спиральной дорожкой от центра к периферии круга, служат, как шлифующий круг, для быстрой обработки плоскостей у изделий на специальных станках сиотемы Беслей. Круглые проволочные щетки, или крацовки, служат для чистки отливок, снятия окалины, оииоткн поверхностей неправильной формы, для получения матовых поверхностей. Проволоки из закаленной стали или латуни, 0,05 —0,45 миллиметров диаметром, вставляются пучками радиально в колодки из орехового или кленового дерева и сжимаются двумя фланцами. Щетки из щетины или фибры такой же конструкции уаотребляют-я для полирования частей неправильной формы мелким наж‘дачным порошком. Войлочные полировальные круги применяются для всех отепеней 111. и полирования металлов,стекла, мрамора и тг л. Имеются слабые, мягкие, твердые, среднетвердые, очень твордые к.угн. Грубые круги обтачиваются па станке, окрашиваются клеем, просушиваются. и зат-м наносится смесь из клея и наждака слоем в два-три миллиметров, а затем на круг наввльцовы-ваетоя наждачный порошок или наносится сало с полировальным порошком и полировальная паста. Матерчатые полировальные диски состоят пз дисков редкой, груцно-клетчатой ткани, посыпанной наждаком, смачиваемым клеем и глицерином. В зависимости от рода Ш. ткань спрессовывается более или минее густо, употребляются также бумажные или карт.е диски. Матерчатые круги из отдельпых спрессованных и ш прошитых слоев ткани киперпой, крапивной фланели или других материалов обсыпаются порошком или смазываются иастой из смесь крону ‘а, венской извести, к аспого полировального порошка, железистого шарранл, окиси железа или оилинатов, содержащих железо или глину, химически осажденной магнитной закиси железа, золы, олова, отмученн ого мела, треиела, пемзы, древесного угля и так далее в сухом виде или с примесью стеаринового масла, воска, сала, спирта и воды. Употребляется в самых различных отраслях промышленности для отделочной полировки всякого рода металлов.