Навигация по таблицам
- Таблица концентрации алмазных и CBN кругов
- Таблица типов связок и их характеристик
- Таблица размеров зерна и применения
- Таблица совместимости материалов
- Таблица рабочих характеристик
Таблица концентрации алмазных и CBN кругов
| Концентрация | Карат/см³ | Карат/куб.дюйм | Плотность зерен | Применение | Скорость съема |
|---|---|---|---|---|---|
| 25 | 1.1 | 18 | Низкая | Мягкие материалы, чистовая обработка | Низкая |
| 50 | 2.2 | 36 | Средняя | Универсальное применение | Средняя |
| 75 | 3.3 | 54 | Высокая | Твердые материалы, получистовая | Высокая |
| 100 | 4.4 | 72 | Стандартная высокая | Черновая обработка твердых сталей | Очень высокая |
| 125 | 5.5 | 90 | Максимальная | Высоколегированные стали, быстрорез | Максимальная |
| 150 | 6.6 | 108 | Сверхвысокая | Специальные применения, жаропрочные сплавы | Максимальная |
Таблица типов связок и их характеристик
| Тип связки | Максимальная температура | Стойкость к износу | Самозатачивание | Скорость обработки | Возможность правки |
|---|---|---|---|---|---|
| Смоляная (Resin) | 180-250°C | Средняя | Отличное | Высокая | Ограниченная |
| Металлическая (Metal) | 400-600°C | Очень высокая | Низкое | Средняя | Да |
| Керамическая (Vitrified) | 800-1000°C | Высокая | Хорошее | Высокая | Да |
| Гальваническая (Electroplated) | 150-200°C | Низкая | Отсутствует | Очень высокая | Нет |
| Полиимидная | 300-400°C | Высокая | Хорошее | Высокая | Ограниченная |
Таблица размеров зерна и применения
| Размер зерна | Микроны (мкм) | Тип обработки | Шероховатость Ra, мкм | Рекомендуемые материалы |
|---|---|---|---|---|
| 40/50 | 300-425 | Грубая черновая | 12-25 | Литые заготовки, поковки |
| 80/100 | 150-180 | Черновая | 6-12 | Инструментальные стали, HSS |
| 120/140 | 106-125 | Получистовая | 3-6 | Закаленные стали, подшипниковые стали |
| 200/230 | 63-75 | Чистовая | 1.5-3 | Быстрорежущие стали, твердые сплавы |
| 400/500 | 25-40 | Тонкая чистовая | 0.5-1.5 | Прецизионные детали, оптика |
| 800/1000 | 15-20 | Полировка | 0.1-0.5 | Зеркальная обработка, керамика |
Таблица совместимости материалов
| Материал обработки | Рекомендуемый абразив | Концентрация | Связка | Особенности обработки |
|---|---|---|---|---|
| Быстрорежущая сталь (HSS) | CBN | 75-125 | Керамическая, Смоляная | Высокая температуростойкость |
| Закаленные стали | CBN | 100-150 | Керамическая | Отличная теплопроводность |
| Твердые сплавы | Алмаз | 75-100 | Смоляная, Металлическая | Предотвращение сколов |
| Керамика | Алмаз | 50-75 | Смоляная | Минимальные усилия резания |
| Стекло | Алмаз | 25-50 | Смоляная | Охлаждение обязательно |
| Жаропрочные сплавы | CBN | 125-150 | Керамическая | Высокие температуры обработки |
Таблица рабочих характеристик
| Параметр | Алмазные круги | CBN круги | Единицы измерения | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Твердость | 10000 (по Викерсу) | 4000-5000 | HV | Алмаз самый твердый |
| Теплопроводность | 2000 | 1300 | Вт/(м·К) | Отвод тепла от зоны резания |
| Максимальная рабочая температура | 700 | 1300 | °C | CBN более термостойкий |
| Скорость резания | 20-60 | 30-80 | м/с | Зависит от материала |
| Стойкость инструмента | 100-500 | 200-800 | часов | В зависимости от условий |
| G-ratio (съем/износ) | 1000-5000 | 2000-10000 | безразмерный | Эффективность обработки |
Оглавление статьи
- Основы алмазных и CBN абразивных кругов
- Концентрация абразивных зерен и её влияние на производительность
- Типы связок и их технические характеристики
- Размеры зерна и их применение в различных операциях
- Выбор оптимальных параметров кругов для конкретных материалов
- Современные технологии производства и контроля качества
- Эксплуатация и обслуживание суперабразивных кругов
- Часто задаваемые вопросы
Основы алмазных и CBN абразивных кругов
Суперабразивные круги на основе алмаза и кубического нитрида бора (CBN) представляют собой революционную технологию в области прецизионной обработки материалов. Эти инструменты состоят из трех основных компонентов: абразивные зерна, связующий материал (связка) и поры, при этом пять ключевых факторов определяют их производительность: тип абразивного зерна, размер зерна, степень связывания, концентрация и тип связки.
Алмазные круги изготавливаются из синтетических алмазов, которые являются чрезвычайно твердыми и долговечными, обладают превосходной режущей способностью и способны шлифовать твердые материалы, такие как твердые сплавы, стекло и керамику. Однако алмазные круги не подходят для шлифования черных металлов, поскольку углерод в алмазе реагирует с железом при высоких температурах, вызывая быстрое разрушение алмаза.
CBN круги изготавливаются из кубического нитрида бора, синтетического материала, который по твердости уступает только алмазу. CBN круги особенно эффективны при шлифовании черных материалов, таких как закаленные стали и чугун. В отличие от алмаза, CBN не реагирует с железом при высоких температурах, что позволяет кругу сохранять остроту и долговечность.
Практический пример выбора абразива
При обработке режущего инструмента из быстрорежущей стали HSS следует выбирать CBN круги с керамической связкой концентрации 100-125. Это обеспечит оптимальное соотношение производительности и качества поверхности при температуре обработки до 800°C.
Концентрация абразивных зерен и её влияние на производительность
Концентрация абразивных зерен является критическим параметром, определяющим эффективность шлифовального круга. Концентрация показывает содержание алмазных или CBN абразивных зерен в абразивном слое, где "4.4 куб.см/см³ = степень концентрации 100" определяется как стандарт, обычно используемый в диапазоне от 20 до 200.
Расчет концентрации абразива
Базовая формула:
Концентрация 100 = 4.4 карата/см³ = 72 карата/куб.дюйм
Пример расчета для концентрации 75:
Концентрация 75 = 4.4 × 0.75 = 3.3 карата/см³ = 54 карата/куб.дюйм
Более высокая концентрация фокусирует больше силы на каждой частице, заставляя их изнашиваться быстрее, в то время как высокое соотношение концентрации обеспечивает более эффективное шлифование. При выборе концентрации необходимо учитывать твердость обрабатываемого материала: для мягких материалов предпочтительна низкая концентрация, для твердых сталей - высокая.
Важно: Концентрация 100 содержит 72 карата суперабразива на кубический дюйм связующей области, концентрация 75 - 54 карата на кубический дюйм, концентрация 50 - 36 карат на кубический дюйм, а концентрация 25 - 18 карат на кубический дюйм.
Типы связок и их технические характеристики
Выбор типа связки определяет рабочие характеристики суперабразивного круга. Четыре наиболее распространенные системы связывания, используемые в суперабразивных шлифовальных кругах CBN: смоляная, стеклокерамическая, металлическая и гальваническая.
Смоляная связка (Resin Bond)
Смоляные круги популярны благодаря своей гибкости и адаптируемости, используют связку на основе смолы для удержания абразивных зерен на месте. Из доступных органических связок смола лучше всего поглощает удары, а при сочетании зерен CBN со смоляной связкой получается круг, способный удалять большие объемы материала за один проход.
Керамическая связка (Vitrified Bond)
Керамические круги CBN в целом предлагают баланс прочности и гибкости, обеспечивая более надежную систему связывания по сравнению со смоляными связками. Керамическую связку следует рассматривать, если вода, масло или кислота будут контактировать с кругом, поскольку эти материалы оказывают очень незначительное влияние на этот тип связки.
Металлическая связка (Metal Bond)
Металлические связки обеспечивают максимальную стойкость к износу и удержание зерна. Они изготавливаются методом порошковой металлургии с использованием медных, оловянных, железных и кобальтовых порошков. Металлические круги оптимальны для длительных операций с высокими требованиями к точности.
Гальваническая связка (Electroplated Bond)
Гальваническая связка легко позволяет изготавливать CBN круги сложных форм и формовать шлифовальные круги. Эти круги обеспечивают максимальную скорость обработки, но имеют ограниченный ресурс и не подлежат правке.
Размеры зерна и их применение в различных операциях
Размер зерна - это размер алмазных/CBN абразивных зерен (диаметр зерна), классифицированный согласно действующему стандарту JIS B 4130 (Япония), который остается основным международным стандартом для суперабразивных материалов. Стандартизация абразивных зерен в традиционных российских ГОСТах ограничена размером до # 325, поскольку ГОСТ Р 52381-2005 не распространяется на алмазные и CBN материалы.
Размер абразивного зерна играет жизненно важную роль в определении скорости удаления металла и качества обработки поверхности. Грубые зерна CBN повышают возможности удаления материала, одновременно снижая скорость износа круга, но обычно приводят к более грубой обработке поверхности.
Практический пример замены кругов
При замене круга из оксида алюминия на CBN круг размер абразивного зерна может быть уменьшен до трех размеров без ущерба для скорости удаления металла. Например, круг из оксида алюминия зернистостью 46 может быть заменен на CBN круг зернистостью 100.
Выбор оптимальных параметров кругов для конкретных материалов
Правильный выбор параметров суперабразивного круга требует комплексного анализа обрабатываемого материала, требуемого качества поверхности и производительности операции. Выбор между алмазными и CBN кругами зависит от конкретного обрабатываемого материала и желаемого результата шлифования.
Обработка черных металлов
CBN не вступает в химическую реакцию с железом, что позволяет CBN удалять больше материала и служить дольше алмазов при шлифовании большинства твердых металлов. CBN также превосходит алмазы для шлифования твердых металлов, поскольку имеет исключительную теплопроводность (1300 Вт/(м·К)) и может выдерживать температуры до 1300-1500 градусов Цельсия без потери режущих свойств.
Обработка неметаллических материалов
Алмазные круги превосходят в шлифовании твердых и хрупких материалов, таких как твердые сплавы, стекло и керамика, предлагая превосходную режущую способность и производя тонкую обработку поверхности.
Расчет параметров обработки
Формула G-ratio (коэффициент шлифования):
G-ratio = Объем удаленного материала / Объем износа круга
Пример: Для CBN круга при обработке HSS: G-ratio = 5000-8000
Это означает, что на 1 мм³ износа круга удаляется 5000-8000 мм³ материала.
Современные технологии производства и контроля качества
Современные суперабразивные круги производятся с использованием передовых технологий, обеспечивающих высокую точность и воспроизводимость характеристик. Процесс изготовления керамических кругов CBN включает несколько критических этапов: правильное количество порошкообразного стеклокерамического материала, известного как фритта, смешивается с желаемым типом, весом и размером зерна CBN абразива.
Контроль концентрации абразива
Концентрация алмаза измеряется на основе объема алмаза в сечении инструмента, обычно определяется как концентрация 100, что соответствует 4.4 каратам на кубический сантиметр алмазного слоя. Современные системы контроля позволяют поддерживать отклонение концентрации в пределах ±2%.
Инновационные технологии связок
Передовые формулированные открытые алмазные связки обеспечивают минимальные сколы, быстрое резание, постоянную скорость резания, минимальный шум резания и, что наиболее важно, стабильную производительность.
Инновация: Алмазы или кристаллы CBN активируются только на открытом слое. По мере износа слоя связующей матрицы алмазы в новом слое связующей матрицы немедленно активируются, заменяя уже использованный алмазный слой.
Эксплуатация и обслуживание суперабразивных кругов
Правильная эксплуатация и обслуживание суперабразивных кругов критически важны для достижения максимальной производительности и срока службы инструмента. При использовании CBN кругов важно применять соответствующие условия шлифования, а также необходимы регулярные проверки и замена для устранения износа и повреждений CBN абразивов и базового материала.
Правка и восстановление кругов
Наибольшим преимуществом керамической связки является то, что её можно переправлять и повторно использовать при износе, что может сэкономить много денег, поскольку не нужно постоянно заменять круги.
Системы охлаждения
Охлаждающая жидкость является одной из наиболее упускаемых из виду переменных в общем процессе обработки алмазными или CBN инструментами. Эффективное и правильное использование охлаждающей жидкости окупается за счет улучшенной обработки поверхности.
Практические рекомендации по эксплуатации
Для достижения оптимальных результатов при работе с CBN кругами рекомендуется:
• Поддерживать скорость резания в диапазоне 30-80 м/с в зависимости от материала
• Использовать обильное охлаждение водорастворимыми СОЖ
• Проводить правку круга каждые 50-100 деталей для поддержания остроты
• Контролировать вибрации и биение шпинделя (не более 2 мкм)
Часто задаваемые вопросы
Для начинающих рекомендуется концентрация 75-100. Концентрация 75 (3.3 карата/см³) обеспечивает хороший баланс между производительностью и стойкостью, позволяя освоить технологию без риска быстрого износа дорогостоящего инструмента. Концентрация 100 (4.4 карата/см³) является универсальной и подходит для большинства применений.
Основные различия: алмазные круги предназначены для неметаллических материалов (керамика, стекло, твердые сплавы), CBN круги - для черных металлов (стали, чугуны). Алмаз твердже (10000 HV против 4000-5000 HV у CBN), но CBN термостойче (до 1300°C против 700°C у алмаза) и не реагирует с железом при высоких температурах.
For высокопроизводительного шлифования рекомендуется смоляная связка для черновых операций (высокая скорость съема материала, хорошее самозатачивание) или керамическая связка для универсального применения (баланс производительности и точности, возможность правки). Гальваническая связка обеспечивает максимальную скорость, но не подлежит правке.
Размер зерна выбирается исходя из требуемой шероховатости: для Ra 12-25 мкм используйте 40/50 зерно, для Ra 6-12 мкм - 80/100, для Ra 3-6 мкм - 120/140, для Ra 1.5-3 мкм - 200/230, для Ra 0.5-1.5 мкм - 400/500. Крупное зерно обеспечивает высокую производительность, мелкое - качество поверхности.
CBN круги можно использовать для цветных металлов, но это экономически нецелесообразно. Для алюминия, меди, латуни эффективнее использовать обычные абразивы (электрокорунд, карбид кремния) или алмазные круги в случае высоких требований к качеству поверхности. CBN оптимален именно для черных металлов и жаропрочных сплавов.
Храните круги в вертикальном положении на специальных стеллажах, избегайте контакта между кругами. Температура хранения: 15-25°C, влажность не более 60%. Избегайте резких температурных перепадов. Смоляные круги особенно чувствительны к влаге и высоким температурам. Используйте защитные чехлы для предотвращения сколов рабочей поверхности.
Быстрое затупление может быть вызвано: неправильной концентрацией (слишком низкой для твердого материала), неподходящей связкой (слишком мягкой), недостаточным охлаждением, неправильными режимами резания (слишком высокие подачи), засаливанием круга стружкой. Проверьте соответствие параметров круга обрабатываемому материалу и оптимизируйте режимы обработки.
Хороший G-ratio для CBN кругов составляет 2000-10000 в зависимости от применения. Для черновой обработки закаленных сталей - 3000-5000, для чистовой обработки HSS - 5000-8000, для прецизионного шлифования подшипниковых сталей - 8000-10000. G-ratio ниже 1000 указывает на проблемы с выбором круга или режимами обработки.
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и не является технической документацией или руководством по эксплуатации. Перед использованием суперабразивных кругов обязательно ознакомьтесь с технической документацией производителя и соблюдайте требования безопасности. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения информации из данной статьи.
Источники информации
• Техническая документация производителей суперабразивных инструментов (UKAM, Eagle Superabrasives, Norton Abrasives)
• Стандарты JIS B 4130 по классификации абразивных материалов
• Исследования в области технологии шлифования (2024-2025)
• Каталоги ведущих производителей алмазных и CBN кругов
• Справочники по обработке металлов резанием
