Szlifowanie ściernicowe

Obróbka ścierna jest odmianą obróbki skrawaniem, w której usuwanie naddatku na ob­róbkę odbywa się narzędziami ściernymi lub za pomocą luźnych ziaren ściernych.

Szlifowanie jest jednym ze sposobów obróbki ściernej, polegającym na skrawaniu materiału ostrzami o nieokreślonej geometrii, utworzonymi przez krawędzie licznych i stochastycznie rozmieszczonych ziaren z naturalnego lub sztucznego materiału ściernego, które połączone ze sobą spoiwem tworzą tzw. „ściernicę”.

Specyficzne cechy szlifowania :

[] nieuporządkowane rozmieszczenie bardzo dużej liczby ziaren ściernych na pow. roboczej ściernicy,

[] nieciągłą krawędź skrawającą ściernicy,

[] nieregularny kształt ziaren ściernych oraz duże ujemne kąty natarcia ostrzy ziaren,

[] różną wysokość ostrzy ziaren ściernych na czynnej powierzchni ściernicy,

[] nieokreślony kształt przekroju warstwy skrawanej,

[] kruchość i zdolność pękania ziaren w płaszczyźnie łupliwości,

[] małe głębokości wcinania się ziaren ściernych w materiał obrabiany w porównaniu z ich średnimi wymiarami i duże prędkości obwodowe mikroskrawania, zapewniające usunięcie bardzo dużej ilości wiórów w jednostce czasu,

[] duże zużycie energii na usunięcie jednostki objętości materiału obrabianego.

W obróbce ściernej można wyróżnić:

obróbkę narzędziami spojonymi, takimi jak: ściernice, segmenty, krążki, taśmy i osełki, w których ziarna ścierne są związane ścierniwem,

obróbkę luźnym ścierniwem, w której używa się luźnych ziaren zawartych w pastach i płynach.

Podział sposobów obróbki ściernej :

Obróbka ścierna:

a) spojonym ścierniwem : [] szlifowanie ściernicowe, [] szlifowanie taśmowe, [] szlifowanie krążkami i taśmami listkowymi, [] gładzenie, [] dogładzanie oscylacyjne;

b) obróbka elektrochemiczno-ścierna

c) luźnym ścierniwem : [] docieranie, [] obróbka udarowo-ścierna, [] obróbka tłoczno-ścierna, [] obróbka rotacyjno-ścierna, [] obróbka wibracyjno-ścierna, [] obróbka magnetyczno-ścierna, []obróbka aerościerna, [] obróbka strumieniowo-ścierna, [] polerowanie ścierne;

Materiał ścierny - to substancja mineralna, której cząstki po jej rozdrobnieniu mają wysokie właściwości skrawne.

Ścierniwo jest to materiał ścierny rozdrobniony na ziarna określonej wielkości. Podczas rozdrabniania powstają nieregularne ziama ścierne o różnych formach geometrycznych, najczęściej o różnej budowie wewnętrznej i wytrzymałości, zróżnicowanej ostrości krawędzi i różnym zaokrągleniu wierzchołków.

Podział materiałów ściernych:

[] naturalne (krzemień, granat, korund, szmergiel i diament) - Ich własności są trudniejsze do kontroli i odtwarzania (mała wytrzymałość)

[] sztuczne (elektrokorund zwykły, półszlachetny i szla­chetny, elektrokorundy modyfikowane, węglik krzemu zielony i czarny, węglik boru, regular­ny azotek boru i diament syntetyczny) - Ich twardość i ciągliwość jest w dużym stopniu zależna od składu materiału ziarna.

Inny podział:

[] supertwarde - Diament naturalny i regularny azotek boru ,

[] konwencjonalne {klasyczne) - pozostałe ma­teriały ścierne (w tym sztuczne diamenty)

Ze wzgl na wielkość ziarna ściernego wyróżnia się:

[] ziarno [] i mikroziarno ścierne.

W celu oznaczenia wielkości ziarna i mikroziarna przyjęto jako wymiar charakterystyczny szerokość a najmniejszego opisanego na nim prostopadłościanu.

Zależność między długością l, szerokością a i wysokością h prostopadłościanu ma postać : h <= a <= l

Najbardziej odpowiedni kształt do wyrobu narzędzi ściernych spojonych ma ziarno speł­niające zal.: l / h <= 3

Spoiwo - to materiał łączący poszczególne ziarna ścierne w narzędziu ściernym. Trwałość tych połączeń zależy od powierzchni przekrojów mostków.

Podział spoiw: (nieorganiczne i organiczne)

[1] Spoiwa nieorganiczne, do których zalicza się spoiwa ceramiczne, spoiwa magnezytowe i krzemianowe oraz spoiwa metalowe spiekane i metalowe galwaniczne,

- Spoiwa ceramiczne - są mieszaninami składającymi się z rozdrobnionych materiałów: skalenia, kaolinu, glinek ogniotrwałych, kwarcu i stopionych składników szkliwa. Mają możliwość stopniowania twardości, wielką porowatość, duży współcz. sprężystości wzdłużnej, dużą odporność na nagrzewanie lecz są wrażliwe na zmiany temperatury i kruche.

- Spoiwo magnezytowe - składa się z mieszaniny magnezytu kaustycznego i chlorku magnezowego (cementu Sorela).

- Spoiwo krzemianowe - jest utworzone ze szkła wodnego z dodatkiem fluorokrzemianu so­dowego i substancji wypełniających. Ściernice te ulegają szybkiemu zu­życiu, umożliwiają jednak obróbkę przy niskiej temp. skrawania.

- Spoiwa metalowe znajdujące zastosowanie w produkcji ściernic diamentowych i z regu­larnego azotku boru wytwarza się metodami metalurgii proszków oraz metodą osadzania galwanicznego. Spoiwa metalowe stanowią różne kompozycje na osnowie miedzi, cyny, ni­klu, żelaza, aluminium i innych metali. Spoiwa te charakteryzują się dużą ciągliwością i wytrzymałością cieplną, odpornością na działanie olejów i wody oraz dużą wytrzymał. utwierdzenia ziaren ściernych.

[2] Spoiwa organiczne, do których należą spoiwa żywiczne naturalne, zwane też szelakowymi, spoiwa żywiczne sztuczne, spoiwa gumowe i spoiwa klejowe.

- Żywica naturalna rozpuszczona w spirytusie lub wodzie z domieszką akalii (bo­raksu, amoniaku itp.) jest po wyschnięciu hydrofobowa, obecnie jest jednak rzadko stosowana jako spoiwo.

- Spoiwa żywiczne sztuczne są to spoiwa o rosnącym zastosowaniu, zbudowane z jednej żywicy lub też różnych żywic sztucznych (z dodatkiem lub bez dodatku wypełniaczy). Najczęściej są stosowane utwardzalne żywice nowolakowe. Wykazują one odporność na obciążenia udarowe oraz wrażliwość na wyższe temperatury (zwiększa się ich zużycie).

- Spoiwo gumowe składa się głównie z kauczuku naturalnego lub syntetycznego zwulkanizowanego siarką. Stosuje się je do produkcji ściernic o dużych wymaganiach wytrzymałościowych na rozciąganie i zginanie. Charakteryzują się one małą wrażliw. na obciąż. udarowe, dużą sprężystością, zdolnością do chłodnego szlifow. i wrażliw. na przeciąż. cieplne.

- Spoiwa wzmocnione mechanicznie żywiczne i gumowe - elementem wzmacniającym może być siatka metalowa albo tka­nina z włókien naturalnych lub sztucznych (np. szklanych).

Wypełniacze

Do niektórych spoiw dodaje się substancje wypełniające, nazywane wypełniaczami. W przypadku ściernic konwencjonalnych o spoiwie żywicznym sztucznym są one niezbędne zapobiegają bowiem tworzeniu się pęcherzy i jam usadowych oraz mogą zwiększać ich wy­trzymałość na zginanie i wytrzymałość cieplną. Ponadto przy wypadaniu cząstek wypełniacza z powierzchni spoiwa powstają pory, co ułatwia gromadzenie i usuwanie odpadów powstających przy szlifowaniu. Do wypełniaczy zalicza się: rozdrobniony kryolit, mączkę kwarcową, wodorotlenek wapniowy, piryt, gips, tlenek żelaza cyrkonu i tytanu, siarczan amonowy i krzemian sodowy.

Twardość narzędzi ściernych

Twardość narzędzia ściernego spojonego określa się siłą potrzebną do wyrwania ziarna ściernego z otaczającego je spoiwa. Siła ta jest zależna od przyczepności spoiwa do ziarna i od wytrzymałości mostków spoiwa. Twardość ściernicy jest więc pojęciem odmiennym od twardości ścierniwa.

Twardość ściernic oznacza się symbolami literowymi w postaci dużych liter alfabetu ła­cińskiego, od A (nadzwyczaj miękkie) do Z (nadzwyczaj twarde).

Metody pomiaru twardości ściernic:

- pomiar twardości metodą piaskową, którą przeprowadza się za pomocą aparatu pia­skowego; miarą twardości jest wartość wgłębienia h w mm, utworzonego na po­wierzchni ściernicy pod działaniem strumienia piasku kwarcowego,

- pomiar twardości metodą wciskania kulki przeprowadzany aparatem Rockwella, określenie twardości metodą akustyczną przez wyznaczenie współczynnika sprężystości wzdłużnej E, który z kolei określa się przez pomiar podwójnego okresu drgań własnych. W procesie szlifowania ściernice pracujące z większymi prędkościami obwodowymi wykazują cechy ściernic twardszych. Zjawisko to określa się mianem twardości roboczej lub twardości dynamicznej.

Struktura ściernic

Objętościowe udziały poszczególnych składników (Vz - ścierniwa, Vs - spoiwa, Vo - po­rów) odniesione do całkowitej objętości narzędzia ściernego V, wyrażone w procentach, można określić za pomocą wzoru strukturalnego:

vz + vs + v0 = 100%

Strukturą ściernicy nazywa się liczbę określającą objętościowy udział ścierniwa Vz w całkowitej objętości narzędzia ściernego spojonego, wyrażony, w procentach. Polska Norma przewiduje 15 numerów struktur dla narzędzi ściernych od 0 do 14 - od struktury zwartej do otwartej.

Ściernice o strukturach nr 3 i 4 są stosowane przy dużych dociskach jednostkowych. Do szlifowania płaszczyzn i powierzchni walcowych zewnętrznych i wewnętrznych oraz do ostrzenia narzędzi stosowane są ściernice o strukturach nr 5 i 6. Ściernice o numerach struktur 7, 8 i 9 są stosowane do cięcia, szlifowania płaszczyzn czołową powierzchnią ściernicy oraz do ostrzenia narzędzi z płytkami z węglików spiekanych.

Ściernice o strukturach bardziej otwartych niż nr 14 noszą nazwę ściernic wielkoporowych. Ich struktury są oznaczone numerami 15, 16, 17 i 18. Ściernice wielkoporowe, ze względu na mniejszą ich masę, mogą pracować przy większych prędkościach obwodowych. Ponadto ze względu na duże i wolne przestrzenie wewnętrzne ściernice te wywołują podobne działanie jak praca pompy odśrodkowej, co zapewnia lepsze chłodzenie powierzchni szlifo­wanej cieczą chłodzącą płynącą przez ściernicę i doprowadzaną w pobliżu jej osi obrotu.

Koncentracja ścierniwa supertwardego (w przypadku diamentu)

Oznacza ilość ziarna ściernego z materiału supertwardego w warstwie ściernej narzędzia wyrażoną w kr/cm3 (1 kr = 0,2 g). Zgodnie z PN za podstawową wartość, wyrażającą 100% koncentracji ścierni­wa supertwardego, przyjęto 4,4 kr/cm3 warstwy diamentowej narzędzia i oznaczono ją liczbą 100. Odpowiada to udziałowi diamentu równemu 25% całkowitej objętości warstwy dia­mentowej.

W przypadku ściernic z regularnego azotku boru producenci określają koncentrację ziaren z regularnego azotku boru liczbą odpowiadającą najczęściej 10-krotnej wartości procentowe­go udziału objętościowego ścierniwa w całkowitej objętości warstwy wierzchniej.

Narzędzia ścierne spojone konwencjonalne

Rozróżnia się następujące grupy narzędzi ściernych spojonych, stosowanych do szlifowania:

- ściernice (T),

- segmenty ścierne (S).

Ściernicą nazywamy bryłę obrotową o ustalonym kształcie i wymiarach, w której ziarna ścierne są związane w sposób dostatecznie trwały za pomocą spoiwa.

Segmenty ścierne, które mocowane są na korpusie, tworzą ściernicę segmentową.

Podział ściernic:

- Ściernice płaskie - są przeznaczone do szlifowania ogólnego i szlifowania bezkłowego.

- Ściernice pierścieniowe - przeznaczone są do szlifowania płaszczyzn.

- Ściernice garnkowe - stosowane są do obróbki zgrubnej, szlifowania płaszczyzn oraz ostrzenia narzędzi.

- Ściernice talerzowe - przeznaczone są do ostrzenia narzędzi i szlifowania kół zębatych.

- Ściernice trzpieniowe - do szlif ręcznego wykańcz form, matryc i kształtowych przedmiotów hartowanych.

- Ściernice płaskie - stosowane są do przecinania, równania spoin i powierzchni oraz odcinania nadlewów.

Mocowanie ściernic (dwa sposoby):

- bezpośrednio przy użyciu odpowiednich tarcz dociskowych,

- za pomocą opraw.

Obciąganie ściernic

Ma na celu uzyskanie odpowiedniego profilu czynnej powierzchni ściernicy oraz przywrócenie jej zdolności skrawnych. Obciąganie - polega na uzdatnia­niu czynnej powierzchni ściernicy, obejmuje dwa zabiegi:

- Profilowanie czynnej powierzchni ściernicy wiąże się z geometrycznym kształtem odwzorowywanym przez nią na przedmiocie szlifowanym, np. dla ściernic do szlifowania gwintów, kół zębatych lub innych powierzchni kształtowych.

- Ostrzenie ściernicy ma na celu przywracanie zdolności skrawnych czynnej powierzchni przez wytworzenie nowych ostrzy na ziarnach ściernych wskutek wykruszenia lub rozłupy­wania stępionych ziaren i cząstek spoiwa oraz usuwanie zalepień.

---