/
Author: Несмелов А.Ф. Авдонина Н.А.
Tags: машиностроение механика инструменты технология машиностроения алмазные инструменты
Year: 1959
Text
Н. А. АВДОНИНА
ИНСТРУМЕНТЫ J
В МАШИНОСТРОЕНИИ 4
М А Ш Г И 3 \
chipmaker.ru
А. Ф. НЕСМЕЛОЕ и Н. А. АВДОНИНА
АЛМАЗНЫЕ
ИНСТРУМЕНТЫ
В МАШИНОСТРОЕНИИ
Chipmaker.ru
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1959
chipmaker.ru
В книге обобщаются отечественные и зарубежные материалы
по изготовлению и рациональному использованию алмазных
инструментов и их заменителей, применяющихся на машино-
строительных предприятиях. В данной работе описан накоп-
ленный опыт изготовления и использования алмазных инстру-
ментов для правки шлифовальных кругов, контроля твердости
материалов, резки листового стекла, волочения, обработки
твердых минералов и др.
Книга предназначена для мастеров, технологов, наладчиков
и работников инструментальных отделов машиностроительных
заводов.
Данная книга может служить также пособием для конструк-
торов, проектирую и их оборудование и приспособления, на ко-
торых будут использоваться алмазные инструменты.
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано Должно быть
61 13-я сверху ВНИЛАЗОМ ВН ИЛ АЛМАЗом
108 1-я снизу отделочные отдельные
152 2-я „ Порошок 270 Порошок — 270
170 20-я а = + 8° а +8°
177 7-6-я , инструментом при больших инструментом
площадях и глубинах реза- остается
ния остается
А. Ф. Несмелов и Н. А. Авдонина, зак. 345.
Рецензент инж. В. Н. Мокиенко
Редактор канд. техн, наук В. Д. Сильвестров
Редакция литературы по металлообработке и станкостроению
Зав. редакцией Р. Д. БЕЙЗЕЛЬМАН
ПРЕДИСЛОВИЕ
Применение алмазов в машиностроении, станкостроении, прибо-
ростроении, в электротехнической и радиотехнической промышлен-
ности и во многих других отраслях промышленности позволяет
в десятки раз повысить производительность труда и поднять эффек-
тивность использования оборудования и инструментов. Приведен-
ные в книге примеры показывают, какие имеются возможности
правильной эксплуатации различных алмазных инструментов, кото-
рые все шире будут применяться в важнейших отраслях промыш-
ленности благодаря открытию крупных месторождений алмазов
в Якутской АССР.
Однако не следует делать вывод, что алмазные инструменты
можно применять всюду, их следует применять лишь там, где они
могут обеспечить наибольшую эффективность по сравнению с дру-
гими материалами.
Недостаточное освещение в технической литературе вопросов
применения алмазных инструментов, а также и некоторых их заме-
нителей в ряде случаев вызывает необходимость проведения боль-
шого количества излишних экспериментов по выбору режимов
работы, геометрии и размеров инструмента и т. д.
Высокой эффективности использования алмазных инструментов
можно достигнуть лишь при рациональном применении их в про-
цессе эксплуатации. А так как потребление дорогостоящих алмазор
в виде различных инструментов с каждым годом будет возрастать,
внедрение в производство наиболее рациональных методов исполь-
зования этих инструментов — проблема весьма актуальная.
Наряду с вопросами изготовления и применения алмазных инст-
рументов в данной книге кратко рассматриваются также методы
добычи алмазов и проблема получения их искусственным способом.
Главы I, V и VIII написаны инж. Н. А. Авдониной, главы II, III,
IV, VI и VII — инж. А. Ф. Несмеловым.
chipmaker.ru
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АЛМАЗАХ
1. МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЛМАЗОВ
Наиболее вероятной гипотезой о происхождении алмазных ме-
сторождений является та, которая подтверждается в настоящее
время получением искусственных алмазов, — это сочетание высокой
температуры (порядка 2500°) и высокого давления (до
100 000 кг/см2).
Предполагают, что алмазы кристаллизовались на большой глу-
бине— при огромном давлении земных недр и высокой темпера-
-туре — из расплавленной магмы, содержащей углерод.
Последующие геологические процессы, а также взрывы вулка-
нических газов изменили местоположение месторождений алмазов,
приблизив их к поверхности. Это вулканическое перемещение
алмазов подтверждается формой залегания породы, окружающей
алмазы; она расположена вертикально, в виде трубчатого тела круг-
лой или овальной формы, диаметром от 20 до 850 м, простираю-
щегося на глубину более 1 км.
Трубчатое тело состоит из ультраосновной породы (т. е. породы,
бедной кремнеземом) глубинного происхождения, называемой ким-
берлитом, зеленовато-черного цвета.
Коренная порода кимберлит — сравнительно слабо сцементи-
рована, вследствие чего она легко разрушалась под действием
атмосферных условий, т. е. воды, ветра, резкой смены температур
и т. д. Поэтому коренные месторождения сохранились лишь только
в Южной Африке и Индии и недавно обнаружены у нас в СССР.
Все остальные месторождения алмазов представляют россыпи,
т. е. разрушенную коренную породу, оставшуюся на месте или пере-
несенную водой или ветром на близкое, а иногда и на далекое рас-
стояние от коренного месторождения.
Вследствие своей высокой твердости и химической инертности
алмазы не разрушались при образовании россыпей, но поверх-
ность их в той или иной мере подвергалась воздействию природ-
ных сил.
Древнейшим месторождением алмазов является Индия, которая
до XVII в. была единственным в мире поставщиком алмазов.
В Индии были добыты такие уникальные по своей величине алмазы,
5
r.ru
как «Великий могол» (первоначальный вес 794 карата) ’, «Орлов»
(первоначальный вес 400 каратов, а после огранки 194,8 карата),
«Регент» (после огранки 136,9 карата), «Коинур» (после первой
огранки 186,1 карата и 106,1 карата после второй огранки) и др.
Добыча алмазов в Индии продолжается до сих пор, но в огра-
ниченных количествах. За последние годы в Индии было найдено
коренное месторождение Маджгаван, состоящее из кимберлитовых
трубок, покрытых наносными породами слоем до 5 м. Это место-
рождение можно считать наиболее богатым из всех месторожде-
ний капиталистических стран, так как среднее содержание алмазов
в нем составляет от 0,16 до 0,25 карата на 1 т породы, а общие
разведанные запасы алмазов исчисляются в 10 млн. карат.
Найдены также два новых крупных месторождения и на о. Бор-
нео, в районе Бахан-Горы в Центральном Калимонтане [60].
В 1695 г. были открыты месторождения алмазов в Бразилии,
которые разрабатываются до настоящего времени. Здесь также
были найдены крупные алмазы: «Президент Варгас» 726,6 карата,
«Минас-Жеранс» 172,5 карата и др.
Небольшие месторождения алмазов имеются в Британской
Гвиане и Венесуэле.
Наиболее мощными месторождениями являются Африканские,
из которых получают в настоящее время 94—98% всей мировой
добычи алмазов капиталистических стран.
Вначале (1867 г.) были открыты месторождения в Южной
Африке в бассейнах рек Оранжевой и Вааль на протяжении 500 км,
в южном и юго-западном Трансваале и в прибрежной полосе
(200 км) Атлантического океана. Месторождения представлены рос-
сыпями и коренными залеганиями. Последние к настоящему вре-
мени выработаны на большую глубину, например, рудник Кембер-
лей разработан на глубину около 1100 м, на дне которого ведутся
подземные разработки алмазного месторождения [49].
Содержание алмазов колеблется в пределах 0,081—0,366 карата
на 1 т породы.
В 1908 г. был найден первый алмаз в Бельгийском Конго.
Алмазы Бельгийского Конго идут преимущественно на технические
цели, причем значительная часть их является весьма низкосортной,
поэтому существует даже специальный термин «Конго», определяю-
щий низший сорт технических алмазов.
Позднее месторождения алмазов были найдены и в других рай-
онах Конго, а также в Анголе.
В 1919 г. алмазные месторождения открыты на территории
нынешнего государства Гана и Сьера-Леоне, содержащие мелкие,
но высококачественные алмазы.
Открыты и разрабатываются также месторождения во Фран-
цузской Западной и Экваториальной Африке и в Танганьике. В Тан-
ганьике в 1954 г. найден алмаз весом 181 карат, представляющий
большую ценность.
1 Один карат равен 200 мг.
6
Советский Союз до недавнего времени располагал незначитель-
ными месторождениями алмазов в отрогах Северного Урала. Дол-
гое время имела место «теория» о невозможности существования
крупных месторождений алмазов в пределах СССР. Советские гео-
логи опровергли ее, открыв в 1954—1955 гг. в Якутской АССР круп-
нейшие месторождения алмазов высокого качества коренного и рос-
сыпного происхождения, которые по содержанию алмазов могут
быть поставлены в один ряд с Южно-Африканскими месторожде-
ниями.
Алмазоносный район Якутской АССР имеет сходство в геологи-
ческой структуре с Южно-Африканскими месторождениями; мощ-
ные кимберлитовые трубки открыты на расстоянии нескольких
сотен километров друг от друга. Вмещающая их порода также-
ультраосновная и включает спутники алмазов — минералы пироп,
ильменит, оливин и др.
Размеры алмазов Якутских месторождений от 0,005 до не-
скольких десятков карат. Наибольший из пока найденных алмазов
в трубке «Мир» весит 54,2 карата. Нередки алмазы весом
6—8 карат. Алмазы этого месторождения прозрачны, бесцветны
или слабоокрашены.
2. МЕТОДЫ ДОБЫЧИ АЛМАЗОВ
Низкое содержание алмазов в породе делает процесс добычи
и извлечения их чрезвычайно трудоемким. Чтобы получить один
карат алмазов, необходимо добыть и переработать по сложному тех-
нологическому процессу 3—15 г породы.
Процесс добычи алмазов из коренных месторождений в общем
виде сводится к следующему.
Порода в кусках размером 25—250 мм, добытая в шахте или
разрезе, вагонетками подается в бункера алмазоизвлекательной
фабрики. Порода вначале подвергается стадиальному (трех-, четы-
рехкратному) дроблению с целью высвободить алмазы из породы.
При этом часть алмазов неизбежно подвергается раскалыванию,
главным образом по плоскостям спайности.
Перед каждой операцией дробления производят просеиваниё
с целью отделения мелких кусков породы от крупных. Здесь же
вручную отсортировывают явно видимую пустую, не содержащую
алмазов породу, направляя ее в отвал.
Доведя величину кусков породы до 1—3 мм, ее подвергают про-
цессам обогащения с целью удаления максимально возможного
количества породы и получения концентрата, содержащего алмазы.
Для этого применяют последовательно несколько процессов:
1) гидравлическую классификацию, основанную на разделении
обогащаемого материала по его размерам в струе воды; в этом слу-
чае значительная часть сравнительно крупных кусков пустой по-
роды будет удалена в отвал;
2) отсадку, основанную на разделении обогащаемого материала
по удельному весу, под пульсирующим действием воды на материал,
лежащий на сетке. Для этого процесса необходим материал при-
7 '
chipmaker.ru
мерно одинакового размера; в этом случае алмазы, обладающие
удельном весом 3,4—3,5, и другие тяжелые минералы перейдут в
нижний слой, а пустая порода (кварц — уд. в. 2,5) останется в верх-
нем слое;
3) электростатическое обогащение, основанное на различной
электропроводности и электроемкости минералов. Путем электри-
зации минералов алмазоносной породы можно один из них оттол-
кнуть, а другие притянуть к источнику возбуждения и тем самым
разделить их на две группы. После применения этих процессов обо-
гащения при каждом из них получаются два или три продукта:
алмазный концентрат, промежуточный продукт и пустая порода.
Последняя перед отправкой ее в отвал порверяется на отсутствие
в ней алмазов визуально или путем облучения ультрафиолетовыми
лучами. Промежуточный продукт возвращают для дополнительного
обогащения в том или ином процессе.
Алмазный концентрат, содержащий наряду с алмазами тяжелые
по удельному весу минералы или минералы, близкие по электро-
проводности к алмазу, поступает на самую ответственную опера-
цию — отделение алмазов от других минералов. Оно основано на
гидрофобности алмазов, т. е. на способности алмазов смачиваться
некоторыми жировыми веществами, в то время как сопутствующие
минералы ими не смачиваются. Жировые вещества — это обычно
парафино-автоловые смеси.
3. ДАННЫЕ О МИРОВОЙ ДОБЫЧЕ И ПРИМЕНЕНИИ АЛМАЗОВ
В табл. 1 приведены данные о мировой добыче алмазов по стра-
нам (без СССР). Эти данные показывают, что добыча алмазов
из года в год повышается в среднем на 8—15% и за последние
10 лет почти удвоилась. Основная доля по добыче (95% и выше)
падает на Африканский континент, в том числе более 60% на Бель-
гийское Конго, которое дает почти исключительно технические ал-
мазы. Значительная часть последних имеет низкое качество. По-
этому стоимость добываемых алмазов в Бельгийском Конго состав-
ляет всего 12% от стоимости алмазов мировой добычи, тогда как
стоимость алмазов, добываемых в Южно-Африканском Союзе,
составляет 60—70% при доле в добыче 14—20%.
В целом же добывается более 80% технических алмазов, осталь-
ные — ювелирные, часть из которых также идет на технические
цели для изготовления наиболее ответственных алмазных инстру-
ментов (резцы, волоки, наконечники к приборам и др.).
Несмотря на рост добычи, спрос на алмазы повышается. Объ-
ясняется это тем, что применение алмазов в различных отраслях
промышленности из года в год возрастает, так как это сокращает
сроки производства работ, улучшает качество продукции и снижает
ее себестоимость.
Так, например, применение алмазных кругов для чистовой за-
точки и доводки режущего инструмента, оснащенного твердым спла-
вом, повышает его стойкость не менее чем вдвое, а чистоту поверх-
ности— на 1—2 класса.
8
Таблица 1
Данные о мировой добыче алмазов по странам (без СССР) в тысячах карат
Страны Годы добычи
1938 1945 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957
Всего В том числе технических алмазов з %
Ангола 651 786 743 743 729 721 41 743 740 864
Бельгийское 7 206 10 386 10 565 11 609 12 580 12619 98 13 020 14 000 15644
Конго Француз- 18 83 136 136 140 152 66 140 150 109
ская эква- ториальная
Африка Француз- 62 80 101 163 180 218 66 290 290 222
ская запад- ная Африка
Гана 1 297 812 1 753 2190 2181 2135 83 2277 2500 3126
Сьера-Леоне 690 504 476 451 473 400 66 420 600 875
Юго-запад ная Африка 155 153 478 541 617 684 20 813 900 997
Танганьика 4 116 109 143 172 330 49 327 300 373
Южно- Африкан- ский Союз 1239 1 141 2 256 2 376 2 700 2 859 50 2 800 2 600 2 579
Бразилия 114 275 200 200 200 250 50 300 300 250
Британская 33 22 43 38 35 30’ 60 33 33 129
I виана Венесуэла 16 13 63 98 84 97 70 140 150 123
Другие 4 2 3 5 5 10 60 197 937 Нет
страны данных
Итого 11489 14 373 16 926 18 693 20 096 20505 — 21 500 23 500 —
Применение алмазов в металлорезании, помимо повышения про-
изводительности станков и точности обработки, снижает расход
абразивного инструмента и стоимость обработки.
Стойкость алмазных волок превышает стойкость волок из твер-
дых сплавов при протяжке проволоки в 100 и более раз.
Большое применение нашел алмаз в виде порошка для обра-
ботки деталей из твердых сплавов и твердых поделочных камней.
Скорость бурения скважин алмазными коронками по сравнению
со скоростью бурения дробовыми Коронками в 2—3 раза выше,
а стоимость бурения !в 1,5—2 раза ниже.
9
chipmaker.ru
По данным Американской ассоциации технических алмазов
в США в 1955 г. израсходовано: 60—70% всех технических алма-
зов для шлифования и заточки режущего инструмента из твердых
сплавов, 12% на изготовление специальных абразивов для распили-
вания и шлифования изделий из стекла, керамики, фильеров из
твердых сплавов и подшипников для часов, 20—25% для правки
шлифовальных кругов и около 10% для бурения горных пород.
4. СВОЙСТВА АЛМАЗОВ
Слово «алмаз» происходит от греческого слова «адамас», что
значит «непреодолимый»; здесь имеется в виду его высокая твер-
дость и устойчивость к физическим и химическим агентам [55].
Алмаз — это природный минерал, многие сорта которого отно-
сятся к драгоценным камням 1-го класса, так как они по блеску,
красоте и твердости
Фиг. 1. Элементарная
ячейка структуры
алмаза.
превосходят другие драгоценные камни.
Хотя алмаз состоит из углерода с незначи-
тельным количеством примесей, так же как
состоят из углерода уголь и графит, но по
своим свойствам он резко отличается от по-
следних. Это в первую очередь зависит от
его своеобразного кристаллического строения.
Кристалл алмаза входит в кубическую синго-
нию. Элементарная кубическая ячейка решет-
ки алмаза со стороной, равной 3,56 А , содер-
жит 18 атомсв углерода, из которых восемь
расположены в вершинах куба, шесть — в цен-
трах граней куба и четыре —- в центрах
четырех из восьми кубов, образованных де-
лением элементарной кубической ячейки тремя взаимно-перпен-
дикулярными плоскостями (фиг. 1). Самое короткое расстояние
между атомами составляет 1,542 А.
Алмаз хрупок, но обладает высокой твердостью, значительно
прёвышающей твердость всех других минералов и материалов
(табл. 2). Эта исключительная твердость алмаза объясняется проч-
ностью связи атомов углерода в кристаллической решетке, которые,
как указывалось выше, близко расположены друг от друга.
Алмаз обладает совершенной спайностью по плоскости. Перпен-
дикулярно этой плоскости расстояние между атомами в решетке
наибольшее, поэтому спайность параллельно граням куба и ромбо-
додекаэдра несовершенная, и алмаз свободно раскалывается по
этим плоскостям. Наименьшая удельная поверхностная энергия пло-
скостей спайности, которая характеризует способность раскалы-
ваться, для грани октаэдра алмаза составляет 11 400 эрг/см2 и для
грани куба 39 444 эрг/см2.
Твердость граней кристаллов алмаза неодинакова, что видно из
поведения их при шлифовании. Легче шлифуются грани куба, труд-
нее — грани ромбододекаэдра и еще труднее — грани октаэдра. Но
и в этих трех видах кристаллов имеются направления в гранях,
10
Таблиц а 2
Твердость алмаза и других материалов
Материалы Шкалы Материалы Шкалы
Мооса Хрущева Мооса Хрущева
Тальк .... Каменная соль Гипс ... Кальцит Флюорит . . . Апатит .... Ортоклаз . . . Кварц .... Карбид воль- фрама П р и м е ч a hi царапания с минер от 1 до 10. По шкале М. Л пирамиды в испыту отпечатка. Твердое 1 2 3 4 5 6 7 е. По алами-эт 1. Хрушс емый ма" ть вырал 2,4 36 109 189 536 795 1120 950—1200 шкале Мооса алонами, тверд ва твердость о сериал под опр <еиа в килогра Топаз .... Твердый сплав марки ВК-6 . . Корунд .... Карбид титана Карбид крем- ния Карбид бора Алмаз .... исследуемый материя! ость которых показана предел яется путем вд зделенной нагрузкой и ммах на квадратный м 8 9 10 сравни! В УСЛОВ1 авливан! измеренн иллимет] 1427 1550—1650 2060 2900 3000 3700—4900 10 060 ается путем 1ых единицах я алмазной я диагонали ).
легче и труднее поддающиеся шлифованию. На фиг. 2 сплошными
линиями показаны направления легко шлифуемые, а пунктир-
ными — трудно шлифуемые. Из фигуры видно, что в кубе шлифо-
вание идет легче по напра-
влениям, параллельным реб-
рам, и хуже по диагоналям.
На гранях ромбододекаэдра
и октаэдра также легче
шлифуются направления,
параллельные ребрам куба.
Объяснение этому дают
схемы расположения ато-
мов углерода, приведенные
на фиг. 2 сверху. Они пока-
зывают, что в направлениях,
а)
Фиг. 2. Расположение атомов углерода
в плоских сетках граней и направления
наибольшей (пунктирные линии) и наимень-
шей (сплошные линии) твердости на гранях
алмаза:
а — куба; б — ромбододекаэдра; в — октаэдра.
где в плоских сетках кри-
сталлов атомы расположены
редко, т. е. где связь между
атомами слабее, шлифова-
ние производить легче, чем
в направлениях с более
частым расположением ато-
мов, обеспечивающим повышенную валентную связь.
Ребра куба отклонены на сравнительно большие углы от напра-
вления валентных связей, поэтому кристаллы куба шлифуются
легче, чем октаэдра, у которого сетка образует равнонаклонные
углы со всеми ребрами куба.
п
chipmaker.ru
Рассматривая расположение атомов углерода в решетке
кристалла, можно заранее определить направления, легко и трудно
шлифуемые для каждой формы кристалла алмаза так, как это
сделано, например, для кристалла, представляющего комбинацию
октаэдра, ромбододекаэдра и куба (фиг. 3).
Удельный вес алмаза по средним измерениям, произведенным
над наиболее чистыми и хорошо образованными кристаллами,
составляет 3,5 (+0,01). Эта величина подтверждается теоретиче-
ским расчетом, который исходит из объема и веса атомов угле-
рода, входящих в кристаллическую решетку алмаза. Практически
удельный вес алмаза в зависимости от строения
алмаза, характера включений и количества по-
следних в алмазе колеблется в пределах от 3,47
до 3,56.
Включения в алмазе бывают местные, когда
инородное тело вклинено в алмаз в какой-либо
его- части, и общие, рассеянные в его массе в
виде тонкодисперсных частиц.
Местные включения состоят из графита (ча-
ще всего), магнетита, ильменита, рутила и дру-
гих минералов. Реже бывают жидкие включе-
ния — вода и углекислота и еще реже — газо-
образные.
Общие включения обусловливают разнооб-
разную красивую окраску алмазов. Совершенно
Фиг. 3. Комбина-
ция октаэдра (о),
ромбододекаэдра (й)
и куба (к). Черточ-
ками указаны наи-
более легко шли-
фующиеся направ-
ления на гранях.
___чистые, алмазы бесцветны, но встречаются они довольно редко,
"большинство алмазов окрашено в коричневый, желтый, серый
и реже в черный, оранжевый, синий и лиловый цвета.
При сжигании алмаза примеси, находящиеся в нем, дают золу,
количество которой для бесцветных алмазов составляет 0,02—
0,05% и доходит до 6% для некоторых разновидностей алмазов,
окрашенных или с местными включениями. В составе золы могут
присутствовать SiO2 — до 45%, Ре20з— до 25%, MgO — до 30%,
А120з — до 20%, СаО — до 15% и в меньшем количестве другие
окислы.
Характерно, что зола алмаза сохраняет форму исходного тела,
что указывает на связную сетчатую структуру образующих золу
примесей.
Алмаз оптически изотропен, это объясняется высокой симмет-
ричностью, расположения его атомов в пространстве. Род связи
атомов углерода в алмазе и чрезвычайно плотная их упаковка
придают алмазам высокий показатель преломления, который дохо-
дит до 2,42, а полная дисперсия составляет 0,05741. Поэтому лучи,
падающие на грани ювелирных алмазов под углами более 24°50',
отражаются от внешних плоскостей, а остальные лучи входят
внутрь кристалла и отражаются от внутренних поверхностей про-
тивоположных граней, разлагаются в спектр и выходят наружу
в виде цветных пучков, что й создает красивый блеск и игру лучей.
Это происходит под действием естественного и обычного искусст-
12
венного света. Катодные, ультрафиолетовые и рентгеновы лучи
вызывают свечение (люминесценцию) алмазов голубым, зеленым
и желтоватым светом.
Однако исследованиями индусского ученого Романчандрана[61]
установлено, что алмазы с тетраэдрической структурой ниже
3000 А для ультрафиолетовых лучей непрозрачны. В них наблю-
даются тонкие пластинки, параллельные октаэдрическим пло-
скостям.
Алмаз обладает сравнительно умеренной теплопроводностью,
которая составляет 0,33 см.с'ек.гра^ • В пределах от —200 до
4-100° теплопроводность от температуры не зависит, а ниже —200°
убывает.
Теплоемкость алмаза при 18° равна 0,12 кал/г • град.
Коэффициент термического' линейного расширения алмаза
составляет:
0° 10° 20° 30° 40° 50°
0,562-10~® 0,707-10-® 0,857-10“® 0,997-10“® 1,142-10-® 1,28-10-®
Средний коэффициент расширения алмаза а равен 0,00000132
и объемного расширения 0,0000039.
Линейное расширение алмаза при любых температурах можно
определить по известной формуле
lt = /0 (1 4- at 4- bt2 4- ct3);
для алмаза а = b = с = а. Следовательно, линейное расширение
алмаза, например, при 400° будет
/400 = 4о (1 + “380 4- а3802 4- а3803).
Тепловое расширение алмаза составляет 80% теплового рас-
ширения стали (типа инвар), обладающей наименьшим тепловым
расширением из всех известных металлов. Это свойство алмаза
очень важно при вставке его в оправу из других материалов, если
в процессе использования его он подвергается нагреванию. Для
этой цели обычно применяются вольфрам или титановые карбиды
на кобальтовой связке, обладающие низким коэффициентом тепло-
вого расширения.
Коэффициент объемного сжатия алмаза в интервале давления
от 4000 до 10 000 ат составляет 0,16- 10-6 на 1 ат, модуль объем-
ного сжатия равен 6,3 • IО’2 дин/см2.
Температуры плавления и кипения алмаза неизвестны, но при
быстром нагревании до высокой температуры алмаз превращается
в коксообразное тело, что указывает на способность его плавиться.
При высоких температурах алмаз постепенно превращается
в графит; это превращение становится заметным при 1500°, но при
дальнейшем повышении температуры оно идет медленно и не
13
chipmaker.ru
всегда доходит до конца. Вначале темнеют вершины двугранных
. углов, затем графит в тонкодисперсной форме обволакивает всю
поверхность кристалла алмаза.
В неокисляющейся атмосфере (водорода, азота и др.) алмаз
можно нагревать без изменения его до температуры свыше 1000°.
Например, его можно добавлять в расплавленную сталь (1300—
1500°). В атмосфере кислорода алмаз сгорает полностью при тем-
пературе ~ 900° до двуокиси углерода. Находясь в порошке, алмаз,
положенный на лист платины, может быть сожжен даже с помощью
горелки Бунзена [55].
Теплота горения алмаза 7870 + 20 кал/г, а теплота сублимации
200 кал/г-атом.
В решетке алмаза нет «свободных» электронов, как у металлов,
поэтому удельное электрическое сопротивление его очень велико
(5 • 105 * * * * * * * * 14 ом см).
Алмаз диамагнитен, удельная магнитная проницаемость его,
отнесенная к единице массы, имеет отрицательную величину.
Алмаз по своим свойствам отнесен к металлоидам, он прозра-
чен для видимых лучей и „диэлектрик. При трении о шерсть он
заряжается положительным электричеством.
Химически алмаз чрезвычайно инертен и только при повышении
температуры приобретает незначительную химическую активность.
Он не поддается действию кислот и щелочей, за исключением
смеси серной кислоты с двухромовокислым калием, которая окис-
ляет тонкий алмазный порошок непосредственно в углекислоту.
Расплавленные карбонаты щелочей при 1000—1200э окисляют
алмаз в окись углерода. Сера слабо реагирует с алмазом при
температуре выше 600°. Заметное окисление алмаза в струе кисло-
рода начинается при 600°.
Очень высокая химическая инертность и необычайная физи-
ческая прочность алмаза, с точки .зрения законов квантовой меха-
ники, в данной структуре обусловливается непрерывной осцилля-
цией, выражающейся в превращении отрицательных в данный
момент ионов в положительные в следующий момент, и наобо-
рот [55].
5. КЛАССИФИКАЦИЯ АЛМАЗОВ
Общая классификация алмазов предусматривает систематиза-
цию их по внешней форме. Она разделяет алмазы на 2 класса,
которые, в свою очередь, разделяются на группы и подгруппы.
Классификация имеет следующий вид:
Отдельные кристаллы и их сростки. 1) Отдельные кри-
сталлы: а) плоскогранные (октаэдры, ромбододекаэдры, кубы
и прочие простые формы и их комбинации); б) округлые (окта-
эдроиды, додекаэдроиды, гексаэдроиды и прочие простые формы
и их комбинации). 2) Сростки: двойники (срастания, прора-
стания и пластинчатые); б) параллельные сростки и в) неправиль-
ные сростки.
Агрегаты: 1) борт, 2) карбонадо (эмалевидные, округленные,
шлаковидные, коксовидные, колотые), 3) баллас.
Приведенная классификация охватывает все известные до сих
пор внешние формы алмазов. В природе значительно чаще встре-
чаются агрегатные разновидности алмаза, т. е. борт, карбонадо
и баллас.
К борту относят все зернистые и неправильные сростки кри-
сталлов алмазов, часто без признаков граней и ребер. Они
бывают бесцветными и окрашенными в различные цвета.
В практике, кроме того, различают по форме следующие разно-
видности алмазов сорта борт: 1) сплиттер, пойнте — удлиненной
формы, в виде иглы; 2) витриер — блестящие многогранники
с острыми гранями, насчитывающие до 48 граней; 3) флятс —
плосковатой, пластинчатой формы, с закругленными гранями.
К карбонадо относятся весьма тонкозернистые, плотные или
несколько пористые агрегаты буровато-черного цвета. Черная
окраска карбонадо обусловлена высокодисперсным .графитом,
который можно рассматривать как кристаллозоль графита
в алмазе.
Твердость карбонадо выше, чем твердость других разновидно-
стей алмазов.
Балласом называют шаровидные агрегаты, большей частью
радиально-лучистого строения. Цвет их от мутно-белого до сталь-
ного серого. Балласы не имеют плоскостей спайности, поэтому они
менее хрупки, но и менее тверды.
Помимо указанной классификации, существуют несколько мине-
ралогических, сортировочных (для алмазных рудников) класси-
фикаций по цвету, назначению, а также имеются и другие класси-
фикации. Для потребителей алмазов на мировом рынке действует
классификация по назначению или промышленная. Она предусма-
тривает деление алмазов на две группы: ювелирные и технические.
К ювелирным относятся высокосортные кристаллы алмазов
с плотной структурой, прозрачные или полупрозрачные, бесцвет-
ные или с природной окраской различных цветов. На мировом
рынке технические алмазы разделяются на сорта: естественные,
фасонные, волочильные и буровые.
Естественные алмазы, идущие на обработку деталей машин,
должны иметь специфические формы и подбираться из необра-
ботанных камней неправильной формы.
Фасонные алмазы, применяемые для сверления и обтачивания
металлов, их сплавов и неметаллических особо твердых материа-
лов, должны иметь гладкие грани и острые режущие ребра, что
достигается шлифованием. Для волочильных работ идут мелкие,
не имеющие трещин алмазы, поскольку они применяются для
протягивания через них тонких проволок из металлов и сплавов
большой твердости.
У нас в СССР действует классификация, основанная на разде-
лении алмазов по форме, качеству и размерам, в зависимости
15
chipmaker.ru
от назначения, с целью рационального их использования. Класси-
фикация включает 14 следующих групп:
I. Карбонадо и балласы весом от 0,05 и более карат. Алмазы
карбонадо используются для бурения горных пород, а балласы —
для правки шлифовальных кругов.
II. Алмазы для различных испытательных приборов, в - тоги
числе: для наконечников к приборам Роквелла (к твердомеру
конусному ТК) Для пирамид к приборам Виккерса (к твердо-
меру ТП) весом 0,21—0,3; 0,31—0,4; 0,41—0,5; 0,51—0,6 карата
в каждом сорте (для приборов типа Роквелл дополнительный
размер 0,18—0,2 карата) и для наконечников к приборам для опре-
деления твердости методом упругой отдачи АБ-1 (приборы Шора)
весом 0,15—0,25 карат.
III. Алмазы для волочения весом 0,12 и более карат.
IV. Алмазы для резки стекла с использованием естественных
режущих ребер весом 0,02—0,17 карата и искусственных режу-
щих ребер, получаемых после огранки алмаза весом 0,02—
0,20 карата.
V. Алмазы для правки шлифовальных кругов весом 0,15
и более карат.
VI. Алмазы удлиненной формы для изготовления резцов, сверл,
игл и дрттих инструментов, различного веса.
VII. Алмазы удлиненной формы для изготовления выборочных
сверл (пойнте пиленый или колотый, натуральный) весом 0,05—
0,85 карата.
VIII. Алмазы для изготовления различных инструментов весом
0,4 и более карат.
IX. Алмазы, пригодные для огранки (ювелирные), разделяются
на 7 подгрупп по цвету весом 0,21 и более карат.
X. Алмазный борт для 'изготовления инструментов: а) для мел-
коалмазных буровых коронок от 150 до 20 шт. на 1 карат или
от 0,006 до 0,05 карат; б) для алмазно-металлических карандашей
типа Ц и С — от 30 до 2 шт. на 1 карат или от 0,03 до 0,5 карата;
в) для алмазно-металлических карандашей НВМ — зернистость
№ 36, 46, 6.0, 80, 100; г) для алмазно-металлических карандашей
типа Н 120—450 шт. на 1 карат; д) для алмазно-металлических
карандашей марки ЦНМУ 20—10 шт. на 1 карат или 0,05—
0,1 карата; е) для обработки волок, технических камней, кварца,
оптического стекла весом 0,02—0,3; 0,31—1,35; 1,36 и более карат;
ж) для различных специальных инструментов; з) для изготовле-
ния алмазной пудры и других целей.
XI. Алмазная пудра (алмазные порошки) различной зерни-
стости.
XII. Алмазы для накладных камней к хронометрам весом
от 0,12 до 0,6 карата.
XIII. Алмазы для изготовления резьбошлифовальных инстру-
ментов: а) с использованием естественных острых углов весом
0,08—0,3 карата и б) для изготовления резьбошлифовальных игл
весом 0,1—0,25 карата.
16
XIV. Алмазы для правки специальных шлифовальных кругов:
а) удлиненной формы весом 0,05—0,2 карата и б) треугольной
формы весом 0,02—0,04 карата.
6. ПРОБЛЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ АЛМАЗОВ
Проблема получения алмазов искусственным путем интересо-
вала многих ученых и изобретателей в течение более 125 лет.
Первые попытки получения искусственных алмазов были осно-
ваны на предположении, что если алмаз при нагревании без
доступа воздуха до 2000° переходит в графит, то возможен и обрат-
ный переход графита в алмаз.
Этот принцип опробовали ученые: русский — В. Н. Каразин
(1823 г.) и французские — Каньяр де ля Тур и Ганналь (1828 г.).
Они получили кристаллики какого-то вещества, но не алмазы.
Англичанин Хэнней (1880 г.) пытался получить алмазы путем
нагрева смеси углеводорода, бобового масла и лития до темпера-
туры красного каления в герметически закрытых трубках из кова-
ного железа. В процессе нагревания пять трубок из восьми взор-
вались. Хэнней получил таким путем мелкие зерна удельного веса
3,5 с содержанием 97,85%-углерода, но это был карборунд.
В 1893 г. известный французский ученый Муассан получил кру-
пинки размером 0,75 мм, которые имели оптические свойства
алмаза, а при сгорании полностью переходили в углекислоту. Для
получения этих крупинок Муассан брал чистое железо и углерод,
полученный сухой перегонкой сахара, которые помещались в гра-
фитовый тигель электродуговой печи, где железо кипело при 2000°,
растворяя в себе углерод. Затем кипящее железо выливалось
в холодную воду или в расплавленный свинец. Затвердевая
с поверхности, железо сжималось и оказывало большое давление
на внутреннюю часть расплавленного железа, что вызывало кри-
сталлизацию углерода в виде мелких крупинок, которые затем
отделяли от железа путем растворения его в кислотах.
В том же году русский профессор К. Д. Хрущев получил путем
кристаллизации углерода из расплавленного серебра прозрачные
и темные осколки, которые при сжигании также сгорали в угле-
кислоту и даже царапали наиболее твердый после алмаза минерал
корунд.
Многие ученые, воспроизводившие впоследствии опыты Муас-
сана и Хрущева, получали в результате не алмазы, а карбиды или
шпинели. Ни те, ни другие при сжигании не сгорают, но шпинели
обладают одинаковой с алмазом преломляемостью света.
Эти опыты породили великое множество патентов, которые
в разных вариантах по существу воспроизводили методы Муас-
сана и Хрущева по схеме: углерод -> расплавленная масса раство-
рителя углерода -> высокая температуравысокое давление.
Указанная схема вытекает из гипотезы образования алмазов в
земной коре. Термодинамические расчеты показывают, что алмаз-
ная фаза углерода стабильна в пределах давления 42 000—
105 000 кг/см2 и температур 739—9760°
17
chipmaker.ru
Над достижением максимальных в этих пределах давлений
и температур в настоящее время работают многие исследователи.
При этом проводится большая работа по созданию материалов:
и конструированию аппаратуры, способных работать в этих усло-
виях длительные периоды времени, так как, помимо давления
и температуры, фактор времени также играет большую роль.
Имеются сведения о том, что исследовательской лаборатории
компании Дженерал Электрик (США) в 1955 г. удалось получить
искусственные алмазы мелких размеров весом до 0,1 карата и дли-
ной до 1,59 мм. Как указывается, эти алмазы были проверены
на твердость, горение и лучепреломление. Оказалось, что они при
царапании оставляют следы на естественных алмазах*и тем более
на других твердых материалах, при горении они сгорают в угле-
кислоту, оставляя 14-—15% несгораемой неорганической золы.
Рентгеновские лучи дают в них характерное только для алмазов
преломление. Остальные физические и химические испытания
также подтвердили тождественность искусственных алмазов с есте-
ственными.
Указанная выше лаборатория получила искусственные алмазы,
применив температуру более 2000° и давление порядка
58 000 кг/см2, которое было осуществлено ступенчатым гидравли-
ческим прессом. Пуансон пресса производил давление на спек-
шуюся массу карбида, заключенную в особо прочную матрицу,,
в течение 16 час. Мелкие алмазы получались за более короткое
время. Размеры матрицы и примененное давление не позволяют
получать искусственные алмазы весом более 0,25 карата..
Изготовление же матриц большего размера и применение давле-
ний порядка 100 000 kzJcm2 пока связано с большими трудностями-
по подбору соответствующих материалов.
В 1957 г. в этой же лаборатории Р. Винторфом получены кри-
сталлы вещества, названного боразоном».который оказался тверже?
алмаза и легко царапал алмаз. Боразон обладает еще тем преиму-
ществом, что выдерживает температуру до 1900°, тогда как алмаз,
сгорает при 770—900°.
Боразон получается из нитрида бора, имеющего гексагональ-
ную форму решетки кристалла. При давлении около 70 000 кг/см*
кристаллы нитрида бора принимают несвойственную им кубиче-
скую форму [53].
Искусственные алмазы, полученные этой лабораторией, пред-
ставляют собой крупинки серовато-черного цвета.
По имеющимся сведениям в лабораториях и на заводах фирмы
Дженерал Электрик Ко были проведены испытания алмазных
кругов, изготовленных из искусственных алмазов, на операциях
обработки твердосплавных инструментов. Производственные испы-
тания кругов из искусственных алмазов на бакелитовой и керами-
ческой связках показали, что они обладают лучшими режущими
свойствами и более высокой производительностью. Это может
быть объяснено тем, что искусственные алмазы имеют шерохова-
тые грани и поэтому держатся в связке прочнее и работают-
18
до полного износа. Кроме того, благодаря хрупкости искусствен-
ные алмазы легче раскалываются, образуя новые режущие кромки.'
Однако Искусственные алмазы вследствие малых размеров
и повышенной хрупкости не могут противостоять высокому удель-
ному давлению, поэтому применение их пока ограничено.
Компания предполагает продолжить научно-исследовательские
работы по получению более крупных алмазов и в том числе юве-
лирных.
Разрешение проблемы получения искусственных алмазов очень
важно потому, что для получения естественного алмаза нужно
вынуть породы в среднем в 50 000 000 раз больше веса самого
алмаза.
Как видно из краткого обзора попыток получения искусствен-
ных алмазов, все они построены на воспроизведении процессов
образования естественных алмазов в земной коре согласно суще-
ствующей гипотезе.
Если принять гипотезу образования естественных алмазов,
то направления, принятые в настоящее время для получения
искусственных алмазов, следует считать, очевидно, правильными.
Однако возможно, что и другие методы — процессы сополимери-
зации или кристаллизации углерода в особых условиях из раство-
ров— также могут дать положительные результаты.
chipmaker.ru
ГЛАВА II
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ И МИКРОГЕОМЕТРИИ
ПОВЕРХНОСТИ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
Определение твердости материалов является одним из наибо-
лее распространенных методов технологических испытаний, осо-
бенно металлов и их сплавов. Несмотря на длительный промежу-
ток времени, в течение которого проводятся исследования по изу-
чению твердости различных материалов, до настоящего времени
понятие, или термин «твердость» не имеет строго научного опреде-
ления. Член-корреспондент АН СССР В. Д. Кузнецов [27] и ряд
других исследователей в своих работах отмечали, что понятие
«твердость» очень неопределенно.
Отсутствие строго научного определения привело к тому, что
результаты, полученные при различных методах испытания твердо-
сти, не всегда сопоставимы. Имеющиеся в литературе различные
таблицы, формулы и номограммы для пересчета числа твердости
являются эмпирическими и обычно пригодны для сопоставления
твердости материалов в очень ограниченных пределах.
Современные методы испытания твердости материалов, полу-
чившие наибольшее распространение, можно разделить на две
группы: а) испытание методом царапания; б) испытание путем
статического или динамического вдавливания более твердого нако-
нечника определенной формы. В связи с тем, что показатели твер-
дости ряда металлов и их сплавов находятся в определенной зави-
симости от предела прочности, структуры и других физико-меха-
нических и электрофизических величин, за последнее время все
более широкое распространение в промышленности стали находить
применение также косвенные методы измерения твердости ряда
металлов.
Каждая из указанных выше двух основных групп испытания
твердости характеризует лишь относительное сопротивление испы-
туемых материалов тому или иному действию. Естественно, что
в процессе испытаний вдавливанием могут иметь место упругие
и пластические деформации не только в испытуемом материале,
но и в материале наконечника. Для обеспечения стабильности пока-
заний приборов наконечник должен обладать высокой стойкостью.
20
Поэтому для изготовления наконечников выбирают материалы»
которые в процессе испытаний имели бы значительно меньшие
величины указанных деформаций по сравнению с испытуемым
материалом.
Из всех известных в настоящее время искусственных и есте-
ственных материалов алмаз отвечает наибольшему количеству
требований, предъявляемых к материалу наконечника. Однако
из этого не следует делать вывод, что алмазные наконечники
нужно применять при измерении твердости всевозможных мате-
риалов. Многолетний практический опыт, как будет описано ниже,
показывает, что при измерении твердости большого количества
материалов могут быть успешно 'использованы наконечники, арми-
рованные закаленными стальными шариками или твердосплавными
конусами. Ниже будут рассмотрены конструкции алмазных инстру-
ментов, применяемых для измерения твердости.
2. АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
В настоящее время алмазные
инструменты применяются
в основном при измерении твердости
ной пирамидой путем статического вдавли-
вания, алмазным бойком при испытаниях
динамическим методом и алмазным кону-
сом при испытании методом царапания.
Наконечник с алмазным конусом (фиг. 4)
состоит из стальной оправки и закреплен-
ного в ней кристалла алмаза, имеющего
форму конуса с углом при вершине 120°.
Определение твердости наконечником с
алмазным конусом производится на при-
боре типа ТК (Роквелла). На этом при-
боре твердость определяется путем стати-
ческого вдавливания в материал нако-
нечника, армированного стальным закален-
ным шариком (диаметром 1,588; 3,175 и
6,350 мм), или алмазного конуса с углом
120°. Разность глубин, на которые прони-
кает наконечник под действием нагрузок,
характеризует твердость испытуемого ма-
териала. Учитывая большие нагрузки, дей-
алмазным конусом и алмаз-
Фиг. 4. Наконечник с ал-
мазным конусом для из-
мерения твердости на
приборе ТК (Роквелла).
ствующие на алмаз в процессе измере-
ния твердости, для изготовления наконеч-
ников используются прозрачные и полу-
прозрачные целые' кристаллы с плотной
структурой. Используются также кри-
сталлы с незначительными включениями, раковинами, сколами,
и поверхностными трещинами, расположенными вне рабочей части
кристалла на расстоянии не менее 7з от вершины. Кристаллы
с рыхлой и пластинчатой структурами, стекловидные, а также
21
chipmaker, ru
кристаллы с трещинами, направленными внутрь' его, или с трещи-
нами, расположенными вдоль оси кристалла, применять не рекомен-
дуется. Указанные дефекты определяются с помощью лупы шести-
кратного увеличения.
Отбираемые для этих целей кристаллы имеют форму октаэдра
или додекаэдра. Используют и кристаллы удлиненной формы
С симметричным расположением относительно продольной оси
граней кристаллизации, образующих вершину. Вес алмазов может
быть в пределах от 0,18 до 0,5 карата, при этом кристаллы весом
Фиг. 5.
а — наконечник с алмазной пирамидой для измерения
твердости на приборе ТП (Виккерса); б —вид алмаз-
ной пирамиды.
от 0,18 до 0,20 карата
должны быть без указан-
ных дефектов.
Наконечник с алмаз-
ной пирамидой (фиг. 5)
также состоит из сталь-
ной оправки и закреплен-
ного в ней кристалла
алмаза, отшлифованного
в виде правильной че-
тырехгранной пирамиды
с углом между гранями
136о30'. Величина угла
пирамиды определяется
не требованиями, зави-
сящими от физико-механических свойств алмаза, а условием мак-
симального приближения получающихся чисел твердости HD
с числами твердости Нв.
В опорной части наконечника имеется резьбовое отверстие,
которое служит для закрепления наконечника на приборе. Нако-
нечник с алмазной пирамидой на приборе устанавливается
в металлический чехол, который служит не только для защиты
алмаза от механических повреждений, но также для установки
необходимого зазора между концом промежуточного шпинделя
и опорной площадкой.
Определение твердости алмазной пирамидой производят на
приборе типа ТП (Виккерса). Метод определения твердости
на этом приборе описан в ГОСТе 2999-45. Твердость материалов
определяется статическим вдавливанием в образец пирамиды
и выражается числом твердости, полученным путем деления
величины нагрузки в килограммах на поверхность отпечатка
в квадратных миллиметрах. При этом поверхность отпечатка,
имеющую форму пирамиды, определяют исходя из средней вели-
чины обеих диагоналей его основания.
Форма алмазного наконечника в виде квадратной пирамиды
при испытании дает следующие преимущества: 1) отпечатки
получаются всегда геометрически подобными, вследствие чего зна-
чения твердости для одного и того же материала получаются
постоянными и не зависящими от силы вдавливания: 2) отпечатки
получаются с резко очерченным контуром, имеющим форму квад-
22
рата с прямыми, выпуклыми или вогнутыми сторонами, При этом
диагонали квадрата могут быть легко измерены; 3) почти полное
совпадение получающихся чисел твердости Н D с числами твер-
дости Н р.
Для изготовления наконечников с алмазной пирамидой испояьа
зуются такие же по качеству кристаллы алмазов, как и для накви
нечников с алмазным конусом. Однако по форме отбираю^
в основном октаэдры с ребрами, сходящимися в одной точке. Вес
кристаллов от 0,21 до 0,60 карата.
Фиг. 6. Наконечник с алмазной пирамидой ДлЧ| измерения
микротвердости на приборах ПМТ-2 и ПМТ-3.
Наконечник с алмазной пирамидой для измерения микротвер-
дости показан на фиг. 6. Статический метод вдавливания алмаз-
ной пирамиды недавно был успешно применен в приборах типа
ПМТ-2 и ПМТ-3 для измерения твердости микрообъемов, что
позволяет производить измерения твердости отдельных составляю-
щих у структурно неоднородных сплавов. Кроме того, на этих
приборах можно измерять твердость весьма тонких поверхност-
ных слоев, а также твердость мелких и тонких деталей.
В приборах типа ПМТ-2 и ПМТ-3, разработанных Институтом
машиноведения АН СССР, измерение микротвердости произво-
дится с помощью такой же алмазной пирамиды с углом между
гранями 136° при нагрузках от 2 до 200 г.
Для изготовления наконечников к приборам ПМТ-2 и ПМТ-3
используются прозрачные и полупрозразные различного
цвета целые кристаллы алмазов с плотной структурой, отвечаю-
щие требованиям действующих технических условий на алмазное
сырье.
Наконечники с алмазом сферической формы для измерения
твердости методом упругого отскока используются на приборах
типа Шора различных моделей.
В качестве индентора на приборах типа Шора применяются
малогабаритные стальные наконечники, на конце которых закре-
плен алмаз, имеющий шлифованную сферическую поверхность,
23
chipmaker.ru
диаметром 2,5 мм. Для армирования таких наконечников исполь-
зуют прозрачные и полупрозрачные целые кристаллы с неболь-
шими включениями и раковинами, расположенными вне рабочей
части кристалла, на расстоянии не менее половины высоте? от
рабочей поверхности. Форма кристалла должна быть удлиненной,
приближающейся к яйцевидной. Мерой твердости материала при
этих испытаниях является высота отскока бойка при падении его
с постоянной высоты. Эти приборы, основанные на динамическим
методе определения твердости, применяют для измерения твердо-
сти термически обработанных деталей, однако и для этих целей
более надежными являются приборы типа ТК (Роквелла) иди
типа ТП (Виккерса) [50].
Наконечник с алмазным конусом для измерения твердости пуйм
царапания. Определение твердости царапанием состоит в измА|р-
нии величины усилия в граммах, прилагаемого к алмазному конЖ|.
с углом у вершины 90°. При этом алмазный конус, перемещать
по полированной поверхности испытуемого материала, делает
черту шириной 10 мк. В процессе испытаний алмазный конус
прочерчивает на образце несколько параллельных царапин. Этот
метод испытания твердости материалов является наиболее ста-
рым. Несмотря на ряд усовершенствований приборов, сделанных
за последнее время, процесс измерения твердости методом цара-
пания более трудоемкий по сравнению с описанными выше, вслед-
ствие чего испытание этим методом в настоящее время производят
сравнительно редко.
Рассмотренные выше конструкции алмазных инструментов для
измерения твердости охватывают абсолютное большинство
различных типов приборов, используемых на машиностроительных
заводах. Однако на некоторых типах опытных отечественных или
импортных приборов могут встретиться алмазные наконечники,
имеющие и другую форму рабочей части.
3. АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МИКРОГЕОМЕТРИИ
ПОВЕРХНОСТИ
В настоящее время для измерения микрогеометрии поверхности
применяют ряд различных приборов, которые могут быть условно
разделены на три группы:
оптические, щуповые и пневматические. Алмазы используются
в приборах, на которых измерение микронеровносгей производится
путем ощупывания поверхности острой иглой: профилометры типа
КВ-7, Аббота и др., профилографы Аммона, ИЗП-5, ИЗП-17,
ИЗП-21, ММИ-1 и др.
Необходимость применения алмазов в приборах для измерения
микронеровностей поверхности методом ощупывания обусловлена
тем, что в процессе измерения микропрофиля этим методом, не-
смотря на весьма незначительные нагрузки на ощупывающую
иглу, контактные давления достигают значительных величин.
Последнее вызывает интенсивный износ острия иглы, изменение
24
профиля которой оказывает большое влияние на точность измере-
ний. По данным исследований [51], контактное давление алмазной
иглы при радиусе острия 2,5 мк на каждый грамм нагрузки
составляет 12,5 кг!мм2.
Большие величины контактных давлений в процессе измерения
обусловливают проникновение острия ощупывающей иглы в тело
изделия, в результате чего касание происходит не в точке, а по
Фиг. 7- Алмазные иглы к профилометрам:
а — типа КВ7-ГАЗ; б — типа И; в — типа КА-1.
некоторой плоскости. Врезание острия ощупывающей иглы в тело
изделия вносит искажения между действительным и измеренным
микрорельефами поверхности. Кроме того, искажения между ука-
занными микрорельефами зависят от величины радиуса округле-
ния вершины иглы. Исследования показали [51], что игла, острие
которой имеет радиус 10 мк, доходит до дна впадин большинства
микронеровностей на поверхностях 5—12-го классов чистоты.
На фиг. 7, а, б и в приведены три типа алмазных игл к прибо-
рам для измерения микрогеометрии поверхности. Алмазные иглы
для указанных приборов, так же как и наконечники к приборам
25
chipmaker.ru
для измерения твердости, представляют собой оправку с закре-
пленным в ней кристаллом алмаза.
Учитывая весьма малые размеры оправок, для изготовления
•алмазных игл используют качественные без дефектов очень мел-
кие алмазы удлиненной формы.
На всех показанных на фигуре иглах рабочая часть алмаза
на длине не менее 0,1 мм от вершины, считая по оси конуса, пред-
ставляет собой конус с углом при вершине 90°. Вершина конуса
имеет весьма небольшой радиус округления, равный ~10 мк.
По техническим условиям на эти иглы на шлифованной части
конуса не должно быть трещин и выкрашиваний, видимых при
57-кратном увеличении.
Контроль геометрической формы конуса алмазной иглы произ-
водится на проекторе или микроскопе при 400-кратном увеличении.
К каждой изготовленной заводом алмазной игле прилагается пас-
порт, в котором указываются все необходимые технические данные.
4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНЫХ НАКОНЕЧНИКОВ И ИГЛ
Процесс изготовления указанных алмазных инструментов имеет
ряд совершенно аналогичных операций, выполняемых на одних
и тех же станках и приспособлениях. Поэтому в данном разделе
будут описаны лишь основные операции процесса изготовления
наконечников с алмазным конусом и некоторых других инстру-
ментов.
Наконечни^ с алмазным конусом. Одной из ответ-
ственных операций процесса изготовления наконеч-
ника является прочность крепления кристалла в
оправе, так как в процессе испытаний на алмаз дей-
ствуют большие нагрузки. Поэтому при недостаточно
? прочном креплении кристалла в оправе может прои-
Фиг. 8. Метод зойти вдавливание кристалла в тело оправы, смеще-
ние и повертывание оси алмазного конуса относи-
тельно оси оправы и др., что будет оказывать влия-
ние на точность показаний прибора, а также и на
срок службы наконечника.
В течение длительного времени крепление кри-
сталлов алмазов в наконечниках с алмазным конусом
производилось путем пайки. Однако этот метод кре-
пления вследствие недостаточной прочности применяв-
шихся припоев не обеспечивал прочности указанного
в результате чего был разработан ряд новых мето-
крепления
кристалла
алмаза в на-
конечнике к
прибору ТК
(Роквелла):
1 — алмаз;
2 — опора из
твердого спла-
ва.
соединения,
дов. На фиг. 8 приведена схема крепления кристалла алмаза
в оправе наконечника с алмазным конусом. В этой схеме крепле-
ния кристалл алмаза опирается специально отшлифованной пло-
ской гранью, перпендикулярной к оси конуса, на плоскость твердо-
сплавной пластины, впаянной в тело оправки. Естественно, что
этот метод крепления обеспечивает более устойчивое положение
кристалла алмаза при действии на него нагрузок. Недостатком
26
конструкции является необходимость спиливания или сошлифовы-
вания части кристалла алмаза. Между тем, в некоторых случаях
в процессе эксплуатации наконечника представляется возможным
использовать также противоположную вершину кристалла, которая
при данном методе крепления удаляется. Наиболее совершенным
методом крепления алмаза является запрессовывание кристалла
алмаза в металлокерамический брикет, который затем спекают.
Благодаря высоким прочностным показателям материала металло-
керамического брикета обеспечивается прочное крепление кри-
сталла алмаза.
Следующей операцией процесса является предварительная
обработка конуса. Первоначально конус закрепленного кристалла
алмаза обрабатывают на настольном токарном станке; число
оборотов шпинделя станка приблизительно 800 в минуту. Вместо
резца применяется металлическая оправка с закрепленным в ней
крупным менее качественным кристаллом (алмазным бортом)
весом от 0,2 до 1,5 карата. Обычно для этой цели используют
кристаллы алмазного борта, имеющие острые режущие ребра.
В процессе выполнения этой операции оправка с кристаллом
алмазного борта не крепится в суппорте станка, а удерживается
вручную. Время выполнения этой операции составляет примерно
10—20 мин. в зависимости от формы кристалла. При обработке
трением одного кристалла алмаза о другой образуются отходы
алмазов в виде мелких осколков, которые следует собирать
с помощью специально установленных на станке заградительных
кожухов или щитов.
После указанной обработки производят предварительное шли-
фование алмазного конуса на обычных круглошлифовальных
станках. При этом вместо абразивного круга устанавливают
чугунный диск соответствующего размера, изготовленный из пер-
литного чугуна. На заводе, изготовляющем алмазные инструменты,
предварительное шлифование алмазного конуса производят на
круглошлифовальном станке типа ЗГ12, на котором установлен
чугунный диск диаметром приблизительно 200 мм. Число оборотов
шпинделя станка 3500 в минуту. При этом скорость шлифования
•составляет приблизительно 36 м/сек. Операция шлифования произ-
водится в течение 10—15 мин. при длительном выхаживании без
подачи круга на врезание.
Переднюю бабку станка, во вращающемся шпинделе которой
укреплен алмазный наконечник, повертывают под углом 60°
в направлении движения стола относительно рабочей поверхности
чугунного диска. В связи с тем, что шлифование алмазного конуса
на чугунном диске осуществляется с высокими окружными скоро-
стями, а вес диска в несколько раз больше веса обычного шли-
фовального круга, рекомендуется производить особо тщательную
его балансировку. Неуравновешенность или дисбаланс чугунного
диска вызывает, с одной стороны, преждевременный износ под-
шипников станка, с другой стороны, вибрации в процессе шлифо-
вания, которые могут вызвать раскалывание кристалла алмаза.
27
chipmaker.ru
От уравновешенности системы во многом зависит и качество шли-
фуемой поверхности. Балансировку чугунного диска следует про-
изводить с точностью не ниже 1-го класса согласно ГОСТу 3060-55.
уравновешивание массы диска осуществляется или путем сверле-
ния неглубоких отверстий на тяжелой стороне, или путем переме-
щения подвижных грузов, размещенных в планшайбе.
Окончательное шлифование алмазного конуса наконечника
производят на таких же станках. Однако в качестве инструмента
применяют не чугунные, а стеклянные диски, имеющие наружный
диаметр 300 мм, внутренний 55 и высоту от 25 до 40 мм. Согласно
техническим условиям эти диски изготовляются из неполирован-
ного стекла непрерывного проката, причем стекло должно быть
равномерно отожжено. Напряжения в стекле не должны превы-
шать 10 миллимикрон на 1 мм хода луча. Не допускаются в стекле
фицы, трещины и инородные включения. Степень отжига стекла
определяется путем просмотра в торцовые грани образца стекла.
При неравномерном отжиге на стекле будут ввдны трещины.
Режим шлифования: скорость шлифования примерно равна
25 м)сек, число оборотов изделия приблизительно 450 в минуту.
Шлифование алмазных конусов на стеклянном диске обеспечивает
получение микрогеометрии поверхности в пределах до 14-го класса
по ГОСТу 2789-51.
Следующей операцией процесса является заправка радиуса
на вершине конуса /? =0,2 мм, выполняемая вручную с помощью
плоского металлического притира, шаржированного алмазными
микропорошками зернистостью 3—5 мк. Если при выполнении этой
операции центр сферической поверхности вершины наконечника
будет смещен относительно оси алмазного конуса, то, как пока-
зала практика, при измерении твердости таким наконечником будут
неизбежны погрешности. Указанные погрешности могут иметь
место также, если ось сферы и ось конуса не совпадают с осью
металлической оправы.
После заправки радиуса производят контроль геометрических
размеров оправки и особенно алмазного конуса, а затем контроль-
ные измерения на эталонном приборе. Проверка алмазного конуса
производится путем сравнения показаний с контрольным конусом
на контрольном приборе при помощи четырех образцовых мер. При
проверке наносят в пределах одного и того же участка рабочей
поверхности пять отпечатков контрольным наконечником и пять
отпечатков проверяемым наконечником. Отклонения средних зна-
чений чисел твердости, подсчитанных по результатам испытаний,
не должны превышать +0,5 ед. Согласно чертежу поверхность
алмаза на длине не менее 0,3 мм от вершины конуса должна быть
тщательно отполирована. На этой поверхности не должно быть
сколов, трещин и других дефектов.
Высокие требования к геометрии формы и микрогеометрии
поверхности алмазного конуса обусловлены, с одной стороны, тре-
бованиями точности работы прибора, с другой стороны, большими
удельными давлениями на рабочую поверхность конуса в процессе
28
работы. При этих условиях большое влияние на процесс проникно-
вения в тело испытуемого образца алмазного конуса будет оказы-
вать его микрогеометрия. От величины микронеровностей будет
зависеть величина коэффициента внешнего трения, а соответственно
и глубина проникновения алмазного конуса в испытуемое тело.
Для контроля формы наконечников с алмазным конусом или
пирамидой недавно был разработан прибор, показанный на фиг. 9.
Сущность метода, на котором основаны измерения, состоит в том,
что при вдавливании вер-
шины наконечника в пла-
стичный материал на боко-
вой поверхности вдавливае-
мого наконечника по линии
его границы с пластичным
материалом остается тон-
кая замкнутая линия. После
многократного вдавливания
вершины наконечника в пло-
скую поверхность метал-
лической пластинки в раз-
ных участках на различные
последовательно уменьша-
ющиеся и точно измеряе-
мые глубины на боковой
поверхности наконечника
образуются замкнутые ли-
нии, измеряемые обычными
методами. При измерении
на приборе, показанном
на фиг. 9, наконечник укре-
пляют в шпинделе 3, кото-
Фиг. 9. Прибор Л. Ю. Риделя для контроля
рый перемещается махо- алмазных наконечников,
вичком 5, при этом вели-
чина перемещения измеряется индикатором 4 с ценой деления
2 мк. На столик 1 винтового пресса кладут плоскопараллельную
Латунную пластину 2 с травленой верхней поверхностью.
Сначала шпиндель с наконечником приводят в исходное поло-
жение; для этого определяют момент касания его вершины с по-
верхностью пластинки по известному способу ФИЗО, т. е. по сбли-
жению видимых в поле зрения микроскопа 6 изображения вер-
шины наконечника и его отражения от поверхности пластинки.
Затем устанавливают в исходное положение шкалу индикатора,
наконечник которого должен касаться торца шпинделя при натяге
400—500 мк. Нулевое деление шкалы совмещают со стрелкой
и вдавливают наконечник в пластинку на глубину, достаточную
для определения формы вершины на заданной высоте. После этого
шпиндель с наконечником поднимают, перемещают латунную пла-
стинку, вновь устанавливают наконечник в исходное положение
и производят последующее вдавливание на меньшую глубину.
29
chipmaker.ru
Цикл многократно повторяют, каждый раз подводя под наконеч-
ник новый участок пластинки и уменьшая глубину вдавливания
(250, 200, 150, 100 и 50 мк).
После каждого вдавливания наконечника на его поверхности
остается тонкое замкнутое кольцо, состоящее из мельчайших
частиц материала пластины, хорошо видимых под микроскопом при
увеличении 30 х и более. После вдавливаний наконечника его сни-
мают и устанавливают вершиной вверх на столике микроскопа.
Затем на столик ставят стек-
Фиг. 10. Контур алмазного конуса.
лянный цилиндр соосно с нако-
нечником. Сбоку ставят осве-
тительную лампу так, чтобы
конус наконечника был равно-
мерно освещен, а кольца отчет-
ливо видны. В случае непра-
вильной формы конуса кольце-
вые линии не будут иметь фор-
му правильной окружности. На
фиг. 10 показан контур рабочей
части наконечника с алмаз-
ным конусом, полученный после
вдавливания наконечника сна-
чала на глубину 240 мк, а за-
тем на глубины, последователь-
но уменьшающиеся на 20 мк.
Отклонение кривых от формы
правильной окружности сви-
детельствует о неудовлетвори-
тельном качестве шлифования
алмазного конуса.
Изготовление наконечников с алмазной пирамидой. Отобранные
алмазы закрепляют в оправе так же, как и наконечники с алмаз-
ным конусом, — путем пайки. Затем подготовленную оправу
с закрепленным алмазом устанавливают в держатель приспособле-
ния специального гранильного станка для шлифования четырех
граней пирамиды. При шлифовании закрепленный в оправу алмаз
плавно подводят к быстро вращающемуся в горизонтальной пло-
скости чугунному диску, рабочая поверхность которого шаржиро-
вана мелким алмазным микропорошком зернистостью порядка
20—40 мк.
На фиг. 11 приведена одна из конструкций станка для огранки
алмазов. Станок состоит из станины 1, соединенной с верхним
кронштейном 9 с помощью стойки 8\ стола 3 и шпинделя 11, на
котором закреплен чугунный диск 2. Вращение диска производится
от индивидуального электродвигателя посредством ременной
передачи. С целью снижения вибраций шпинделя рекомендуется
применять ремни без сшивок (клиновые).
Давление верхнего опорного подшипника 4 регулируется с по-
мощью маховичка 6, винта 7, стакана 10 и пружины. На столе
31
-S00
30
chipmaker.ru
станка устанавливают одновременно несколько приспособлений 5,
в которые закрепляют оправку с алмазом для их шлифования.
С целью уменьшения вибраций системы, которые могут вызвать
выкрашивание острых ребер, стол, станина и электродвигатель
смонтированы отдельно друг от друга. Хомут 12 служит для пре-
дохранения шпинделя от смещения его из центровых подшипнико-
вых опор.
Преимуществом описанной конструкции станка является, с одной
стороны, возможность быстрой смены изношенного диска, с другой
стороны, предшествующая обработка поверхностей диска непосред-
ственно на центровых подшипниковых опорах обеспечивает точную
его установку на гранильном станке. На рабочей поверхности
чугунного диска делают мелкие радиальные риски, в которые
с помощью каленой стальной пластинки втирают в течение
~20 мин. алмазную пасту равномерно по всей рабочей части
диска. На шаржирование рабочей поверхности диска диаметром
240 мм расходуется 0,5 карата алмазного микропорошка соот-
ветствующей зернистости.
По данным ряда зарубежных предприятий диски рекомендуется
изготовлять из чугуна с высоким содержанием кремния и фос-
фора, около 1,5% каждого. Используемый для этой цели чугун
должен иметь твердость Нв 260 кг/мм?, а также поры соответ-
ствующих размеров.
^ихнологический процесс подготовки диска состоит из следую-
ццгеопсраций: а) протачивания диска в центрах; б) балансировки;
шлифования рабочей поверхности; г) нанесения рисок глуби-
нной до 0,3 мм-, д) втирания алмазного микропорошка, смешанного
с прованским маслом.
На фиг. 12 показана одна из многочисленных конструкций
приспособления для установки алмаза при его огранке. В салаз-
ках 1 установлен ползун 2, нижняя часть которого имеет форму
ласточкина хвоста. На ползуне укреплена стойка 3. В верхнем
конце стойки закреплено свободно качающееся коромысло 4, что
обеспечивает возможность опускания закрепленного в поворотном
угольнике 8 алмаза на поверхность вращающегося диска и отвод
алмаза путем откидывания коромысла назад. Последнее необхо-
димо как для установки оправы с алмазом, так и для контроля
процесса шлифования граней.
i Величина силы, прижимающей алмаз к поверхности вращаю-
щегося'диска, определяется весом коромысла, поворотных уголь-
ников 6, 7 и 8 и груза 5, который устанавливается в тех случаях,
:когда плоскость соприкосновения алмаза с диском большая. При
.помощи поворотных угольников 6, 7 и 8 можно установить алмаз
в любом положении. Эти угольники имеют шкалы, позволяющие
быстро производить точную установку шлифуемого алмаза под
требуемым углом. Регулируемый по высоте винтовой упор 9,
контргайка 10 и стойка 11 служат для установки оправы с алма-
зом на -определенном расстоянии относительно рабочей поверхно-
сти вращающегося диска.
32
На фиг. 13 показано приспособление для установки алмаза при
его шлифовании (огранке). По данным Гродзинского [54] эта кон-
струкция является наиболее совершенной. Она имеет алюминие-
вый корпус, который устанавливается в горизонтальной плоскости
с помощью выравнивающих винтов. Контроль положения приспо-
собления в горизонтальной плоскости производится с помощью
двухпозиционного уровня.
На некоторых специализированных предприятиях, изготовляю-
щих алмазные инструменты, применяют более совершенные станки-
Фиг. 12. Конструкция приспособления для установки алмаза
при его огранке.
полуавтоматы для шлифования алмазов '. В отличие от описанных
выше конструкций в этих станках диск имеет планетарное движе-
ние, которое осуществляется от индивидуального электродвигателя.
Наличие планетарного движения обеспечивает более высокую про-
изводительность процесса шлифования и чистоту шлифуемой
поверхности. Давление обрабатываемого кристалла алмаза на диск
регулируется противовесом или пружиной. Указывается, что на
станке можно обрабатывать плоские, сферические и конические
поверхности. Так, например, при шлифовании конических поверх-
ностей оправа с закрепленным в ней алмазом вращается от инди-
видуального электродвигателя. При шлифовании сферических
поверхностей оправа с алмазом, кроме вращения вокруг собствен-
ной оси, повертывается также вокруг оси приспособления, образуя
сферу радиусом до 300 мм. Это дополнительное движение осуще-
ствляется с помощью четвертого электродвигателя.
1 «Industrial Diamond Review», № 195, 1957.
33
chipmaker.ru
При огранке алмаза возникает «ПоКиций звук», йб чистоте
которого гранильщик определяет протекание процесса огранки.
Смещением ползуна относительно оси вращения чугунного диска
находят оптимальное положение шлифуемого алмаза на рабочей
поверхности диска. Периодически производят контроль процесса
огранки. Желательно, чтобы все четыре грани алмазной пирамиды
образовывали вершину в виде точки.
Готовые наконечники с алмазной пирамидой контролируются
не только по геометрическим размерам, но и на эталонном
приборе.
Фиг. 13. Универсальное приспособление для установки алмаза при его огранке:
1 — оправа, в которой закреплен алмаз; 2 и 3— гайки для закрепления оправы 1 в головке;
4 — вертикальная ось с восемью отмеченными позициями; 5 — фиксатор для фиксирования
соответствующего положения делительного диска о с 32 прорезями; 7 — транспортирная
часть головки, с помощью которой производят установку на соответствующий угол; 8 — палец,
стойка и нож, удерживающие кристалл в гнезде оправки от выпадания; 9 — регулировочный
вннт; 10 — винты для установки корпуса приспособления в горизонтальном положении;
11 — фиксаторы винтов 10; 12 — уровень, определяющий положение корпуса в горизон-
тальной плоскости; 13 — упор, определяющий величину съема алмаза; 14 — винт для креп-
ления упора 13; 15 — стержень, предупреждающий поворот приспособления 1-1 — алюми-
ниевый корпус приспособления; 17 — алюминиевые стойки.
Наконечники с алмазными пирамидами для измерения микро-
твердости изготовляются аналогичным способом. Вследствие малых
величин нагрузок, применяемых при измерении микротвердости,
а соответственно и малых размеров получаемых отпечатков, к этим
наконечникам предъявляются повышенные требования по точности
изготовления алмазной пирамиды. Так, если в наконечниках к при-
борам типа ТП (Виккерса) грани, образующие пирамиду, могут
иметь гребень на вершине длиной в несколько микронов, то в на-
конечниках к приборам для измерения микротвердости величина
этого гребня допускается не более одного микрона. Кроме того,
для уменьшения трения при вдавливании и повышения прочности
вершины пирамиды рекомендуется производить более тщательное
полирование граней на длине не менее 0,15 мм, считая по оси
пирамиды.
34
Шлифование граней пирамиды производится аналогичном
методом на гранильном станке, конструкция которого была опи-
сана выше.
Контроль готовых наконечников производится путем проверки
размеров державки и геометрической формы рабочей части алмаза.
Технологический процесс изготовления наконечников для
измерения твердости методом упругого отскока, за исключением
операции шлифования сферической поверхности, аналогичен про-
цессу изготовления наконечников с алмазным конусом. Так же
изготовляются и наконечники для измерения твердости царапа-
нием и алмазные иглы для измерения микрогеометрии поверх-
ности.
5. ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИБОРОВ С АЛМАЗНЫМИ
НАКОНЕЧНИКАМИ
Высокая стоимость алмазных наконечников, хрупкость кристал-
лов алмазов и ряд ругих факторов обусловливают необходимость
строгого соблюдения правил эксплуатации приборов, на которых
используются эти наконечники.
Измерение твердости на приборах ТК (Роквелла)
Прежде всего следует установить, с каким наконечником и при
какой нагрузке будет производиться измерение твердости. Затем
вставить наконечник в отверстие шпинделя и закрепить винтом.
При установке наконечника на прибор необходимо слегка отвер-
нуть стопорный винт на шпинделе прибора и вставить в него
наконечник, повернув лыской к винту. Затем вновь завернуть
винт. Опорные поверхности наконечника и шпинделя прибора
должны плотно прилегать друг к другу. Наличие на опорных
поверхностях грязи, смазки, забоин и др. будет отражаться на точ-
ности показаний прибора.
В табл. 3 приведены обозначения шкал твердости по ОСТу
10242-40, а также рекомендации по применению различных нако-
нечников при измерении твердости на приборе типа ТК (Рок-
велла).
Шкала А (см. табл. 3) применяется: а) для измерения твер-
дости сверхтвердых материалов, таких, как металлокерамические
твердые сплавы; б) для испытания тонкого твердого листового
материала; в) для испытаний, при которых требуется определить
твердость лишь тонкого поверхностного слоя.
Шкала С применяется для определения твердости терми-
чески обработанных сталей и других материалов, твердость кото-
рых может быть в пределах от 20 до 67 ед. При определении
твердости материалов менее 20 ед. конус слишком глубоко прони-
кает в образец, в результате чего могут иметь место недостаточно
точные показания прибора. При определении твердости материа-
лов более 70 ед. вершина алмазного конуса испытывает весьма
35
chipmaker.ru
Таблица $
Выбор наконёчйика и нагрузки для испытаний
Твердость по Бринелю Ив Обозна- чение шкалы на приборе тк (Роквелла) Вид наконечника Нагрузка в кг Обозначение твердости на приборе типа ГК (Роквелла) Допустимые пределы шкалы
60—230 в Стальной шарик диаметром 1/1е" 100 Rb 25—100
230—495 с Т вердосплавный 150 Rc 20—50*
230—700 с Алмазный конус 150 Rc 20—67
Свыше 700 А То же 60 Ra Свыше 67
* При измерении производства. твердости деталей в условиях серийного и массового
большие нагрузки, вследствие чего кристалл алмаза может быть
расколот.
Шкала В служит для испытания материалов средней твер-
дости. При определении твердости материалов выше 100 ед. может
деформироваться и сам шарик, что оказывает влияние на точ-
ность работы прибора.
В процессе испытания нагрузка на наконечник должна при-
лагаться плавно, без толчков и ударов, с постоянным возраста-
нием до заданной величины. Плавная нагрузка на алмазный конус
обеспечивается наличием амортизатора (масляного демпфера),
который настроен на определенную продолжительность испыта-
ния. Поэтому при измерении твердости не следует ускорять или
замедлять движение рукоятки. Скорость приложения основной
нагрузки определяется с помощью секундомера. Для твердых
материалов время приложения основной нагрузки (т. е. время,
в течение которого наблюдается заметное перемещение стрелки
индикатора) должно равняться 4—5 сек. Снятие основной
нагрузки производят плавным и спокойным возвращением пуско-
вой рукоятки в начальное положение. Даже в случае неболь-
шого удара или неправильного обращения кончик алмазного
конуса может быть поврежден, вследствие чего прибор будет
давать неправильные показания. Алмазный конус может быть
расколот при неаккуратной установке или снятии с прибора кон-
тролируемого изделия, при смене опорного столика и т. д.
По окончании испытания образца или изделия алмазным конусом
столик следует опускать возможно ниже, чтобы не повредить
алмаза при снятии испытуемого образца. В этих случаях
рекомендуется дополнительно защищать алмаз рукой [1].
Опорный столик выбирают в зависимости от конфигурации
испытуемого образца или изделия и устанавливают его в отвер-
36
стие подъемного винта. Менять столик у прибора следует только
после того, как будет снят алмазный наконечник.
Большое влияние на срок службы наконечников оказывает
правильная установка образцов при испытании. Следует заметить,
что при испытании твердости методом статического вдавливания
необходимо, чтобы алмазный наконечник вдавливался в образец
перпендикулярно его поверхности, если она плоская, и радиально,
если она криволинейная. Контролируемое изделие должно быть
положено непосредственно на столик, без каких-либо прокладок.
В тех случаях, когда это требование не может быть выполнено
с использованием одного из столиков, прилагаемых к прибору (кон-
троль шарообразных и конических изделий), рекомендуется
изготовить специальный столик. Цилиндрические изделия следует
испытывать на призматических столах, при этом ось алмазного
наконечника должна быть не только перпендикулярна оси призмы,
но и пересекать ее.
На фиг. 14 показано, как нужно устанавливать на опорном
столике детали с различной испытуемой поверхностью: 1 — пло-
ской, 2 — цилиндрической, 3 — конусной, 4 — шаровой и криво-
линейной, 5 — криволинейной с наклонной опорной поверхностью:
I — неправильная установка деталей; испытуемая поверх-
ность неперпендикулярна направлению прилагаемой
СИЛЫ;
II—правильная установка; для центрирования применены
профильный и опорный столики;
III—неправильная установка; образец неустойчив;
IV — правильная установка; для центрирования применен
.профильный и опорный столики;
V — неправильная установка; образец может деформироваться;
VI — правильная установка; образец установлен на специальном
опорном столике.
При измерениях твердости наконечником с алмазным конусом
расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра
другого отпечатка должно быть не менее 2,5 мм. Во избежание
скалывания алмаза нельзя проводить испытания вблизи раковин,
рисок, канавок и инородных включений на испытуемой поверх-
ности.
Для получения стабильных результатов измерений необходимо,
чтобы испытуемая поверхность была зачищенной и сухой. Наличие
слоя масла, окалины, коррозии и окисных пленок оказывает
заметное влияние на результаты измерений.
По окончании работы на приборе рекомендуется снять алмаз-
ный наконечник, смазать его и уложить в футляр. Периодически
следует Усматривать алмазный конус под микроскопом при уве-
личении не менее 25—30 х. При обнаружении повреждений
на наконечнике им нельзя больше пользоваться.
При затуплении шлифовального алмазного конуса наконечник
снимают с прибора и производят его заточку (восстановление).
При соблюдении правил эксплуатации наконечники, армирован-
37
chipmaker.ru
ные алмазным конусом, допускают многократное их перешлифова-
ние. В случае раскалывания кристалла алмаза в процессе испы-
таний необходимо тщательно собрать осколки кристалла и сдать
Фиг. 14. Примеры установки деталей на приборе при измерении твердости [1].
их в установленном порядке. В ряде случаев на предприятиях,
в нарушение действующих инструкций, эти осколки используют для
других целей, где могут применяться менее качественные кри-
сталлы. Последнее приводит к нерациональному использованию
алмазов,
38
Измерение твердости на приборе ТП (Виккерса) с. алмазной
пирамидой. Метод определения твердости алмазной пирамидой
применим как к мягким, так и к твердым материалам, но в осо-
бенности он эффективен при испытаниях образцов из очень
твердых материалов, образцов и изделий, имеющих весьма малые
сечения, а также для испытания твердости прочных тонких наруж-
ных слоев. Испытания могут производиться при нагрузках от 1
до 120 кг. При выборе величины нагрузки рекомендуется руковод-
ствоваться данными, приведенными в табл. 4.
Таблица 4
Выбор величины нагрузки в зависимости от твердости и толщины
испытуемого'' образца
Толщина образца в мм Твердость по прибору ТП (Виккерса)
20—50 50—100 100- 300 300-000
Рекомендуемая величина нагрузки Р в кг
0,3—0,5 5—10
0,5—1,0 —- — 5—10 10—20
1—2 5—10 25—10 10—20 —
2—4 10—20 20—30 20—50 20—50
>4 >20 >30 >50 —
При испытании твердого материала (при/7о более 500) рекомен-
дуется применять нагрузки не более 50 кг, так как в этих
случаях большие нагрузки могут вызвать повреждение алмаза.
Метод определения твердости алмазной пирамидой вследствие
более низкой производительности применяется реже по сравне-
нию с определением на приборе типа Роквелла. Согласно
инструкции испытуемая поверхность образца, так же как и при
измерении твердости алмазным конусом, должна быть чистой
и свободной от окалины. Образец должен быть установлен устой-
чиво, так чтобы в процессе испытания он не перемещался и не
прогибался. Соответственно следует соблюдать и ряд других
правил предосторожности, изложенных выше. Испытуемая поверх-
ность должна быть установлена нормально к оси наконечника.
Наклон ее допускается не свыше 2°.
Кроме того, не рекомендуется производить испытание металлов,
имеющих поры, посторонние включения, грубые следы механиче-
ской обработки и др., так как в этом случае можно повредить
алмазную пирамиду.
При установке алмазного наконечника отвертывают колпачок
и закрепляют в нем наконечник специальным винтиком так,
чтобы нанесенная на наконечнике черта совпала с чертой на кол-
пачке, после чего колпачок снова навертывают на шпиндель при-
бора. Установка алмазного наконечника по риске необходима для
ориентировки отпечатка относительно шторок микроскопа. Непра-
39
chipmaker.ru
вильное крепление алмазной оправки в колпачке может оказы-
вать влияние на результаты измерений. При установке образца
следует придерживаться тех же правил, что и при испытании
на приборах типа ТК (Роквелла). Расстояние между центрами
двух отпечатков, а также от края образца должно быть не менее
2,5 диагоналей отпечатка. Требования к приборам для определе-
ния твердости вдавливанием алмазной пирамиды и правила их
проверки изложены в ГОСТах 2999-45, 7038-54 и в инструкции
235-56 Комитета стандартов, мер и измерительных приборов.
При контроле микротвердости на приборах типа ПМТ-2
и ПМТ-3 во избежание поломки наконечника или подвеса рекомен-
дуется алмазный наконечний всегда держать приподнятым,
за исключением момента накола. Измеряемый образец должен
быть надежно закреплен на предметном столике прибора, а поверх-
ность накола должна быть строго параллельна его поверхности.
Последнее достигается запрессовкой испытуемого образца в пла-
стилин на ручном прессике.
6. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ
АЛМАЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
За последнее время был выполнен ряд работ по изысканию
методов измерения твердости без применения алмазных инстру-
ментов. Работы велись в двух направлениях, а именно: ПО’ замене
Вставка припаивается
В ВрпжпЙке лптиньн)
-—11 ±0,5—-
2в±г
Фиг. 15. Твердосплавный наконечник для измерения твердости
при приборе ТК (Роквелла).
алмаза в наконечниках, используемых на действующих приборах,
другими материалами и по разработке совершенно новых типов
приборов, на которых измерение твердости производилось бы
не вдавливанием.
В результате проведенного комплекса работ было установлено,
что для контроля твердости материалов на приборах ТК (Рок-
велла) в условиях серийного и массового производства при изме-
рении твердости до /?с = 50 можно успешно использовать
твердосплавные наконечники (фиг. 15). Эти наконечники, так же
как и алмазные, изготовляются в централизованном порядке.
Твердосплавный наконечник (фиг. 15) состоит из стальной
40
оправы 1 и впаянной в нее вставки 2 из твердого сплава марки
ВК6.
Щлифование конуса вставки под углом 120° осуществляется
на круглошлифовальном станке. Доводку радиуса при вершине
производят на притире, шаржированном микропорошками из кар-
бида бора или алмаза.
Проверку точности показаний прибора, оснащенного твердо-
сплавным наконечником, производят путем сопоставления пока-
заний, полученных при испытании эталонным алмазным наконеч-
ником.
При использовании твердосплавного наконечника на приборе
следует соблюдать все указанные выше правила эксплуатации
алмазных наконечников.
Ниже приведено описание нового безалмазного метода кон-
троля твердости деталей методом магнитной проницаемости *.
Львовским политехническим институтом сконструированы для
этой цели электронные сигнализирующие приборы, основанные
на магнитной проницаемости деталей. Твердость деталей на этих
приборах контролируют путем их сравнения с деталью-эталоном,
которая имеет заранее известную твердость, измеренную на при-
боре с алмазным конусом, и по размерам одинакова с контро-
лируемой.
Приборы работают на переменном токе частотой 50 гц и напря-
жением 220 в. Контрольные данные получаются путем сравнения
магнитной проницаемости проверяемой детали с магнитной прони-
цаемостью детали-эталона. Магнитная проницаемость детали
преобразуется в электрическую величину посредством датчика,
который состоит из двух трансформаторов. В одном из них сердеч-
ником служит деталь-изделие, а в другом — деталь-эталон. Оба
трансформатора состоят из первичной измерительной и вторичной
намагничивающей обмоток. Намагничивающие обмотки обоих
трансформаторов включены последовательно-согласно, а измери-
тельные — последовательно-встречно.
По разности электродвижущей силы с помощью электронного
усилителя и специальных электромагнитных реле определяют
годные и бракованные детали. При этом электромагнитное реле
связано с сигнальными лампами, что обеспечивает контроль
детали в течение 2—3 век., тогда как на приборах типа Роквелла
время измерения твердости детали в 5—6 раз больше.
Этот метод контроля деталей может быть легко автоматизиро-
ван путем дополнения прибора бункерным загрузочным приспосо-
блением, а также измерительным, сортирующим, счетным и раз-
магничивающими устройствами. Возможность автоматизации опе-
раций контроля, высокое качество контроля, не зависящее
от субъективных причин, высокая производительность контроля
1 А. В. К о р у н о в а, Контроль твердости методом магнитной проницае-
мости, Бюллетень технико-экономической информации Тяжелая промышлен-
ность Подмосковья, № 1, ЦБТИ, 1958, стр. 54.
41
chipmaker.ru
Фиг. 16. Корундовый
наконечник для изме-
рения твердости метал-
лов при высоких тем-
пературах.
науглероживание.
твердости методом магнитной проницаемости обусловливают
широкое его применение в крупносерийном и массовом производ-
ствах.
За последнее время большое распростра-
нение получила методика измерения твердо-
сти металлов и сплавов, основанная на стати-
ческом вдавливании наконечника в испы-
туемый образец, нагретый в вакууме1 до
температур ~1100—1300°. При температурах
начиная с 850° измерение твердости вызывает
быстрый износ алмазных пирамид, а при тем-
пературе 1100—1200° достаточно одного вдав-
ливания для вывода алмазного наконечника
из строя.
В данном случае быстрое разрушение
алмазного индентора может быть обусловлено
или растворением кристалла алмаза в испы-
туемом образце, или адгезией алмаза с испы-
туемым материалом.
Так, например, при высокотемпературных
испытаниях стали алмазный индентор раство-
ряется в испытуемом образце, производя его
При высокотемпературных испытаниях твер-
дости в вакууме других материалов, имеющих меньшее сходство
с углеродом, может иметь место адгезия алмазного индентора
с испытуемым материалом, а также значительные изменения коэф-
фициента трения вследствие разрушения адсорбированных поверх-
ностных пленок. Исследования [52] показали, что три трении алмаза
о чистые металлические поверхности на воздухе коэффициент тре-
ния равен 0,2. После же удаления поверхностных пленок значение
коэффициента трения в вакууме достигает ~3. При этом частицы
металла могут прилипать к поверхности алмаза.
Опыты по изучению ряда различных материалов показали, что
наиболее подходящим для указанной цели является синтетический
корунд.
На фиг. 16 показан наконечник 1 из молибдена со вставкой 2
из синтетического корунда. Вставка имеет форму цилиндра диа-
метром 4 мм с коническим переходом 1 : 4 в зоне зачеканки в кор-
пус индентора. Общая высота вставки ~5 мм. После зачеканки
вставку гранят подобно алмазной пирамиде.
1 М. Г. Лозинский и М. Б. Гутерман, Высокотермостойкие инден-
торы для измерения твердости металлов при нагреве до 1300° в вакууме,
«Заводская лаборатория» № 11, 1956.
ГЛАВА III
ПРАВКА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
1. ПРОЦЕСС ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
В настоящее время шлифование является одним из основных
методов точной обработки деталей, при этом достигаются высокие
классы чистоты поверхности и точности обработки. В отличие от
других процессов резания металлов инструментами с правильной
геометрией процесс шлифования имеет ряд специфических осо-
бенностей, знание которых позволяет наиболее эффективно вести
этот процесс.
Практика шлифовальных работ, а также ряд исследований [11],
[21], [30], [31], [40] и др., проведенных за последнее время, показы-
вают, что точность и чистота шлифуемых поверхностей неразрывно
связаны с процессом правки шлифовального круга и методами
шлифования, особенно с приемами окончания шлифовальных опе-
раций, применяемыми для улучшения чистоты поверхности.
От правильного выбора правящих средств и режимов правки
зависят также производительность операции шлифования, расход
шлифовальных кругов и правящих инструментов. Поэтому каждый
шлифовщик должен хорошо знать не только процесс шлифования,
но и процесс правки шлифовального круга. Однако, если правила
подбора абразивного инструмента и режимов шлифования срав-
нительно полно освещены в технической литературе, то вопрос
рационального использования правящих инструментов за последнее
время освещался односторонне и касался обычно безалмазных
правящих средств.
Между тем, на правку шлифовальных кругов расходуется
значительное количество дорогостоящих алмазов в виде различ-
ных алмазных инструментов, поэтому снижение их расхода
в результате применения методов наиболее рационального их
использования имеет исключительно важное значение.
Известно, что шлифовальный круг является режущим инстру-
ментом, который в процессе шлифования самозатачивается путем
частичного раскалывания или полного выкрашивания затупив-
шихся абразивных зерен, соединенных между собой относительно
более мягким материалом — связкой. Количественное соотноше-
ние выкрашивающихся целых зерен, крупных и мелких их кусков
43
r.ru
может меняться в зависимости от режима, при котором работал
шлифовальный.круг [28]. В большинстве случаев происходит про-
цесс раскалывания зерна на более мелкие части.
Свойства шлифовального круга затупляться или самозатачи-
ваться зависят от совокупности ряда факторов, оказывающих
влияние на процесс шлифования. К числу основных факторов
следует отнести физико-механические свойства шлифуемого
материала абразивных зерен и связки, режим шлифования и др.
В практике наблюдается, что с полным самозатачиванием
абразивные инструменты работают лишь на некоторых предвари-
тельных операциях (предварительное плоское шлифование сег-
ментными кругами и ДР-), тогда как на чистовых операциях
самозатачивание шлифовального круга не обеспечивает сохране-
ния геометрических размеров, микропрофиля и режущих свойств
его рабочей поверхности, вследствие чего необходимо периодически
производить правку круга.
Геометрические размеры и микропрофиль рабочей поверхности
у шлифовального круга изменяются вследствие неравномерного
разрушения абразивных зерен, расположенных на рабочей поверх-
ности круга. Последнее вызывается неравномерной нагрузкой
на них, неравномерным их расположением, неодинаковой остротой,
расположением и прочностью режущих ребер, а также различной
прочностью соединения отдельных зерен со связкой и т. д.
Режущую способность шлифовальный круг теряет вследствие
микро- и макровыкрашивания режущих ребер абразивных зерен,
увеличения радиуса их округления, заполнения пор круга мель-
чайшими частицами шлифуемого материала, связки круга и мел-
ких фракций абразивного материала, налипания частичек шли-
фуемого материала на верхушки режущих зерен. Дальнейшая
работа таким кругом требует увеличения давления шлифовального
круга на шлифуемое изделие, что опасно не только для изделия,
но и для круга, так как последний вследствие увеличивающегося
трения скольжения быстро перегревается и может разрушиться
даже при незначительном охлаждении.
В связи с тем, что наибольшая часть шлифовального круга
расходуется в процессе правки, величина слоя абразива, снимае-
мого правящим инструментом, должна быть минимальной. Однако
в производственных условиях величина этого слоя определяется
в большинстве случаев не условиями технической необходимости,
а квалификацией рабочего-шлифовщика, причем обычно толщина
снимаемого при правке слоя бывает в несколько раз большей,
чем это необходимо для восстановления рабочей поверхности
круга. Вследствие этого соответственно расходуется больше
шлифовальных кругов и правящих инструментов.
Исследованиями [31], проведенными Всесоюзным научно-иссле-
довательским институтом абразивов и шлифования (ВНИИАШ),
установлено, что режущая способность шлифовального круга пол-
ностью восстанавливается при съеме с затупившейся рабочей
поверхности круга слоя абразива величиной 0,08 мм. При этом
44
Пбсстайавливается йе только режущая способность, но и форма
круга.
Из графика, показанного на фиг. 17, видно, что увеличение
снимаемого слоя при правке не дает повышения стойкости шли-
фовального круга, а лишь увеличивает непроизводительный его
расход [31].
При правке шлифовального круга любым правящим инструмен-
том происходит процесс разрушения не только удаляемого слоя,
но и поверхностного слоя шлифовального круга. Характер проте-
кания процесса разрушения, а соответственно и глубина разруше-
ния поверхностного слоя
после правки зависят от
метода правки, характе-
ристики шлифовального
круга, режимов правки,
правящего инструмента и
ряда других факторов.
Естественно, что большин-
ство указанных факторов
будет оказывать влияние
на точность и чистоту
шлифуемых изделий, про-
изводительность и, на-
конец, на расход шлифо-
вальных кругов и правя-
Фиг. 17. Влияние толщины слоя, снимаемого
при правке, на стойкость круга при шлифова-
нии.
щих инструментов.
Первоначально, когда появились первые шлифовальные станки,
правку шлифовальных кругов производили только крупными
алмазными зернами, закрепленными в металлические оправы.
Однако в связи с бурным ростом машиностроения спрос на алмаз-
ные инструменты быстро возрос, соответственно возросли и цены
на алмазы. Необходимо было изыскивать более дешевые, но в то же
время эффективные правящие инструменты.
По мере совершенствования процесса шлифования усовершен-
ствовались и правящие инструменты. Например, вместо крупных
качественных кристаллов алмазов начали применять алмазно-
металлические карандаши, при изготовлений которых исполь-
зуются сравнительно мелкие с дефектами кристаллы алмазов
и их осколки.
Появление вращающихся металлических правящих инструмен-
тов (звездочек и дисков), работающих методом обкатывания,
явилось новым направлением в разработке конструкций безал-
мазных правящих инструментов.
В дальнейшем для правки шлифовальных кругов при шли-
фовании точных деталей начали применять абразивные диски
из карбида кремния, работающие как методом обкатывания,
так и медотом шлифования. Этот метод правки, благодаря ряду
его преимуществ, в настоящее время получил широкое распро-
странение.
45
chipmaker.ru
Иногда правку шлифовальных кругоё п|5ойЗЁоДйт с пбМощЫб
комбинированных правящих инструментов, причем процесс правки
такими правящими инструментами называют комбинированным
методом. При этом первоначальная правка производится инстру-
ментами, обеспечивающими быстрый съем абразивного материала,
а окончательная правка — инструментами, которые позволяют
получить требуемые геометрию и микропрофиль рабочей поверх-
ности круга.
В настоящее время правку шлифовальных кругов выполняют
тремя способами:
1) методом обтачивания с помощью алмазных инструментов;
2) методом обкатывания — безалмазными правящими инстру-
ментами;
3) методом шлифования — абразивными кругами из карбида
кремния.
В данной работе подробно рассматривается лишь процесс
правки шлифовальных кругов методом обтачивания, выполняемый
с помощью алмазных инструментов.
Подробное изложение теоретических и практических вопросов
по безалмазной правке шлифовальных кругов приведено во мно-
гих работах [3}, [5], [9], [20], [29], [31], [33], [40] и др.
2. ПРАВКА АЛМАЗНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
Правка шлифовального круга, выполняемая с помощью алмаз-
ного инструмента, представляет собой процесс высокоскоростного
разрушения твердого абразивного материала и связки шлифоваль-
ного круга, аналогичный по кинематической схеме процессу точе-
ния ряда конструкционных материалов.
Для выяснения физической сущности процесса правки шлифо-
вальных кругов алмазными инструментами рассмотрим ряд зако-
номерностей, установленных для процесса точения, которые могут
быть распространены и на. процесс правки алмазным инструмен-
том, а именно:
1. Правящий инструмент должен быть тверже, чем абразивные
зерна электрокорунда или карбида кремния и связующие мате-
риалы шлифовального круга. Несмотря на то, что ребра алмаза,
в результате его чрезвычайно высокой износоустойчивости, нахо-
дятся в длительном контакте с выправляемой поверхностью шли-
фовального круга, они крайне незначительно изменяют свою
форму, тогда как другие материалы не выдерживают этого усло-
вия даже в течение короткого промежутка времени.
2. Наибольшее влияние на микропрофиль выправляемой поверх-
ности круга, который копируется на обрабатываемой поверхности,
должны оказывать: величина продольной подачи правящего
инструмента на один оборот шлифовального круга и геометрия
алмазного инструмента в плоскости, проходящей через ось шли-
фовального круга и точку контакта. Кроме того, на микропрофиль
должны оказывать влияние характеристика шлифовального круга,
46
Глубина снимаемого сЛоя За ОДИН проход, радиус округЛеййй
режущих ребер и износ алмаза, охлаждающие жидкости и многие
другие факторы.
Более полный анализ влияния отдельных факторов на процесс
правки будет дан в соответствующих разделах.
Процесс разрушения поверхностного слоя шлифовального круга
при правке алмазным инструментом происходит под действием
ударных мгновенных сил, возникающих вследствие ударов быстро
движущихся абразивных зерен о твердое ребро кристалла алмаза.
Так, при правке шлифовального круга зернистостью 60 (размер
зерна равен 0,25 мм) с окружной скоростью 25 м/сек время сопри-
косновения абразивного зерна с алмазом составляет 0,00001 сек.
Учитывая характер разрушения абразивных зерен, время, за кото-
рое происходит разрушение отдельных зерен, будет во много раз
меньше указанного.
Как показали исследования [11], [24], [38], [40], скалывание
абразивных зерен при правке шлифовального круга алмазным
инструментом происходит главным образом по наиболее выгодным
кристаллографическим направлениям или в местах, имеющих
местные дефекты.
При правке методом обтачивания площадь контакта алмаза
со шлифовальным кругом во много раз меньше, чем при правке
методом обкатывания или методом шлифования безалмазными
правящими инструментами, в результате чего суммарная соста-
вляющая нормальных сил вызывает соответственно меныпие
упругие деформации в системе шлифовальный круг — станок —
правящий инструмент. Последнее оказывает влияние на точность
геометрической формы и микропрофиль выправляемой поверх-
ности шлифовального круга.
Ниже приведены величины нормальной составляющей силы,
имеющие место при правке шлифовального круга твердостью
СТ2 различными правящими инструментами по данным
В. Д. Сильвестрова [40].
Алмазно-металлический карандаш........................ 5 кг
Диск из крошки твердого сплава ВКЗ.....................12 „
Абразивные диски АС-325 (МЗШ) 2 шт. в державке........18 я
Цельные диски из твердого сплава ВКЗ 2 шт. в державке 30 я
Из приведенных выше данных видно, что величина нормальной
составляющей силы при правке алмазным инструментом в 2,5—
6 раз меньше, чем при правке методом обкатывания.
Поэтому наличие люфтов и недостаточная жесткость системы
шлифовальный круг — станок — - правящий инструмент при правке
алмазным инструментом меньше отражается на точности геометри-
ческой формы и микропрофиле выправляемой поверхности круга.
Кроме того, высокая точность геометрической формы выпра-
вляемой поверхности шлифовального круга обеспечивается также
за счет весьма высокой износостойкости алмазного инструмента.
47
chipmaker.ru
При правке шлифовального круга, имеющего Низкую твер-
дость, будет иметь место частичное выкрашивание и целых абра-
зивных зерен, тогда как при правке более твердых шлифовальных
кругов выкрашивания целых зерен почти совершенно не проис-
ходит.
С увеличением твердости связки шлифовального круга увели-
чивается и нормальная составляющая сила. Так, например,
по данным исследований В. Д. Сильвестрова [40] силы, возникаю-
щие при правке круга твердостью СТ2, на 50% больше, чем при
правке круга твердостью С2.
Следует заметить, что в процессе правки имеет место не только
разрушение поверхности шлифовального круга, но и частич-
ное разрушение (износ) алмаза, несмотря на его чрезвычайно
высокую износостойкость. Алмазный кристалл изнашивается под
действием многочисленных ударов острых абразивных зерен шли-
фовального круга, а также трения его о выправляемую поверхность
круга. При этом износ алмаза будет зависеть от ряда факторов:
характеристики шлифовального круга, режима правки, геометрии
алмаза, его установки относительно круга, ориентировки оси
кристалла относительно направления движения шлифовального
круга и др.
При правке шлифовальных кругов, изготовляемых из более
твердого абразивного материала — карбида кремния, износ
алмаза больше, чем при правке кругов из электрокорунда,
в 1,6 раза. Последнее можно объяснить более высокой абразивной
способностью зерен карбида кремния по сравнению с электро-
корундом.
Большое влияние на износ алмаза в процессе правки оказы-
вает зернистость шлифовального круга. С уменьшением размера
зерна износ алмаза увеличивается вследствие соприкосновения его
с. большим количеством острых ребер абразивных зерен, содержа-
щихся в единице объема шлифовального круга.
Кроме того, с уменьшением зернистости шлифовального круга
имеет место увеличение прочности его черепка в результате воз-
растания реагентоспособности абразивных зерен со связкой, что
также увеличивает износ алмаза в процессе правки.
Одним из основных факторов, влияющих на износ алмаза в про-
цессе правки, является твердость шлифовального круга, с повы-
шением которой прочность соединения абразивных зерен между
собой увеличивается, в результате чего нагрузка на алмаз воз-
растает.
При наличии весьма жестких связей разрушению подвергается
лишь наружная часть абразивного зерна. При невысокой жесткости
связей разрушение распространяется в глубь абразивного зерна,
причем в отличие от первого случая будет иметь место и более
глубокое разрушение слоя связки.
В табл. 5 приведены коэффициенты, учитывающие влияние зер-
нистости, твердости и других характеристик шлифовального круга
на износ алмаза [34].
48
Таблица 5
Коэффициенты изменения расхода алмазов в зависимости от различных факторов
2 Зернистость круга Твердость круга Связка круга Вид абра- зивного материала
46-80 80 100 120 180 М3 С.Ч1 СМ2 С1 С2 СТ1 СТ2 стз керами- , ческая бакели- товая ! вулкани- товая электро- корунд карбид кремния
1.0 1.2 1,4 1.5 1.7 0,7 1,0 1.5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 1,0 0,7 0,4 1,0 1,6
3. ВИДЫ АЛМАЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
ДЛЯ ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
В настоящее время для правки шлифовальных кругов приме-
няют алмазы-зерна, укрепленные в специальных оправах; алмаз-
но-металлические карандаши, изготовляемые по ГОСТу 607-56;
специальные шлифованные алмазные иглы и алмазные иглы
с естественными острыми ребрами. Основным видом алмазного
инструмента, применяющегося для правки шлифовальных кругов,
являются алмазно-металлические карандаши
Алмазные инструменты необходимо применять только на
весьма точных чистовых операциях, при выполнении которых
ни один из безалмазных правящих инструментов не обеспечивает
требуемой по чертежу точности и чистоты поверхности шлифуемой
детали.
Необходимость применения алмазного инструмента в зависи-
мости от чистоты и точности геометрической формы, размера
и взаимного расположения шлифуемых поверхностей определяется
специальным перечнем применяемости алмазного инструмента для
правки шлифовальных кругов (см. раздел 7 данной главы).
Алмазно-металлические карандаши. В настоящее время при шли-
фовании весьма точных деталей взамен дорогостоящих алмазов-
зерен в оправах широко используют алмазно-металлические
карандаши, изготовляемые из мелких или дефектных алмазов.
Использование дешевых сортов мелких алмазов в алмазно-метал-
лических карандашах, несмотря на полное изнашивание кристал-
лов в процессе правки, более экономично.
Алмазно-металлические карандаши представляют собой изде-
лия цилиндрической формы, в которых в определенном порядке
размещены кристаллы алмазов, прочно сцементированные посред-
ством специального сплава. Этот сплав имеет почти такой же
коэффициент теплового расширения, как и алмаз, поэтому при
изменениях температуры алмазно-металлического карандаша
алмазы не испытывают давления.
49
chipmaker.ru
В ГОСТе 607-56 значительно расширена номенклатура алмаз-
ных инструментов для правки шлифовальных кругов, что позволяет
более рационально использовать алмазное сырье, а также более
полно удовлетворять потребности промышленности в этих инстру-
ментах.
Вес алмазов и размеры изготовляемых алмазно-металлических
карандашей согласно ГОСТу 607-56 приведены в табл. 6.
Таблица 6
Характеристика алмазно-металлических карандашей
Тип карандаша Марка каран- даша Характеристика алмазов Общий вес алмазов в каран- даше в каратах Количество алмазов в слое в шт. Размеры алмазно-металлических вставок и схемы расположения в них кристаллов алмазов
Г руппа Вес от- дельных кристал- лов в ка- ратах или размер зерна по ГОСТу 3238-46 Номинальный вес Допускаемые отклонения
и ЦК Крупные От 0.85 ДО Va Фактиче- ский вес алмаз- ного зерна 1
*—
— m2
цс Средние От V2 ДО Vs 1 ±0,02 1
эзе<эо-
—25±2 —
цм Мелкие От Vs До Vio 0,5 +0,02 1
-—2И2 —
50
Продолжение табл, ё
1 Тип карандаша 1 Марка каран- даша Характеристика алмазов Общи й вес алмазов в каран- даше в каратах Количество алмазов в слое в шт. Размеры алмазно-металлических вставок и схемы расположения в них кристаллов алмазов
Группа Вес от- дельных кристал- лов в ка- ратах или размер зерна по ГОСТу 3238-46 Номиннльный вес Допускаемые отклонения
цнм Наиболее мелкие зерна и наиболее От 1/i0
а
Ц ЦНМУ мелкие кри- сталлы удлиненной формы ДО 7ао 0,5 ±0,02 1 эсхюоооссе—
<Ю12
ЦВМ Весьма мелкие От 720 ДО 1/з0 0.5 ±0,02 1 ё-
аеоосоооосоеэе
V0t2
С сс Средние От !/5 ДО 710 1,0 ±0,02 2—4 Безалмазная । каранда часть ша
ё4 V ого ।
1 ~16И—
см Мелкие От 710 ДО 7so 1,0 ±0,02 4-5 с Г
э°о ОоО
—1SU-
н ним Наиболее мелкие От 7120 ДО 745о 1,0 ±0,02 — 10±1 —
«• а
51
chipmaker.ru
Продолжение табл. 6
| Тип карандаша Марка каран- даша Характеристика алмазов Общий вес алмазов в каран- даше в каратах Количество алмазов в слое в шт. Размеры алмазно-металлнческих вставок н схемы расположения в них кристаллов алмазов
Группа Вес от- дельных кристал- лов в ка- ратах или размер зерна по ГОСТу 3238-46 Номинальный вес Допускаемые отклонения
н НВМ-36 Весьма мелкие № 36 0,5 ±0,02 —
НВМ-46 То же № 46 0,5 ±0,02 — 10 и —
НВ М-60 « № 60 0,5 ±0,02 — е.
-шпА
НВМ-80 » № 80 0,5 ±0,02 —
НВМ-100 « № 100 0,5 ±0,02 —
Согласно ГОСТу 607-56 алмазно-металлические вставки запрес-
совываются заводом-изготовителем в оправы, размеры которых
приведены на фиг. 18—21.
Фиг. 18. Стальная оправа для алмазно-
металлических карандашей марок ЦК,
ССиСМ.
Фиг. 19. Стальная оправа для алмазно-
металлических карандашей марки
НВМ.
На цилиндрической части оправы алмазно-металлического
карандаша ставится марка и его заводской номер. Каждый
алмазно-металлический карандаш вместе с паспортом и рентгено-
граммой, показывающей расположение алмазных зерен, уклады-
вается в деревянный или пластмассовый футляр.
В паспорте указывается завод-изготовитель, порядковый номер,
тип и марка карандаша, вес алмазов, рекомендации по примене-
нию карандаша, дата выпуска, штамп ОТК и номер стандарта.
52
По марке алмазно-металлического карандаша можно опреде-
лить основные данные его характеристики. Первая буква указы-
вает на расположение алмазов в карандаше: Ц — цепочкой,
С — слоями и Н — неориентированные. Остальные буквы (и
цифры) —размеры кристаллов отдельных алмазов:
К — крупные кристаллы;
С — средние кристаллы;
М — мелкие кристаллы;
НМ — наиболее мелкие;
НМУ — наиболее мелкие удлиненной формы;
ВМ — весьма мелкие кристаллы алмазов.
Фиг. 21. Стальная оправа для алмазно-
металлических карандашей марок ЦМ,
ЦНМ, ЦНМУ и ЦВМ.
Фиг. 20. Стальная оправа для ал-
мазно-металлических карандашей
марок ЦС и НИМ.
Условное обозначение алмазно-металлического карандаша
составляется из марки карандаша и номера ГОСТа. Так, например,
алмазно-металлический карандаш с расположением мелких
алмазных зерен слоями условно будет обозначаться следующим
образом: СМ (ГОСТ 607-5*6).
Для изготовления алмазно-металлических карандашей марки
ЦК используются алмазы первой группы — технические алмазы
в виде целых кристаллов с плотной структурой, прозрачные
и полупрозрачные, а также кристаллы с незначительными включе-
ниями, раковинами и сколами, без трещин или с незначительной
трещиноватостью у края кристалла, заметными при осмотре через
лупу при шестикратном увеличении. Не допускается использова-
ние пленчатых кристаллов.
Для карандашей типов С и Ц (кроме марки ПК) используются
алмазы второй группы — алмазный борт в виде целых и колотых
кристаллов с плотной структурой, прозрачные и полупрозрачные,
а также кристаллы с небольшими пороками (включениями, рако-
винами, сколами и с незначительной трещиноватостью у края
кристалла), заметными при осмотре невооруженным глазом.
Кристаллы пленчатые, плоские (с толщиной менее 2/з длины кри-
сталла) и со сростками более двух в кристалле не применяются.
Для карандашей типа Н применяются алмазы третьей группы —г
алмазный борт в виде мелких целых и колотых кристаллов плот-
ной структуры, прозрачные и полупрозрачные, с включениями
и трещинами, различные по цвету и форме.
Кристаллы с рыхлой структурой для изготовления алмазно-
металлических карандашей не применяются. . _
63
chipmaker.ru
В ГОСТе 607-56 значительно расширена номенклатура алмаз-
но-металлических карандашей, в которых кристаллы алмазов
весом от 0,85 до 0,034 карата расположены цепочкой. Увеличе-
ние номенклатуры этих карандашей объясняется тем, что приме-
нение карандашей с крупными алмазами, расположенными слоями
(марка СК по старому ГОСТу 607-49), нецелесообразно.
Последнее можно объяснить тем, что при износе крупных кри-
сталлов, находящихся в одном слое, на них образуются большие
площадки, вследствие чего ухудшается микропрофиль выправляе-
мой поверхности круга и одновременно возрастает износ алмаза.
При правке круга одним алмазным зерном можно избежать
образования на кристалле алмаза больших площадок путем
периодического изменения положения оси оправы с закреплен-
ным алмазом относительно выправляемой поверхности круга.
Алмазно-металлические карандаши марок ЦС, ЦМ, ЦНМ,
ЦНМУ и ЦВМ, изготовляемые из алмазного борта, могут
успешно заменить алмазные зерна, применявшиеся ранее при
правке шлифовальных кругов фасонного профиля.
Всесоюзная научно-исследовательская лаборатория алмазного
инструмента и заменителей алмаза ВНИЛАЛМАЗ на основании
обобщения опыта заводов и проведенных экспериментальных работ
рекомендует [13] при выборе марки алмазно-металлических каран-
дашей пользоваться данными, приведенными в табл. 7.
Применение алмазно-металлических карандашей марки НВМ.
при правке однониточных резьбошлифовальных кругов позволило
не только заменить алмазные иглы, ранее применявшиеся на этих
операциях, но также улучшить качество шлифуемых деталей
и значительно повысить производительность труда.
При правке однониточного резьбошлифовального круга алмаз-
но-металлическими карандашами марки НВМ заданная форма
профиля шлифовального круга почти всегда обеспечи-
вается непосредственно после первой правки, тогда как после
правки алмазными иглами этого не достигается. Кроме тОго,
алмазно-металлические карандаши марки НВМ не требуют пере-
становки их в процессе эксплуатации, так как площадь контакта
используемых в карандаше весьма мелких зерен имеет очень
незначительные размеры. При использовании же алмазных игл
необходимо производить перестановку или заточку кристалла
алмаза.
Алмазно-металлические карандаши марки НВМ широко приме-
няются на ряде машиностроительных и инструментальных заво-
дов, в том числе на заводах «Калибр», «Фрезер», Московском
инструментальном заводе, Московском автозаводе имени Лиха-
чева и других предприятиях.
Эти карандаши применяются при шлифовании проходных
и непроходных резьбовых калибров с шагом резьбы 0,5 мм
и выше, имеющих допуск по углу 9", по среднему диаметру 10 мк
и^щ^шагу +5 мк, при чистоте поверхности VW 9 по ГОСТу
54
Таблица 7
Выбор марки алмазио-металлического карандаша в зависимости
от вида шлифования и характеристики круга
Вад шлифования Диаметр шлифовального круга в мм Марка алмазно- металлического карандаша
Круглое наружное 900—1100 600—750 300—500 До 250 ЦК, ЦС цс. сс сс, см, цс ним, ЦМ
Плоское 300—500 До 250 цс, сс ним, цм
Бесцентровое: а) рабочие круги 300 при Н == 100 мм 400—600 при Ц < 200 мм 600 при Н 400 мм (составные круги) см цс, сс ЦК
б) ведущие круги (на вулканитовой связке) До 300 при Н <, 200 мм 300—350 при Н < 275 мм цм цс
Внутреннее 12—60 70—175 200 и более цвм ЦНМ см, цм
Шлицешлифование: а) боковых сторон шлицев До 200 ннм
б) внутреннего диаметра До 200 ЦНМ
Зубошлифовапие 250—300 ннм, цм
Резьбошлифование при шаге резьбы в мм 0,5—0.8 0,8—1.25 1,25—2,0 2,0—3,0 3,0 и более До 500 НВМ-100 НВМ-80 НВМ-60 НВМ-46 НВМ-36
55
chipmaker.ru
Тип иглы О 1
АИ-1 8 35
АИ-2 9,5 50
Фиг. 22. Алмазная игла с искусственными
режущими ребрами.
На ряде заводов алмазно-металлические карандаши марки
НВМ-100 (ГОСТ 607-56) успешно применяют и для правки одно-
ниточных резьбошлифовальных кругов при шлифовании резьб
с шагом менее 0,5 мм.
Алмазные иглы для правки резьбошлифовальных кругов.
Алмазная игла, предназначенная для правки однониточных резь-
бошлифовальных кругов, представляет собой металлический стер-
жень с закрепленным на конце алмазом, имеющим острую
вершину. Стержень алмазной иглы изготовляется из калиброван-
ной прутковой стали марки 20 двух размеров (фиг. 22) в за-
висимости от размеров посадочного места.
Алмазные иглы с есте-
ственными режущими реб-
рами изготовляются из це-
лых и колотых кристал-
лов алмазов (алмазного
борта) с плотной структу-
рой, а также из кристаллов
с небольшими раковинами,
сколами, включениями и
трещинами вне рабочей ча-
сти. Форма кристаллов раз-
личная, с наличием острых
вершин. Отбираемые для
этой цели алмазные зерна
имеют вес от 0,08 до 0,30
карата.
В процессе использования, алмазных игл с естественными
острыми вершинами необходимо производить многократную пере-
становку кристалла алмаза после затупления одной из имеющихся
на нем вершин. Только путем многократной перестановки удается
использовать все острые ребра алмаза.
За последнее время на заводе «Калибр», а также за границей
для правки резьбошлифовальных кругов применяют алмазные
иглы с искусственно ограненными режущими ребрами. Эти иглы
изготовляются из целых и сколотых кристаллов алмазов с плотной
структурой, а также кристаллов с небольшими включениями,
раковинами и трещинами вне рабочей части камня. По форме
такие алмазы представляют собой многогранники, октаэдры
и удлиненные кристаллы, имеющие не менее одной вершины. Вес
кристалла алмаза от 0,1 до 0,25 карата.
Запаянный в оправу алмаз подвергают огранке по форме
четырехгранной пирамиды с углом при вершине 90°. После опера-
ции огранки вершина должна быть острой и не иметь перемычек.
О продолжительности срока службы шлифованных алмазных
игл приведены данные из работы [55]. Эти иглы выдерживают
между двумя их переточками (перешлифовками) 100—120 правок
резьбошлифовальиого круга. Учитывая, что шлифовальный круг
между каждой, правкой может прошлифовать 10 резьбовых метчи-
£9
ков, а алмаз может выдержать 10—12 перешлифовок, один алмаз
расходуется при изготовлении не менее 10 000 метчиков.
Алмазы в оправках. Алмазы в оправках в основном приме-
няются для правки шлифовальных кругов фасонного профиля при
шлифовании деталей с допусками, предусмотренными перечнем
применяемости алмазного инструмента (см. раздел 7 настоящей
главы), а также для правки шлифовальных кругов прямолиней-
ного профиля, когда применение алмазно-металлических каранда-
шей не обеспечивает требуемой по чертежу точности геометриче-
ской формы и микрогеометрии обработанной поверхности.
Фиг. 23. Пределы величины износа кристалла алмаза:
а —- правильно закреплённый алмаз, около 3/4 кристалла закрыто металлом оправы;
б — предельный износ кристалла, после которого оправа должна быть снята со станка для
перестановки алмаза; в — алмаз изношен больше, чем рекомендуется, вследствие чего
металл, удерживающий алмаз в оправе, срезан.
Как указывалось выше, в ГОСТе 607-56 введены алмазно-
металлические карандаши марки ЦК, • в которых используются
качественные кристаллы алмазов. Эти алмазно-металлические
карандаши могут успешно заменить применявшиеся ранее алмазы-
зерна, которые закреплялись в оправе непосредственно на пред-
приятии, где эти алмазы применялись.
Следует заметить, что постоянное закрепление кристалла
алмаза в оправе, как это предусмотрено в ГОСТе 607-56, не позво-
ляет использовать все имеющиеся на нем естественные острые
ребра. Поэтому для более рационального использования алмазов
целесообразно периодически производить перестановку кристалла
алмаза и в алмазно-металлических карандашах типа ЦК.
Если в процессе использования алмаза образовалась пло-
щадка, составляющая 25—30% от наибольшей площади попереч-
ного сечения зерна в плоскости, перпендикулярной к оси оправы,
необходимо оправу снять со станка для перестановки алмаза.
На фиг. 23, б показана величина максимально допустимого износа
алмаза.
Дальнейшее использование изношенного алмаза может при-
вести к порче остальных режущих ребер, которые могли бы быть
использованы при перестановке алмаза, а также и к его утере.
Предельный износ алмаза, показанный на фиг. 23,6, обеспе-
чивает наивысший коэффициент его использования. Если алмаз
67
chipmaker.ru
с таким износом отправить на перестановку, то его можно будет
переставить еще в пять положений.
Фасонные алмазные круги. Выше было рассмотрено несколько
видов алмазных инструментов, применяемых для правки шлифо-
вальных кругов. Эти инструменты обеспечивают весьма точное
профилирование рабочей поверхности круга, однако возможно
случайное выкрашивание режущего ребра кристалла алмаза,
в результате чего инструмент должен быть снят со станка и заме-
нен другим. Последнее обстоятельство важно при профильной
правке шлифовальных кругов.
За последнее время был разработан и испытан новый метод
профильной правки шлифовального круга с помощью алмазного
круга фасонного профиля. Этот метод правки более эффективен
по сравнению с применением алмазов в оправках и алмазно-метал-
лических карандашах [59].
Правка шлифовальных кругов с помощью алмазных кругов
может осуществляться периодически, как она производится
фасонными стальными роликами, работающими методом обкаты-
вания, и непрерывно. Приспособление для правки шлифовального
круга фасонного профиля с закрепленным на нем алмазным кру-
гом обычно устанавливается непосредственно на шлифовальном
станке и имеет привод от индивидуального электродвигателя.
Испытания алмазных кругов для профильной правки, прове-
денные в течение более трех месяце®, показали, что при дву-
кратной правке круга в течение смены нельзя было обнаружить
сколько-нибудь заметного износа алмазных кругов. За это время
на станке было обработано более 90000 деталей [59].
4. СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ АЛМАЗОВ В ОПРАВАХ
Крепление кристаллов алмазов или алмазного борта в оправе
является одной из сложных и ответственных операций. От пра-
вильной установки и прочности крепления зависит срок службы
алмаза, поэтому часто вследствие неправильной их установки
и недостаточной осторожности при закреплении алмаз может
разрушиться во время работы.
При установке алмаза в оправу следует тщательно контроли-
ровать каждый кристалл с тем, чтобы было обеспечено укрепление
плоскостей сколов. При этом установка алмаза в оправе должна
быть осуществлена таким образом, чтобы плоскости сколов
не лежали параллельно направлению сил, действующих на алмаз.
Хотя кристаллическая структура алмазов различна, однако
высококвалифицированным специалистом плоскости сколов могут
быть точно определены. Поэтому установку и перестановку алма-
зов в оправе целесообразно производить на заводе, изготовляю-
щем алмазные инструменты.
Алмаз должен быть прочно укреплен в оправе и погружен
в нее не менее чем на 3/< его длины. При этом ось кристалла
алмаза должна совпадать с осью оправы.
58
В процессе закрепления алмаза в оправе он не должен под-
вергаться ударам или действию высокой температуры. Кроме этого,
принятый метод крепления алмаза должен обеспечивать прочную
ею установку в оправе и одновременно возможность легкой пере-
становки. Последнее особенно важно, так как в большинстве слу-
чаев посредством многократной перестановки представляется
возможным почти полное использование алмазов.
Механическое крепление алмазов в оправе
На фиг. 24 показано несколько способов крепления алмазов
в оправах, которые в отдельных случаях могут быть использованы
в производстве. На фиг. 24, а алмаз устанавливается непосред-
ственно в тело оправы или специальной вставки, изготовленной
Фиг. 24. Способы крепления алмазов в оправах:
а — крепление резьбовым колпачком: б — крепление посредством
пружины; в — зажим между двумя планками; г — крепление пайкой.
из меди или другого относительно мягкого материала. В этом
приспособлении резьбовой колпачок имеет коническое отверстие,
центрирующее алмаз.
На фиг. 24,6 алмаз также удерживается колпачком, но внутри
оправки имеется выточка, в которой установлена сильная пру-
жина, предохраняющая алмаз от вибраций. В связи с тем, что
для правки кругов применяют сравнительно мелкие кристаллы
алмазов, эти способы крепления алмазов мало применяются.
На фиг. 24, в показан зажим алмаза между двумя планками;
этот вид крепления применяют лишь в тех случаях, когда на пред-
приятии нет квалифицированного специалиста по пайке алмазов.
Однако и этот метод не является рациональным вследствие боль-
ших давлений на кристалл алмаза, под действием которых послед-
ний может быть разрушен. Основным преимуществом этого
метода является легкость перестановки и замены затупившегося
ребра алмаза.
Закрепление алмазов в оправах пайкой. При пайке различ-
ными припоями (фиг. 24,а) в оправе необходимо сделать неболь-
шое отверстие, несколько больше, чем размер используемого
алмаза. Последний аккуратно устанавливается в отверстие
и запаивается припоем. Для удержания алмаза в требуемом поло-
жении его закрепляют легкими ударами молотка через керн
по оправе.
59
chipmaker.ru
Гнездо вокруг алмаза заполняют стружкой припоя и флюсом,
затем оправу устанавливают в вертикальном положении и посте-
пенно нагревают до температуры расплавления припоя. Нагре-
вание оправы рекомендуется производить с помощью специаль-
Фиг. 25. Приспособление для запаивания
алмазов в оправах.
ного приспособления, показан-
ного на фиг. 25. Применение
для этой цели газовой горелки
или паяльной лампы не реко-
мендуется вследствие сложно-
сти контроля температуры на-
гревания. На некоторых пред-
приятиях пайку алмазов в
оправах производят на высо-
кочастотных установках.
Приспособление, приведен-
ное на фиг. 25, состоит из
однофазного трансформатора
мощностью 500 вт, понижаю-
щего напряжение с 220 до
1—2 в (фиг. 26). Вторичная обмотка трансформатора состоит из
одного витка, выведенного к охлаждаемым водой медным за-
жимным губкам. Первичная обмотка имеет регулятор силы тока
(фиг. 26).
Оправа со слегка закрепленным
в ней алмазом зажимается в медных
губках приспособления так, чтобы
она не выступала за плоскости губок.
После установки регулятора силы
тока в зависимости от размера оправы
на первичную обмотку подается ток
с помощью ножного контактора. При
нагревании оправы припой распла-
вляется и заполняет пространство
между кристаллом алмаза и стенками
отверстия.
Закрепление кристаллов алмазов
пайкой на описанном выше приспо-
соблении позволяет с помощью пин-
цета произвести установку кристалла
в требуемое положение. Последнее
позволяет производить также и пере-
становку затупившихся острых ребер
Фиг. 26. Схема приспособления
для запаивания алмазов в спра-
вы:
у — оправа со вставленным в нее
алмазом; 2 — неподвижная губка;
3 — подвижная губка; 4 — транс-
форматор; 5 — регулятор; а — нож-
иой я .гактор; 7 — рубильник.;
8 — предохранитель.
алмаза.
Для пайки алмазов в оправах могут быть также успешно,
использованы аппараты для точечной сварки или приспособления
для напаивания пластинок из твердых сплавов.
Хотя алмаз может выдерживать температуру до 800° без раз-
рушения, все же кислород воздуха и бура, часто .применяемая
в качестве флюса, активизируют пред&сс обгорадаа поверхност,-
60
кого слоя кристалла при высоких температурах, вследствие чего
перегрев алмаза совершенно недопустим. В случае нагревания
в процессе пайки газовой герелкой или паяльной лампой, необхо-
димо избегать касания пламенем непосредственно алмаза.
При выборе припоя для пайки алмаза следует учитывать тем-
пературу плавления припоя, прочностные показатели и теплопро-
водность. Как показала практика, применение высокотемператур-
ных припоев для пайки алмазов, имеющих температуру плавления
800—900°, приводит к частичному обгоранию кристалла. Поэтому
следуег стремится применять более легкоплавкие припои. Из при-
веденной в табл. 8 серии марок припоев ВНИЛАЛМАЗ рекомен-
дует применять для пайки алмазов в оправы припои, указанные
в позициях № 1, 2, 3, 4 и 6. Проведенные ВНИЛАЗом сравни-
тельные испытания указанных в табл. 8 припоев показали, что
цинко-алюминиевый припой № 6 имеет наиболее низкую темпера-
туру плавления и одновременно обеспечиваег надежное крепление
алмаза в оправе. После пайки оправа с запаянным алмазом мед-
ленно охлаждается.
Последней операцией является запиливание конуса под углом
115—120° с помощью личного напильника, для чего оправу
с алмазом закрепляют в трехкулачковом патроне настольного
токарного станка.
Если в процессе паяния и запиливания не соблюдать необхо-
димые меры предосторожности, может произойти раскалывание
алмаза.
Закрепление алмазов зачеканкой. Зачеканку алмазов обычно
производят в медные пли в стальные оправы с медными встав-
ками. В головке оправы пробивают крестообразное отверстие,
размер и форма которого зависят от формы и веса устанавливае-
мого в оправу алмаза. Алмаз устанавливают в отверстие так,
чтобы из оправы выступало острое его ребро. При этом так же,
как и в выше рассмотренных способах крепления алмазов, необхо-
димо выбирать более оптимальное положение кристалла.
После установки алмаза в оправу его закрепляют посредством
пластической деформации материала медной оправы или вставки.
Легкими ударами молотка по керну перемещают металл от пери-
ферии оправы к алмазу до образования коронки, прочно удержи-
вающей алмаз. Затем производят зачеканку специальным зубилом
с притупленной кромкой, шириной 1,0—1,5 и длиной 2—3 мм.
По окончании предварительной зачеканки производится запи-
ливание конуса под углом 115—125°, как и после пайки.
Зачеканка может производиться в горячем или в холодном
состояниях. Этот метод крепления алмазов в оправах не обеспе-
чивает достаточной прочности, так как под алмазным зерном
остается зазор, вследствие чего в процессе эксплуатации кристалл
может вибрировать и даже выпасть из оправы.
Основным преимуществом этого способа является то, что
алмаз не подвергается влиянию температурных изменений.
Следует заметить, что крепление алмазов в оправах зачеканкой
61
chipmaker.ru
Химический состав и физико-механические свойства припоев для впайки алмазных зерен
Предел прочности в кг! мм2 1 1 СО со 04 1 1 04 СО 04 1 1 о со
Удель- ный вес в г/см3 со ст, со 8,45 6,37 04 со СО со 1 1 <О со
Темпера- тура плавле- ния в град. о со ю 04 «Л СО 8 ю см СО 8 СО ОО сО о ю GD СО а
Химический состав Другие компо- ненты Кадмий 2б+^§ | Никель 0,3±,2 Кадмий 18+1,0 1 1 1 1 1 1 Кремний 0,2—0,4 Олово 0,4—0,6 ।
Алюминий 1 1 1 1 1 2 1 1 1 ।
Серебро 40+1,0 ш о +1 8 45+0,5 25 + 0,3 10+0,3 1 1 1 1 ।
Медь Цинк СО +7 16 + 2,0 ою +7 ю 04 «+1.5 rfS—2,0 юо —< сТ + 1 СО СО Остальное г * * • *
1Ь’ —0,3 16+1,0 ю ?1 8 40 + 1,0 4 О 04 +1 8 48 ±2 54 + 2 5 + 89 60,5+3 67+3
с С J 8190 56 8190-56 со ю со 8190-56 8190-56 1 1534-42 1534-42 О S 1 1019-47 1019-47
Марка ПСР-40КД ПСР-50КД ПСР-45 ПСР-25 ПСР-10 1 ПМЦ36 ПМЦ48 ПМЦ54 ЛОК-59-1-03 е Г СО <О
Наименова- ние припоя Серебряный 0 Й То же I * • Цинко-алю- миниевый сплав Медно- цинковый припой То же - Латунь ЛОК-59-1-03 с С£ Г < Г ъ 1 Латунь Л68
биРиеоц —* 04 СО ю СО Г- со с» о - сч
62
требует очень большой осторожности и высокой квалификации
рабочего, так как при малейшем несоблюдении необходимых мер
предосторожности можно расколоть алмаз.
Закрепление алмазов спеканием. Мелкие кристаллы часто трудно
установить и прочно укрепить в оправе одним из указанных выше
способов, а также их перестанавливать, так как эти алмазы значи-
тельно уменьшаются в размере даже при небольшом износе.
Использование специальных сплавов в виде металлических порош-
ков позволило производить закрепление чрезвычайно мелких
кристаллов алмазов методом спекания.
Этот метод крепления мелких кристаллов алмазов позволяет
использовать их в виде алмазно-металлических карандашей, приме-
няя при этом весьма мелкие кристаллы весом до 0,001 карата,
которые практически совершенно невозможно переставлять.
Централизованное изготовление алмазно-металлических каран-
дашей производится специализированным предприятием.
Заканчивая рассмотрение применяемых методов крепления
алмазов в оправах следует заметить, что во всех случаях имеет
место чисто механическое крепление алмазного кристалла в теле
инструмента. Отсутствие сил адгезии между стенками кристалла
алмаза и материалом оправы обусловливает весьма нерациональ-
ное использование алмазов вследствие их потерь при нарушении
механического крепления кристалла в процессе эксплуатации
алмазного инструмента. Наиболее прочное закрепление кристалла
алмаза обеспечивается путем спекания, а также пайкой.
Заслуживает внимания и соответствующей проверки усовер-
шенствованный метод пайки алмазов, разработанный лаборато-
рией Дженерал Электрик (США) *. Пайка производится медно-
серебряным сплавом в вакууме, а также в атмосфере аргона или
чистого водорода. В качестве флюса используется водородистый
титан. Этот метод пайки, как указывает фирма, обеспечивает
более прочное крепление кристаллов алмаза в оправах, хорошую
теплопроводность, благодаря чему увеличивается срок службы
инструмента.
Институтом кристаллографии Академии наук СССР 1 2 проводи-
лись опыты по плакированию алмазов различными металлами.
В результате проведенных экспериментов было выявлено, что при
соответствующих условиях происходит диффузия платины
в алмаз. Полученный весьма тонкий диффузионный слой
из платины затем может быть увеличен га тьваническим методом
любым металлом до требуемой величины. Такой метод получения
монолитного весьма прочного соединения кристалла алмаза
с материалом державки алмазного инструмента позволяет
во много раз повысить прочность его крепления и соответственно
повысить и срок его службы. Учитывая высокую стоимость алмаз-
1 «Промышленно-экономическая газета» от 15 февраля 1956 г., ст. «Экономич-
ный метод впайки алмаза в инструмент», стр. 4.
2 Б. В. Битовский, Металлоабразивные псевдосплавы, сб. «Безалмаз-
ная правка шлифовальных кругов», Машгиз, 1951, стр. 64—68.
63
chipmaker.ru
него инструмента, повышение его стойкости должно полностью
окупить весьма незначительный расход платины на создание тон-
чайшего диффузионного слоя.
Позднее, в статье «Закрепление алмазов в инструмент» 1 ука-
зывается, что фирмой Дженерал Электрик усовершенствован метод
крепления кристалла алмаза в державке. Как указывается в статье,
особенность способа заключается в применении гидрата окиси
титана (в качестве смачивающего агента) и медно-серебряного
припоя, причем пайка осуществляется при помощи индукционного
или лучистого нагревания в высоковакуумной среде или в атмо-
сфере очень чистого аргона или водорода. При испытаниях
на прочность небольшой кристалл алмаза, закрепленный на пла-
стинке, выдерживал усилия до 38 кг/мм2.
5. УСТАНОВКА АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ПРАВКЕ
Выше указывалось, что процесс правки шлифовальных кругов
алмазными инструментами имеет много общего с процессом точе-
ния, поэтому величина заднего угла будет оказывать влияние
на стойкость, измеряемую продолжительностью времени его
работы, т. е. количеством правок без изменения положения алмаз-
ного инструмента относительно выправляемой поверхности круга,
на размерную стойкость за один проход и на микрогеометрию
выправляемой поверхности круга.
Износ алмазного инструмента, так же как и износ резцов, при
весьма малых сечениях стружки происходит в основном по задней
грани в результате трения-скольжения вновь образующейся поверх-
ности шлифовального круга после правки.
Создание заднего угла у кристалла алмаза, закрепленного
в оправе или в теле вставки алмазно-металлического карандаша,
достигается за счет наклона оси оправы по углом 12—15° в сто-
рону вращения шлифовального круга, как это показано на фиг. 27.
Необходимость соблюдения этого условия вызвана тем, что даже
при незначительном радиальном износе алмаза образуется большая
площадь контакта с поверхностью круга, вследствие чего быстро
растут нагрузки на алмаз и трение, вызывающие повышенный
износ и разрушение алмаза.
На фиг. 27 приведены две схемы рекомендуемой установки
алмазного инструмента относительно шлифовального круга. Если
алмазный инструмент установлен по одной из этих схем, то при
увеличении контактирующей поверхности кристалла алмаза
со шлифовальным кругом до предельно допускаемого износа
оправа должна быть повернута вокруг своей оси таким образом,
чтобы вступило в работу новое ребро.
Если оправа с алмазом будет установлена ие в соответствии
с указанными схемами, а так. что ось ее будет расположена ра-
диально к поверхности и перпендикулярно оси шлифовального круга
* «Промышленно-экономическая газета» от 28 мая 1958 г., № 65 (365).
64
й Направлению движения подачи, то при повороте оправы вокруг
своей оси в любое положение правка круга будет производиться
только одной затупившейся гранью, в результате чего будет иметь
место интенсивный износ алмаза.
Фиг. 27. Схема установки алмаза при правке шлифовального круга:
а — алмазная оправа наклонена в горизонтальной плоскости, но перпендикулярна иаправле-
нню движения подачи; б — алмазная оправа наклонена и к горизонтальной плоскости
и к направлению движения подачи.
Неправильна также установка алмаза, которая показана
на фиг. 28. В этом случае алмаз под действием нагрузок будет
чрезмерно врезаться в шлифовальный круг, вызывая вибрации
системы станок — шлифовальный круг — алмаз и преждевре-
менное разрушение.
Установка алмаза, показанная на
фиг. 27, обеспечивает рациональное
использование всех имеющихся острых
ребер на кристалле алмаза, а также
предохраняет алмаз- от разрушений
при перегрузке, так как при этом он
не будет врезаться в круг, а будет
ОТХОДИТЬ от него. Фиг. g8. Неправильная уста-
В некоторых новых конструкциях новка алмаза относительно шли-
державок для алмазов в оправах и фовального круга,
алмазно-металлических карандашей
типов Ц и С установка оправы на соответствующий угол относи-
тельно поверхности шлифовального круга обеспечивается кон-
струкцией приспособлений, что исключает возможность неправиль-
ной установки алмаза.
На фиг. 29 показана державка, позволяющая устанавливать
алмазный инструмент под требуемым углом относительно поверх-
ности шлифовального круга. Цилиндрическая державка на конце
имеет головку, в которой оправа с закрепленным в нее кристаллом
65
chipmaker.ru
алмаза устанавливается под углом к оси державки. Оправа
может повертываться вокруг своей оси в девять точно отмеченных
позиций. Кроме того, цилиндрическая державка вместе с головкой
может быть повернута на угол около ОСГ'по отношению к шлифо-
в альному кругу.
Как только рабочее ребро алмаза
будет изношено, т. е. образована пло-
щадка, имеющая высоту более 1 мм,
измеренную в направлении движе-
ния круга, необходимо повернуть
оправу в следующее положение, по-
этому шлифовщик должен быть про-
инструктирован относительно рацио-
нального использования алмаза на
Фиг. 29. Державка с наклонно
расположенной оправой для
правки шлифовальных кругов.
данной операции. Благодаря наклонному положению образовав-
шаяся от износа грань будет иметь острые ребра на пересечении
с другими гранями, которые и будут использованы при повороте
оправы.
Для плоскошлифовальных станков
может быть применен специальный
угольник, в котором вмонтирована по-
воротная головка (фиг. 30). В головку
Фиг. 30. Приспособление для правки шлифовального круга
на плоскошлйфовальном станке:
а — правка периферии круга; б — правка торца круга.
устанавливают оправу с алмазом, наклоненную относительно пло-
скостей угольника.
Это приспособление позволяет производить правку периферии
и торца круга, что наглядно иллюстрируется фиг. 30, а и б.
Периодически, по мере износа алмаза, необходимо повертывать
оправу вокруг своей оси, не допуская образования на алмазе пло-
щадки высотой более 1 мм.
6. РЕЖИМЫ ПРАВКИ АЛМАЗНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
При правке шлифовальных кругов алмазными инструментами
необходимо выбирать режимы, обеспечивающие безопасную и дли-
тельную их работу, а также выполнять операции шлифования
66
его подбора
Фиг. 31. Состояние ра-
бочей поверхности
шлифовального круга
перед правкой.
й Соответствии с требованиями, предъявляемыми к шлифуемой
детали по точности и чистоте поверхности.
Прежде чем приступить к правке шлифовального круга, необ-
ходимо тщательно проверить исправность механизмов продольной
и поперечной подач, правильность установки алмазного инстру-
мента относительно выправляемой поверхности круга и прочность
крепления алмазного инструмента в приспособлении. Шлифоваль-
ный круг должен быть точно сбалансирован, а зазоры в подшип-
никах шпинделя устранены. Кроме того, необходимо проверить
состояние алмазного инструмента и правильность
в зависимости от размеров шлифовального круга.
Правку шлифовального круга в большин-
стве случаев производят с окружной ско-
ростью, соответствующей скорости при шли-
фовании, так как изменение числа оборотов
шпинделя может привести к изменению
стрелы прогиба шпинделя, а соответственно
и искажению геометрической формы рабочей
поверхности шлифовального круга. С целью
уменьшения износа алмаза рекомендуют [45],
[55] производить правку с пониженными скоро-
стями и только лишь последний проход про-
водить со скоростью шлифования. Эта реко-
мендация основывается на правильном представлении о физической
сущности явлений, происходящих в процессе правки, однако тех-
нически она трудно выполнима вследствие отсутствия возможности
на большинстве шлифовальных станков существенно изменять ско-
рость вращения круга. Вначале процесса правки подводить алмаз
к шлифовальному кругу следует весьма осторожно, так как даже
незначительная перегрузка или случайный толчок могут вызвать
разрушение кристалла алмаза.
Если . в процессе шлифования круг получил неравномерный
износ рабочей поверхности, как показано на фиг. 31, то необходимо
произвести предварительный съем абразива на глубину а при-
способлением для безалмазной правки, после чего произвести
окончательную правку шлифовального круга алмазным инстру-
ментом, при этом съем слоя абразива б за одну правку не должен
превышать величин, указанных в табл. 9 [34].
Суммарная величина слоя абразива (« + б) (фиг. 31), снимае-
мого в процессе правки, должна быть минимальной, так как
от этого зависит экономное расходование не только правящих
инструментов, но и расход шлифовальных кругов, который в ряде
случаев может быть снижен в 2—3 раза.
Величина поперечной подачи (врезание) алмаза за один про-
ход определяет срок службы алмазного инструмента и работу
шлифовального круга после правки. С увеличением глубины сни-
маемого слоя за один проход резко возрастает нагрузка
на алмаз, вызывающая его разрушение, а также происходит более
глубокое разрушение слоя абразивных зерен и связки шлифоваль-
67
chipmaker, ru
Таблица 9
Величина слоя абразива, снимаемого с шлифовального круга
за одну правку (на сторону), в мм
Характер шлифования № зернистости шли- фовального круга
46 60 и выше
Круглое наружное; бесцентровое (рабочие круги); пло- ское: шлифование профиля шлиц и шлицевых протяжек; шлифование профиля зубьев червячно-модульных и чер- вячно-шлицевых фрез 0,133 0,1
Внутреннее шлифование 0,067 0,05
Шлифова- ние резьбы однониточ- ным кругом На станках с периодической ручной или автоматической правкой — 0,1
На станках с принудительной автоматической правкой шаг резьбы S < 1,0 — 0.05
шаг резьбы S = 1,25 -ь-1,5 — 0,1
шаг резьбы S > 1,75 — 0,14
Шлифова- ние зубьев зубчатых колес Методом обка- тывания одним кругом 0,133 0,1
двумя кругами по торцу 0,133 0,1
по периферии 0,52 0,4
Методом копирования 0,133 0,1
Шлифование профиля зубьев долбяков и шеверов 0,067 0,05
ного круга, в результате чего рабочая поверхность круга стано-
вится грубой, а износ круга в процессе работы более интенсивным.
Правка шлифовального круга с крайне малыми поперечными
подачами увеличивает время, затрачиваемое на процесс правки,
а также снижает режущую способность шлифовального круга;
однако чистота и точность шлифуемой поверхности детали повы-
шаются.
На основе длительных наблюдений за работой алмазных
инструментов установлены оптимальные величины (поперечных
68
подач (см. табл. 10), обеспечивающие рациональное использова-
ние алмазных инструментов и высокую режущую способность
рабочей поверхности шлифовального круга.
Если поперечная подача алмазного инструмента на шлифоваль-
ный круг осуществляется на один двойной ход, то такая правка
называется односторонней, а если в конце каждого прохода —
двусторонней или перекрестной; величина подачи определяется
по нониусу.
Большое влияние на качество шлифуемой поверхности детали
и срок службы алмазного инструмента оказывает величина про-
дольной подачи.
На основании проведенных исследований [21], [40] установлено,
что основным фактором, определяющим микрогеометрию поверх-
ности шлифуемых деталей, является не зернистость шлифовального
круга, а режим правки — величина продольной подачи на один
оборот круга.
При правке шлифовального круга с малыми величинами про-
дольной подачи на один оборот круга (s = 0,01 -ь- 0,02 мм1об
шл. кр.) и одновременно с малой глубоиной, равной 0,01—0,02 мм,
каждое абразивное зерно, расположенное на выправляемой
поверхности круга, будет несколько раз вступать в контакт
с алмазом, в результате чего на режущей кромке абразивных
зерен будут образовываться мелкие острые гребешки, вследствие
этого количество лезвий на рабочей поверхности круга будет
больше количества абразивных зерен. Такой метод правки делает
крупнозернистый шлифовальный круг как бы мелкозернистым,
что значительно расширяет область применения кругов средней
зернистости также и при выполнении отделочных операций.
Разновысотность расположенных на поверхности круга зерен при
этом резко уменьшается.
Этот метод позволяет при хорошем состоянии станка полу-
чить при шлифовании круга зернистостью 46—60 чистоту поверх-
ности 11—12-го классов 121] При правке с такой малой величиной
продольной подачи следует делать только один проход и только
в одном направлении, так как повторение проходов вызывает
заглаживание рабочей поверхности шлифовального круга, а сле-
довательно и снижение его режущих свойств.
Следует заметить, что во всех инструкциях по использова!нию
алмазных инструментов величины продольных подач в одну
минуту рекомендуется выбирать постоянными независимо от числа
оборотов шлифовального круга. Эти рекомендации нельзя считать
правильными, так как число оборотов шлифовального круга
в минуту зависит от его размеров и на различных станках коле-
блется в больших пределах.
Поэтому для определения минутной продольной подачи реко-
мендуется пользоваться следующей формулой:
м!мин>
69
где п — число оборотов шлифовального круга в минуту;
so6 — продольная подача на один оборот шлифовального
круга в мм.
При правке шлифовальных кругов мелкой зернистости, исполь-
зуемых на операциях шлифования резьбы, подачи на один обо-
рот so6 необходимо выбирать меньшими, так как правка произво-
дится острыми алмазными иглами. Большие величины подач
могут быть причиной выкрашивания острой кромки шлифоваль-
ного круга и искажения профиля образующей резьбы.
В целях наиболее рационального использования алмазных
инструментов рекомендуется применять режимы правки шлифо-
вальных кругов, приведенные в табл. 10.
Таблица 10
Рекомендуемые режимы правки шлифовального круга алмазными инструментами
Характеристика шлифования Режимы правки алмазами в оправах и алмазно- металлическими каран- дашами типа Ц Режимы правки алмазно- металлическими каран- дашами типа С и Н
Поперечная подача на один проход в мм Продольная подача на один оборот круга в мм Поперечная подача на один проход в мм Продольная подача на один оборот круга в мм
Правка круга под окон- чательное шлифование . . Правка круга под поли- рование и шлифование резьбы 0,025—0,030 0,015—0,020 0,15—0,25 0,02 0,03—0,04 0,02—0,03 0,25—0,30 0,05
При правке шлифовальных кругов на внутришлифовальных
станках с большим числом оборотов величину продольной подачи
s0 необходимо принимать не более 2,0—2,5 м!мин, так как при
больших значениях продольной подачи и небольшой величине хода
стола могут иметь место толчки, вызывающие разрушение, раска-
лывание или выкрашивание кристаллов алмайов.
По окончании процесса правки рекомендуется сделать один-
два прохода без поперечной подачи, уменьшив величину продоль-
ной подачи. Последнее обеспечивает высокую точность формы
рабочей поверхности шлифовального круга и высокую чистоту
поверхности шлифуемой детали.
В табл. 11 приведены разработанные ВНИЛАЛМАЗом режимы
правки шлифовальных кругов для отдельных видов шлифования.
В этой таблице так же, как и в ряде других руководящих
материалов, в отличие от табл. 10 величины продольной подачи
даны в м/мин, что практически удобнее для пользования. Однако
при выполнении более точных работ следует пользоваться дан-
ными, приведенными в табл. 10.
70
Таблица 11
Режимы правки шлифовальных кругов
Вид шлифования Продольная подача в mJ мин Поперечная подача в мм Число проходов
рабочих холостых
Круглое, наружное, пло- ское 0,2—0.4 0,03—0,04 2—4 1—2
Внутреннее Не более 0,02—0,03 2—3 1—2
Зубошлифование, шли- цешлифование, резьбошли- фование 2,5 0,05—0,08 0,02—0,04 2—4 2—4
Следует напомнить, что завышенные режимы правки, которые,
к сожалению, все же практикуются некоторыми малоквалифици-
рованными рабочими, резко снижают удельную производитель-
ность и срок службы алмазного инструмента вследствие его
раскалывания. Наблюдения, проведенные Всесоюзным научно-
исследовательским институтом абразивов и шлифования при
правке шлифовальных кругов двух разных характеристик
на круглошлифовальном станке, показали, что удельная произво-
дительность одних и тех же алмазов при поперечной подаче
0,02 мм и продольной 0,3 м/мин составляла 1218 и 835 см^/мг.
При увеличении поперечной подачи до 0,05 мм и продольной
до 1 м/мин удельная производительность резко снизилась
и составляла всего 130,5 и 52,5 смР/мг.
Из приведенных цифр видно, какое большое влияние на срок
службы алмазного инструмента оказывают режимы правки шли-
фовальных кругов.
Правку шлифовальных кругов алмазными инструментами необ-
ходимо производить с обильным охлаждением, омывая алмазный
инструмент и выправляемую поверхность круга непрерывной
струей охлаждающей жидкости. Прерывистая подача охлаждения
приводит к образованию трещин на кристалле алмаза и к его
раскалыванию.
Известно, что непрерывное интенсивное охлаждение алмазного
инструмента способствует не только интенсивному отводу от него
тепла, образующегося в результате разрушения абразивных
зерен и связки, но также и уменьшению трения алмаза о поверх-
ность шлифовального круга. Кроме того, охлаждающая жидкость
способствует удалению с поверхности шлифовального круга абра-
зивной пыли, образующейся в процессе правки. Это имеет не менее
важное значение, так как абразивная пыль, попадая на трущиеся
поверхности шлифовального станка или другого оборудования,
находящегося в цехе, ускоряет их износ.
Как указывалось выше, большинство кислот и щелочей
не оказывает химического действия на кристаллы алмазов. Поэтому
71
chipmaker.ru
особенно эффективно применение активных смазочно-охлаждаю-
щих веществ, которые ускоряли бы процесс доведения разрушае-
мого слоя круга до его предельного состояния и, вступая в реак-
цию с разрушаемым материалом, создавали бы на его поверхности'
тонкие пленки химических соединений, играющие роль твердой
смазки. Применение таких активных смазочно-охлаждающих
средств может облегчить процесс разрушения материала, а также
уменьшить силы трения между вновь образующейся поверхностью
шлифовального круга и алмазом.
В некоторых случаях в результате специфических условий
шлифование производится всухую, поэтому и правку шлифоваль-
ного круга приходится производить без охлаждения. Для предо-
хранения алмаза от чрезмерного нагревания рекомендуется
в процессе правки делать небольшие перерывы, в течение которых
алмаз будет охлаждаться.
7. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕНЯЕМОСТИ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА
ДЛЯ ПРАВКИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
В 1957 г. ВНИЛАЛМАЗ на основе обобщения опыта крупней-
ших заводов по .применению алмазного и безалмазного правящего
инструмента и данных научно-исследовательских организаций,
исследовавших вопросы правки и шлифования, разработал новый
перечень применяемости алмазного инструмента на все основные
виды работ [36].
Согласно этому перечню, алмазные инструменты могут примем
няться при выполнении следующих операций шлифования.
А. Наружное круглое и бесцентровое шлифование. 1. Шлифова-
ние на проход, врезанием и в упор деталей с допуском на размер
по 1-му классу точности в сочетании с чистотой поверхности
по 8-му классу и выше.
2. Шлифование на проход деталей с допуском на размер 12 мк
и точнее в сочетании с чистотой поверхности по 8-му классу для
термически обработанных деталей и чистотой поверхности по
7-му классу и выше для термически не обработанных деталей.
3. Шлифование на проход деталей с чистотой поверхности
по 9-му классу и выше с допуском на размер 20 мк и точнее.
4. Шлифование врезанием и в упор деталей с допуском на раз-
мер 25 мк и точнее в сочетании с чистотой поверхности по 7-му
классу и выше.
5. Шлифование на проход термически обработанных деталей
с чистотой поверхности по 8-му классу и выше и термически
не обработанных деталей с чистотой поверхности по 7-му классу
и выше в сочетании. с величинами допусков на точность формы
(овальность, конусность, огранка, вогнутость, бочкообразность),
приведенными в табл. 12, вне зависимости от допуска на размер.
6. Шлифование врезанием и в упор деталей с чистотой поверх-
ности по 7-му классу и выше в сочетании с величинами допусков
на точность формы (овальность, конусность, огранка, вогнутость,.
72.
Таблица 12
Таблица 13
Номинальный диаметр в мм Допуски на точность формы в мк
До 120 Свыше 120 до 360 . 360 , 630 , 630 , 800 , 800 , 1000 Свыше 1000 10 и точнее 15 . , 20 , , 25 , . 30 , , 35 . ,
Номинальный диаметр в мм Допуски на точность формы в мк
До 630 Свыше 630 до 800 , 800 , 1000 Свыше 1000 20 и точнее 25 , . 30 , , 35 ,
бочкообразность), приведенными в табл. 13, вне зависимости от
допуска на размер.
7. Шлифование на проход термически обработанных деталей
с чистотой поверхности по 8-му классу и выше и термически
не обработанных деталей с чистотой поверхности по 7-му классу
и выше в сочетании с величинами допусков на расположение
поверхностей, приведенными в табл. 14, вне зависимости
от допуска на размер.
8. Шлифование врезанием и в упор деталей с чистотой цилин-
дрической поверхности по 7-му классу и выше в сочетании с вели-
чинами допусков на расположение поверхностей, приведенными
в табл. 14, вне зависимости от допуска на размер.
Таблица 14 Таблица 15
Номинальный диаметр в мм Радиальное биение в мк
До 10 Свыше 10 до 18 . 18 , 50 , 50 . 120 , 120 . 260 Свыше 260 10 и точнее 12 , , 16 . , 20 , „ 24 , , 30 , ,
Номинальный диаметр в мм Допуски на точность формы В мк
До 360 Свыше 360 до 500 Свыше 500 20 и точнее 25 , , 30 ,
. 9. Шлифование деталей с выдерживанием радиуса до 0,5 мм.
Б. Внутреннее шлифование. 1. Шлифование на проход, вреза-
нием и в упор деталей с допуском на размер по 1-му классу точ-
ности в сочетании с чистотой поверхности по 8-му классу и выше.
2. Шлифование на проход деталей с допуском на размер
23 мк и точнее в сочетании с чистотой поверхности по 7-му классу
и выше.
3. Шлифование врезанием и в упор деталей с допуском на раз-
мер 27 мк и точнее в сочетании с чистотой поверхности
по 7-му классу и выше.
4. Шлифование на проход, врезанием и в упор деталей с чисто-
той поверхности по 7-му классу и выше в сочетании с величинами
допусков на точность формы (овальность, конусность, огранка,
вогнутость, бочкообразность), приведенными в табл. 15, вне
зависимости от допуска на размер.
73
chipmaker.ru
5. Шлифование на проход, врезанием и в упор деталей
с чистотой цилиндрической поверхности по 7-му классу и выше
в сочетании с величинами допусков на расположение по-
верхностей, приведенными в табл. 14, вне зависимости от допуска
на размер.
В. Плоское шлифование. 1. Шлифование на проход, врезанием
и в упор деталей с допуском по 1-му классу точности в сочета-
нии с чистотой поверхности по 8-му классу и выше.
2. Шлифование на проход деталей с допуском 12 мк и точнее
в сочетании с чистотой поверхности по 8-му классу для терми-
чески обработанных деталей и чистотой поверхности по 7-му классу
и выше для термически не обработанных деталей.
3. Шлифование на проход • деталей с чистотой поверхности
по 9-му классу и выше в сочетании с допуском на размер 20 мк
и точнее.
4. Шлифование на проход деталей с чистотой поверхности
по 8-му классу и выше и шлифование врезанием и в упор деталей
с чистотой поверхности по 7-му классу и выше в сочетании
с величинами допусков на точность формы (неплоскостность
и непрямолинейность), приведенными в табл. 16, вне зависимости
от допуска на размер.
5. Шлифование на проход с чистотой поверхности по 8-му
’классу и выше, а также врезанием и в упор с чистотой поверхности
по 7-му классу и выше в сочетании с величинами допусков
на точность расположения поверхностей (непараллельность), при-
веденными в табл. 17, вне зависимости от допуска на размер.
Таблица 16
Номинальная длина в мм Допуски иа непрямолиней- ность и непло- скостиость в мк
До 50 Свыше 50 до 100 , 100 , 300 , 300 , 600 „ 600 . 900 10 и точнее 12 , , 14 , „ 16 , , 18 , .
Таблица 17
Номинальная длина в мм Допуски на непараллельность в мк
До 50 Свыше 50 до 100 , 100 , 300 , 300 „ 600 „ 600 , 900 „ 900 „ 1000 4 и точнее 8 „ , 12 „ , 15 , „ ‘ 18 , „ 20 „ „
Г. Фасонное шлифование. 1. Шлифование деталей с допуском
25 мк и точнее.
2. Шлифование по профилю инструмента с допуском 50 мк
и точнее.
3. Шлифование по профилю зуборезного инструмента, зубча-
тых колес и шлицевых валов по 2-му классу точности и точнее.
4. Шлифование резьбы однониточными кругами.
Д. Специальные виды шлифования. 1. Шлифование и заточка
на станках с принудительной автоматической правкой или правкой
по копиру.
74
2. Правка круга на вулканитовой связке, за исключением
кругов формы Д.
3. Круглое наружное шлифование .на проход деталей, контроли-
руемых прилеганием по краске, при 80% прилегания и выше,
а при шлифовании в упор — при 60% прилегания и выше.
4. Внутреннее шлифование на проход, врезанием и в упор
деталей, контролируемых прилеганием по краске, при 60% приле-
гания и выше.
5. Шлифование' на станках с одновременно работающими
двумя и более кругами при чистоте поверхности шлифуемых дета-
лей по 7-му классу и выше.
6. Правка торцов круга при шлифовании канавок шириной
8 мм и менее.
7. Наружное круглое и бесцентровое шлифование на проход
деталей подшипников качения с чистотой поверхности, соответ-
ствующей ГОСТу 520-55, в соответствии с величинами допусков
на точность формы (по межоперационным ТУ), приведенными
в табл. 18.
8. Внутреннее шлифование деталей подшипников качения
с чистотой поверхности, соответствующей ГОСТу 520-55, в сочета-
нии с величинами допусков на точность формы (по межопера-
ционным ТУ), приведенными в табл. 19.
Таблица 18
Таблица 19
Номинальный
диаметр в мм
Допуски на
точность формы
в мк
Номинальный
диаметр в мм
Допуски на
точность формы
в мк
и
До 80
Свыше 80 до 150
„ 150 , 250
, 250 . 400
10
15
20
25
и точнее
» и
W П
До 80
Свыше 80 до 120
„ 120 , 180
, 180 , 320
15
20
25
точнее
п
п
Е. Особые замечания. 1. Перечень не распространяется на опе-
рации предварительного шлифования.
2. Применение алмазных инструментов допускается при шли-
фовании за одну установку нескольких поверхностей, если для
одной из поверхностей полагается алмазный инструмент по дан-
ному перечню.
3. Не допускается применения алмазного инструмента при шли-
фовании кругами зернистостью 36 и крупнее, а также неотбалан-
сированны.ми кругами диаметром 125 мм и выше.
4. Для случаев, не предусмотренных в настоящем перечне,
применение алмазного инструмента для правки может быть раз-
решено на основании заключения ВНИАЛМАЗа.
Данный перечень является руководством для предприятий при
использовании алмазных инструментов и определении потребности
в них.
75
chipmaker.ru
8. ПУТИ ЭКОНОМИИ АЛМАЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ПРИ ПРАВКЕ
ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
Высокая стоимость алмазного инструмента, применяемого при
правке шлифовальных кругов, требует изыскания путей их эко-
номии. Длительные наблюдения за использованием алмазных
инструментов на предприятиях, а также ряд исследований
в области изучения процесса правки шлифовальных кругов
и процесса шлифования, выполненных за последнее время, пока-
зывают, что имеется ряд путей снижения расхода алмазных
инструментов:
1. Возможность замены алмазных инструментов безалмаз-
ными правящими инструментами, работающими методом шлифо-
вания или методом обкатывания.
2. Правильный выбор шлифовального круга и соблюдение
режимов шлифования, которые определяют стойкость круга между
правками, а также и расход алмазного инструмента в процессе
правки.
3. Уменьшение величины слоя, снимаемого с круга в процессе
правки, и соблюдение режимов правки.
4. Рациональное использование алмазных инструментов.
Ниже кратко рассматриваются указанные пути снижения рас-
хода алмазных инструментов при правке шлифовальных кругов.
Безалмазная правка шлифовальных кругов производится мето-
дом шлифования и методом обкатывания, при этом в качестве
инструментов используются абразивные диски из карбида крем-
ния, стальные звездочки, диски из твердых сплавов и другие
безалмазные правящие инструменты. В настоящее время промыш-
ленность располагает инструментами для безалмазной правки,
которые позволяют производить правку шлифовальных кругов
при шлифовании деталей по 1—2-му классам точности и чистоте
поверхности по 8—9-му классам по ГОСТу 2789-51 на большин-
стве операций шлифования.
Московская конференция по безалмазной правке шлифоваль-
ных кругов, проходившая в декабре 1951 г., в своем решении
отметила, что способы безалмазной правки шлифовальных кру-
гов, разработанные советскими исследователями и рабочими-но-
ваторами, прошли основательную проверку на предприятиях
и в научно-исследовательских институтах и являются достаточно
эффективными и экономически целесообразными.
Исследованиями [40] установлено, что при безалмазной правке
стойкость шлифовальных кругов между двумя правками, вели-
чина слоя абразива, снимаемого за одну правку, время на
правку, стоимость правки и потребляемая станком мощность
в процессе шлифования практически не отличаются от соответ-
ствующих показателей, получаемых при правке алмазно-метал-
лическими карандашами.
На основе анализа литературных материалов и изучения опыта
^>яда предприятий можно привести некоторые общие рекоменда-
ции по использованию безалмазных правящих инструментов.
76
Правящие инструменты, работающие методом шлифования:
I. Абразивные круги из карбида кремния, изготовляемые
по ГОСТу 6565-53, при чистовом шлифовании деталей на проход
на круглошлифовальных, бесцентровошлифовальных и плоскошли-
фовальных станках с допуском до 0,010 мм, при чистоте поверх-
ности до 9-го класса и при шлифовании в упор с допуском
до 0,014 мм.
2. Абразивные круги ВНИИАШа (размером 12X15X8 мм
с характеристикой К360 ВПК) при шлифовании метрической
и дюймовой резьб по 2-му классу точности и шагом от 1 мм
и выше; однониточными кругами на резьбошлифовальных станках
ММ-582 и др. Подробное описание приспособления и метода правки
приведено в работе В. Д. Сильвестрова [40].
Правящие инструменты, работающие методом обкатывания:
1. Стальные штампованные звездочки с острым зубом при обди-
рочном и предварительном шлифовании с большим съемом
металла, когда от шлифовального круга требуется высокая режу-
щая способность. Точность шлифуемых деталей в пределах
4-го класса.
2. Стальные штампованные звездочки с тупым зубом; гофриро-
ванные, цельные, сверленые стальные диски и литые чугунные
диски при предварительном и получистовом шлифовании дета^
лей на круглошлифовальных, плоскошлифовальных и бесцен-
тровошлифовальных станках с точностью по 4—5-му классам при
чистоте поверхности по 6—7-му классам.
3. Твердосплавные малогабаритные диски диаметром 18 мм
в приспособлениях типа АТР-18МУ и ИО-25 при предварительном
и чистовом шлифовании деталей на внутришлифовальных,
круглошлифовальных и плоскошлифовальных станках, имеющих
шлифовальный круг диаметром не более 300 и шириной 40 мм.
Малые габариты этих правящих инструментов позволяют приме-
нять их для правки шлифовальных кругов на зубошлифовальпых
и шлицешлифовальных станках [40]. Точность шлифуемых деталей
в ряде случаев соответствует 2-му классу при чистоте поверхности
по 7—8-му классу.
4. Твердосплавные крупногабаритные диски и диски из зерен
твердых сплавов при предварительном и окончательном шлифо-
вании деталей на круглошлифовальных, бесцентровошлифоваль-
ных и плоскошлифовальных станках с точностью по 1—2-му клас-
сам при чистоте поверхности до 8-го класса. Рекомендуемый
небольшой угол наклона оси вращения правящего диска из зерен
твердых сплавов обеспечивает получение радиуса галтели
до 0,5 мм. Кроме того, диски из зерен твердых сплавов можно
применять для правки торцов шлифовального круга, а также веду-
щих вулканитовых кругов бесцентровошлифовальных станков.
5. Абразивные диски из белого электрокорунда и термокорунда
в сочетании с металлическими дисками при чистовых операциях
шлифования деталей на проход на круглошлифовальных, плоско-
шлифовальных и бесцентровошлифовальных станках. Точность
77
chipmaker.ru
шлифуемых деталей — по 2-му классу при чистоте Поверхности
до 9-го класса. Шлифуемые детали должны иметь малые припуски
на обработку.
6. Абразивные диски из карбида кремния при предварительном
и окончательном шлифовании деталей на проход на круглошли-
фовальных и плоскошлифовальных станках с точностью
до 2-го класса при чистоте поверхности по 8-му классу. Рекомен-
дуется применять только в тех случаях, когда на станке нельзя
производить правку методом шлифования. Шлифовальный станок
должен иметь жесткую шпиндельную головку, так как большие
габариты правящего инструмента вызывают в системе значитель-
ные упругие деформации.
7. Стальные фасонные ролики при предварительном и оконча-
тельном шлифовании фасонных поверхностей на круглошлифо-
вальных, бесцентровошлифовальных, плоскошлифовальных, вну-
тришлифовальных и зубошлифовальных станках деталей
по 2-му классу точности; профилирование многониточных резьбо-
шлифовальных кругов на резьбошлифовальных станках*.
Опыт отличников производства, а также проведенные за послед-
ние 10—15 лет исследования процесса правки показывают, что
при выполнении ряда шлифовальных операций, предусмотренных
в перечне применяемости алмазного инструмента, успешно могут
быть использованы безалмазные правящие инструменты. При
особо точных работах следует применять две державки для без-
алмазной правки: одну — для предварительной и вторую, особо
точно отрегулированную, — для окончательной.
Подробное описание безалмазных правящих инструментов,
конструкций приспособлений, режимов правки и правил эксплуа-
тации указанных инструментов приведено в ряде работ [3,1 [5], [9],
[20], [29], [31], [33], [37], [40] и др.
Безалмазная правка ведущего круга на бесцентровошлифоваль-
ных станках. За последнее время на многих заводах для правки
ведущих вулканитовых кругов на бесцентровошлифовальных
станках успешно применяют твердосплавные диски диаметром
35—60 мм, а также диски, изготовленные из зерен твердого
сплава. При этом правка ведущего круга производится методом
обкатывания при повороте оси правящего диска на 10—12° отно-
сительно оси врашения ведущего круга.
Правка производится так же, как и алмазным инструментом,
при максимальном числе оборотов ведущего круга. При правке
твердосплавным диском диаметром 35 мм рекомендуются следую-
щие режимы правки [40]:
Число оборотов ведущего круга 320 в минуту.
Продольная подача 50—60 мм/мин.
Поперечная подача 0,03—0,04 мм на 1 дв. ход.
Выхаживание без подачи 2—3 дв. хода.
Охлаждение интенсивное.
1 Безалмазная правка многониточных резьбошлифовальных кругов, Орг-
алмаз, Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности,
ЦБТИ, 1955.
78
Правка ведущих вулканитовых кругов на бесцентровошлифо-
вальных станках обеспечивает точность шлифуемых деталей
в упор диаметром 30 и длиной 75 мм в пределах: эллипсность
5 мк, конусность 10 мк и гранность 2—3 мк.
На ряде заводов вопрос замены алмазных инструментов при
правке ведущих кругов на бесцентровошлифовальных станках
решен путем замены абразивного круга на вулканитовой связке
алюминиевыми кругами, изготовленными из вторичного алюми-
ния. Для этого отливают в кокиль круг простейшей формы, затем
обтачивают по размерам, соответствующим размерам готового
круга.
Правка ведущих алюминиевых кругов производится твердо-
сплавным проходным резцом, установленным вместо алмазного
инструмента. Геометрия резца в плане: <р = 45°; <pi = 10° и г =
= 0,5 мм; в главной секущей плоскости 7 = 22°; а =10° Размер
резцедержателя 10X10 мм, длина —30 мм.
Применение алюминиевых кругов не ведет к снижению режи-
мов и производительности шлифования. Точность шлифуемых
деталей соответствует 2-му классу точности. Стойкость круга
между правками выше по сравнению с вулканитовыми, что сокра-
щает время простоев станка, затрачиваемое на правку ведущего
круга. По данным наблюдений ряда заводов, срок службы алю-
миниевых кругов при шлифовании деталей на проход составляет
1300 час. и выше, а при шлифовании методом врезания 500—
800 час., тогда как стойкость ведущих вулканитовых кругов зна-
чительно меньше [8].
Комбинированная правка шлифовальных кругов. При шлифова-
нии деталей, имеющих большие припуски, в целях повышения
стойкости шлифовального круга между правками в ряде случаев
целесообразно разделить операцию шлифования на черновую
и чистовую, оставляя для последней минимально необходимый
припуск.
В случае, если деление на две операции по технологическим
причинам невозможно, целесообразно для правки шлифовального
круга применять комбинированные приспособления, обеспечиваю-
щие получение высокой режущей способности рабочей поверх-
ности круга, как это имеет место при правке правящим инстру-
ментом, работающим методом обкатывания, и высокую точность
формы рабочей поверхности круга при правке алмазным инстру-
ментом.
Комбинированную правку эффективно применять также и в тех
случаях, когда шлифовальный круг в процессе работы получил
неравномерный износ рабочей поверхности. При этом предвари-
тельный съем абразива осуществляется приспособлением, рабо-
тающим методом обкатывания, после чего производят два-три
окончательных прохода алмазным инструментом.
Для снижения расхода алмазного инструмента и шлифоваль-
ных кругов величина слоя абразива, снимаемого в процессе
правки, должна быть минимальной (см. табл. 9).
79
chipmaker, ru
Комбинированная правка шлифовальных кругов позволяет
наиболее рационально использовать алмазный инструмент, увели-
чивая срок его службы. Для того чтобы комбинированную
правку шлифовального круга выполнять с наименьшими затр.а-
Фиг. 32. Приспособление для ком-
бинированной правки шлифоваль-
ных кругов прямолинейного про-
филя.
обкатывания. В качестве
использованы металлические,
тами времени, необходимо исполь-
зовать специальные приспособле-
ния, которые позволяют быстро
переходить от правки безалмазным
правящим инструментом к правке
алмазом, и наоборот.
На фиг. 32 показана конструк-
ция приспособления для комби-
нированной правки шлифоваль-
ных кругов прямолинейного про-
филя на круглошлифовальных
станках.
Безалмазная правка шлифоваль-
ного круга производится методом
правящего инструмента могут быть
твердосплавные или абразивные
диски.
Комбинированная правка шлифовальных кругов может быть
внедрена на круглошлифовальных, внутришлифовальных, бесцен-
Фиг. 33. Приспособление для комбинированной правки шлифовальных кругов
фасонного профиля на плоскошлифовальном станке.
I
тровошлифовальных и резьбошлифовальных станках, а также
при фасонном шлифовании, где применение этой правки даст
наибольшую экономию алмазных инструментов.
На фиг. 33 показано приспособление, которое смонтировано
на плоскошлифовальном станке. Приспособление состоит из пан-
80
тографа и узла, в котором закреплен алмаз в оправе, производя-
щий правку шлифовального круга по установленному в приспо-
соблении шаблону. В этом приспособлении алмаз копирует
движение щупа по шаблону. Фигура шаблона выполнена
в масштабе 10:1 по отношению к требуемому профилю на шлифо-
вальном круге.
Первоначально шлифовальный круг правится методом обкаты-
вания фасонным стальным роликом, профиль которого был пред-
варительно проточен резцом. В момент правки шлифовальный
круг получает вращение от фасонного ролика, который в свою
очередь приводится в движение от индиви-
дуального электродвигателя.
После предварительной правки круга
с помощью фасонного ролика последний отво-
дится от круга, электродвигатель выклю-
чается. Затем включается главный электро-
двигатель, приводящий во вращение шлифо-
вальный круг, и производится окончатель-
ная правка круга алмазным инструмен-
том по шаблону. Индивидуальный привод
ролика позволяет восстанавливать его
профиль, не снимая с приспособления.
Комбинированная правка может быть вне-
дрена также при профилировании однониточ-
ных кругов на резьбошлифовальных станках,
где внедрение этого метода позволяет значи-
тельно сократить расход алмазов и одновре-
Фиг. 34. Схема комби-
нированной правки
шлифовального круга
при шлифовании
резьбы.
менно повысить точность правки.
На фиг. 34 показана схема комбинирован-
ной правки круга при шлифовании резьбы.
Размеры шлифуемой поверхности резьбы
в несколько раз меньше размеров боковых
поверхностей шлифовального круга, например, при шлифовании
метрической резьбы с шагом 1 мм шлифовальным кругом высо-
той 10 мм размер АЕ боковой поверхности резьбы в 10 раз
меньше размера АС образующей поверхности шлифовального
круга, которая при обычном способе правки полностью срезается
алмазом.
При комбинированной правке алмазным инструментом боковая
поверхность шлифовального круга правится только на длине АВ,
а остальная часть боковой поверхности BD правится безалмаз-
ными правящими инструментами с помощью зажатого в нем
бруска из карбида кремния.
В тех случаях, когда конструкция станка не позволяет произ-
вести предварительный съем абразива указанными методами, эта
операция может быть выполнена затупившейся алмазной иглой.
При использовании алмазных игл с искусственными режущими
ребрами затупившаяся алмазная игла устанавливается в правящем
приспособлении станка так, чтобы съем абразива с нерабочей
81
chipmaker.ru
части круга производился одним из ребер, которые образуются
на гранях пирамиды алмазной иглы при ее износе.
Правильный выбор шлифовального круга и соблюдение режимов
шлифования оказывают большое влияние на расход алмазных
инструментов, используемых для правки шлифовальных кругов.
Стойкость круга между правками зависит от правильного выбора
характеристики, а в некоторых случаях и размеров круга, режима
шлифования и припуска, снимаемого в процессе шлифования.
Так, например, если шлифовальный круг выбран более твер-
дым, чем это требуется для данной операции шлифования,
то, с одной стороны, на правку более твердого круга расходуется
больше алмазов, а, с другой стороны, такой круг быстрее теряет
режущую способность и требует более частой правки. При выборе
для данной операции слишком мягкого шлифовального круга
последний быстро изнашивается и теряет правильную форму,
в результате чего также необходимо производить более частую
правку. Следовательно, в обоих рассмотренных выше случаях
необходимо производить более частую правку шлифовального
круга, что вызывает увеличение расхода алмазных инструментов
и шлифовальных кругов.
При шлифовании методом врезания большое влияние на рас-
ход алмазного инструмента оказывает правильный подбор высоты
шлифовального круга (или ведущего круга при бесцентровом
шлифовании) в зависимости от длины шлифуемой поверхности
детали.
Если высота шлифовального круга будет в несколько раз
больше длины шлифуемой поверхности детали, то на правку
не участвующей в работе части круга расходуется почти во столько
же раз больше алмазных инструментов.
При несоответствии высоты круга и длины шлифуемой поверх-
ности детали в процессе шлифования на поверхности шлифоваль-
ного круга будет образовываться ступенька, при срезании которой
вследствие большой величины снимаемого слоя может произойти
разрушение алмаза. Поэтому в целях наиболее рационального
использования алмазного инструмента при шлифовании деталей
методом врезания необходимо, чтобы высота шлифовального круга
была не более, чем на 3—6 мм больше длины шлифуемой поверх-
ности изделия.
В тех случаях, когда изготовляемые по ГОСТу шлифовальные
круги имеют высоту больше указанной разности, необходимо
в абразивном цехе или мастерской завода произвести проточку
торца круга на специально выделенном для этих работ токарном
станке.
Влияние режимов правки и величины слоя, снимаемого при
правке, на расход алмазного инструмента описано в разделе 6
данной главы.
При выборе алмазных инструментов для правки шлифовальных
кругов следует исходить из технико-экономических показателей
стоимости операции правки. При этом следует иметь в виду, что
82
стоимость алмазного инструмента в большинстве случаев зависит
от размера и качества используемых кристаллов.
В заключение следует отметить, что здесь описаны лишь наи-
более общие пути снижения расхода алмазных инструментов при
правке шлифовальных кругов. В каждом отдельном случае в усло-
виях производства может быть выявлен ряд других путей, что часто
вскрывают и эффективно используют рабочие-новаторы на пред-
приятиях.
chipmaker.ru
ГЛАВА IV
КОНТРОЛЬ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ
Одним из важнейших разделов общей проблемы автоматизации
процессов производства на машиностроительных заводах является
проблема автоматизации контроля размеров деталей серийного
и массового производства непосредственно в процессе их обра-
ботки.
Преимуществом автоматического контроля в процессе обра-
ботки перед контролем деталей после их обработки является
возможность непосредственного воздействия на технологический
процесс выполнения операций. Последнее отвечает основному тре-
брванию к операции контроля, а именно: не фиксация брака,
а активное воздействие на производственные процессы.
В настоящее время обработка деталей машин и приборов
на металлорежущих станках регламентирована весьма точными
размерными допусками, соблюдение которых связано с требова-
нием объединения операций обработки и контроля, т. е. необхо-
димостью непрерывного контроля размеров в процессе обработки.
Автоматический контроль размеров деталей на металлорежу-
щих станках, который все шире внедряется в производство, осу-
ществляется с помощью различных конструкций контрольных при-
боров. Описание конструкций указанных приборов приведено
в книге В. В. Кондашевского [25а] и др.
По методу измерения контрольные устройства для автомати-
ческого контроля могут быть разделены на устройства, основанные:
1) на прямом методе измерения и 2) на косвенном методе изме-
рения.
В первом случае измерительный наконечник находится
в постоянном контакте с обрабатываемой поверхностью детали
и непосредственно контролирует ее размер, при достижении кото-
рого обработка прекращается.
Устройство, основанное на косвенном методе измерения,
не соприкасается с поверхностью обрабатываемой детали, так как
окончание процесса обработки определяется не непосредственным
измерением размера обрабатываемой детали, а величиной пере-
мещения суппорта, несущего режущий инструмент.
В приборах, осуществляющих автоматический контроль указан-
ных процессов методом прямого измерения, в ряде случаев исполь-
84
зуются наконечники, армированные износостойкими материалами,
такими как алмаз, агат, рубин, твердые сплавы и ряд других.
При выборе материалов для этих наконечников следует учитывать
не только физико-механические свойства этого материала,
но также и экономическую сторону.
К числу наиболее важных показателей, характеризующих
физико-механические свойства материала наконечника, следует
отнести: 1) высокую твердость; 2) износостойкость при попадании
на трущиеся поверхности абразивных материалов; 3) низкий
коэффициент трения и 4) высокую коррозионную стойкость.
Можно с уверенностью сказать, что по сравнению со всеми
известными в настоящее время искусственными и естественными
материалами алмаз в большей степени отвечает всем указанным
выше требованиям.
Ввиду высокой стоимости алмазов, а также большой трудоем-
кости процесса изготовления алмазных наконечников алмаз, обла-
дая наиболее высокой износостойкостью, используется для этих
целей в основном на станках-автоматах и на прецизионных шли-
фовальных станках, обрабатывающих детали с высокой точ-
ностью.
Для того чтобы повысить износостойкость алмазного наконеч-
ника и исключить появление рисок на измеряемой поверхности,
поверхность наконечника обычно полируют в виде сферы радиусом
1—2 мм. Алмазный наконечник с полированной поверхностью
при обычном измерительном усилии до 6 кг оставляет на обраба-
тываемой детали мало заметные следы, в то время как необрабо-
танный наконечник в начале приработки алмаза оставляет
на детали очень глубокие царапины.
При использовании алмазных наконечников следует помнить,
что алмаз является анизотропным, вследствие чего он обладает
различной износостойкостью в различных направлениях. Так
например, при установке кристалла алмаза рабочей плоскостью,
расположенной поперек плоскости скалывания, имеет место более
интенсивный износ наконечника.
1. Устройства активного контроля,
ОСНОВАННЫЕ НА ПРЯМОМ МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИЯ
На фиг. 35 показана одна из простейших конструкций прибора
для контроля размеров вала в процессе обработки. Этот прибор
имеет массивный контактный рычаг 1, подвешенный на плоской
пружине 2, на конце которого укреплен алмазный наконечник 3.
Изменения диаметра шлифуемой поверхности фиксируются стрел-
кой 4 на шкале 5. Стрелка 4 поворачивается вокруг оси 6 и свя-
зана с рычагом 1 при помощи короткоплечего рычага 7. Во избе-
жание поломки алмазного наконечника перемещение рычага 1
ограничено упорами 8 и 9. Корпус прибора 10 фиксируется
на кронштейне 11 осью 12 и с помощью пружины 13 прижи-
мается к винту 14. Кронштейн 11 закреплен на стойке 15, при-
вернутой к столу станка.
85
chipmaker.ru
На фиг. 36 показана другая конструкция приспособления для
измерения наружных поверхностей, в котором обрабатываемое
изделие контролируется с помощью трех алмазных наконечников,
имеющих сферическую поверхность диаметром около 2 мм.
Последнее обеспечивает контакт с вращающейся деталью по очень
небольшой поверхности. При съеме изделия со станка приспо-
собление легко поднимается вверх.
При обработке деталей, имеющих отверстия, шлицевые или
шпоночные канавки, контроль размеров в процессе обработки
осуществляется с помощью изме-
рительных приспособлений с боль-
шими опорными поверхностями или
на обычных приспособлениях с до-
Фиг. 35. Приспособление для контроля
размеров вала.
Фиг. 36. Приспособление с тремя
алмазными наконечниками для
измерения наружных цилиндриче-
ских поверхностей при их обра-
ботке.
полнительными опорными наконечниками (фиг. 37). В этом
приспособлении установлены два дополнительных опорных нако-
нечника 5 и 6, что исключает возможность возникновения толчков
наконечника в момент прохождения его над одной из канавок
1, 2, 3 -а 4 детали. Наконечники 7 и 8 выступают на 0,01—0,02 мм
дальше дополнительных наконечников 5 и 6, которые установлены
в пазах корпуса приспособления 9. С целью предохранения нако-
нечников от толчков и ударов, которые могут вызвать его повре-
ждение, в некоторых конструкциях предусмотрена установка тор-
мозных приспособлений.
При вращении вала с прорезями даже незначительные пере-
мещения измерительных наконечников вызывают колебания стрелки
миниметра 10, что затрудняет наблюдения в процессе обработки
детали.
На фиг. 38 показано приспособление, оснащенное алмазным
наконечником, которое используется на внутришлмфовальных
86
станках. Приспособление крепится на кронштейне или непосред-
ственно на станине станка. В этих приспособлениях используются
мелкие кристаллы алмазного борта весом 0,1—0,15 карата. Кре-
пление алмаза в оправе про-
изводят путем пайки.
Фиг. 37. Приспособление для контроля
размеров шлицевых валов.
Фиг. 38. Приспособление с алмазным
наконечником для измерения отверстий
в процессе обработки на внутришли-
фовальном станке.
2. ПРИБОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА КОСВЕННОМ МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Одним из наиболее распространенных примеров использования
алмазов в приборах косвенного метода контроля размеров деталей
в процессе обработки является применение алмазных щупов
на зубошлифовальных стан-
ках типа МААГ. На фиг. 39
показана схема установки
алмазных щупов на зубо-
шлифовальном станке, ко-
торые с помощью контакт-
ных приборов поддерживают
постоянный размер между
торцовыми поверхностями
шлифовальных кругов. Пло-
скости этих кругов иммити-
руют собой зуб рейки,
по которой поочередно об-
катываются рабочие поверх-
ности зубьев обрабатывае-
Фиг. 39. Схема установки алмазных щупов
на зубошлифовальном станке типа МААГ.
мого колеса.
Для компенсации износа
шлифозальных кругов ста-
нок имеет специальное контрольное устройство, принцип работы
которого состоит в следующем. Рычаг 1 (фиг. 39) имеет пло-
ский алмаз 2 и платиновый контакт 3, находящийся против контак-
тов 4. Между алмазом 2 и кругом 5 имеется зазор в 1 мм. Через
каждые 5 сек. эксцентрик 6 поворачивается таким образом, что
87
chipmaker.ru
штифт 7 рычага 1 попадает в выемку эксцентрика 6. При этом
алмазный щуп 2, установленный на рычаге 1, приближается
к кругу 5.
Если шлифовальный круг износился, то контакты 3 и 4
замкнутся раньше, чем алмазный шуп коснется круга. При замы-
кании контактов 3 и 4 приводится в действие собачка храпового
колеса, перемещающая шлифовальный круг в осевом направлении
Фиг. 40. Общий вид
твердосплавного
щупа к зубошлифо-
вальным станкам.
на 0,001 мм. Через каждые последующие 5 сек.
это перемещение круга повторяется до тех пор,
пока алмазный щуп не коснется шлифовального
круга раньше, чем контакт 3 достигнет кон-
такта 4.
В таких приборах используются крупные каче-
ственные алмазы плоской формы весом до 5 ка-
рат, которые закрепляются в специальной оправе
путем пайки. Рабочая поверхность алмаза шли-
фуется на обычных гранильных станках.
Несмотря на высокую износостойкость ал-
маза, поверхность алмазного щупа изнашивается,
вследствие чего периодически производится его
восстановление путем подшлифовки (выравни-
вания) рабочей поверхности щупа.
На ряде машиностроительных заводов при
шлифовании зубчатых колес на станках типа
МААГ вместо алмазных щупов успешно приме-
няют щупы, армированные пластинками из твер-
дого сплава марки ВК6А (фиг. 40). Замена
алмазных щупов твердосплавными позволяет
на каждом станке сэкономить по два крупных дорогостоящих
алмаза. Опыт показал, что при замене алмазных щупов твер-
досплавными наладка станка не усложняется и изменения при-
нятых режимов процесса зубошлифования, а также характеристик
шлифовальных кругов не требуется.
Длительные испытания алмазных и твердосплавных щупов при
различных режимах зубошлифования колес, изготовленных из спе-
циальных сталей, показали, что применение твердосплавных щупов
отражается в основном на величине отклонений основного шага
А/о [40]. При этом указанные отклонения возрастают с увеличе-
нием нормального модуля, числа двойных ходов обкатывания
в минуту и снимаемого припуска (см. фиг. 41).
Из показанного на фиг. 41 графика видно, что при шлифовании
зубчатых колес с применением твердосплавных щупов отклонения
основного шага стабильно лежат в пределах l-ro класса точности
при режимах работы, приведенных в табл. 20.
При наладке зубошлифовального станка при использовании
как алмазных, так и твердосплавных щупов рекомендуется соблю-
дать следующие условия и порядок операций [40].
Зубошлифовальный станок должен соответствовать нормам точ-
ности, предусмотренным в технических условиях, а характеристика
88
Режимы работы на зубошлифовальных стайках
Таблица 20
Нормальный модуль тп в мм Подача s в мм Снимаемый припуск h в мм Число двойных ходов обкатки в минуту п
2,25 1.08 0,05—0,15 80—120
3 1.08 0,65 80—120
3 1,08 0,10—0,15 80—100
4 1,08 0,05 80—120
4 1,08 0,10 80—100
4 1,08 0,15 80
(по данным В. , [. Сильвестрова)
шлифовального круга и режим шлифования — правильно подо-
браны.
Рекомендуется тщательно протереть от пыли и грязи посадоч-
ное гнездо под щуп в рычаге компенсирующего механизма. Поста-
Фиг. 41. График зависимости величины отклонений основного шага Д/о от режимов
зубошлифования на станке типа МААГ при работе твердосплавными. и алмазными
щупами. Характеристика шлифовальных кругов Э60С1К:
1 — отклонения основного шага при работе с твердосплавными щупами и при величинах
припуска на шлифование 0,05; 0,10; 0,15 мм; 2 — отклонения основного шага при ра-
боте с алмазными щупами, при величине припуска на шлифование 0,10 мм; 3 — линия
величины предельных отклонений основного шага по ГОСТу 1643-46 при шлифовании зуб-
чатых колес по 1-му классу точности:
а) тп = 4 мм; z = 45;
б) тп = 3 мм; z = 47;
в) тп = 2,25 мм; z = 31;
а = 20°; s = 1,08 мм;
а. — 20°; S = 1,08 мм;
а = 20°; s — 1,08 мм,
вить державку в паз без перекосов и зазоров и подтянуть пру-
жину 1 гайкой 2 (см. фиг. 40), обеспечив плотное соприкосновение
плоскости державки с опорной поверхностью паза. Затем законтро-
вать гайку шплинтом.
89
chipmaker.ru
Для наладки щупа (фиг. 42) на место шлифовального круга
необходимо надеть шаблон 1 и подвести контактный выступ
винта 2 шаблона к поверхности щупа 3 с зазором 0,5—0,8 мм.
Поверхность щупа установить по четырём точкам а—в и б — г
(фиг. 42) так, чтобы разница положений противолежащих точек не
превышала 4 мк, что соответствует повороту храповика продольной
подачи шпинделя на два зуба. В тех случаях, когда эта разница
превышает 4 мк, регулирование положения поверхности щупа не-
Фиг. 42. Схема наладки компенсирующего меха-
низма станка по шаблону.
обходимо производить
винтами 4, 5 и 6.
После установки
щупа необходимо про-
извести контрольную
проверку правильности
положения плоскости
щупа, предварительно
законтрив винты 4, 5
и 6, что практически
осуществляется нане-
сением рисок на тор-
цовой поверхности хра-
повика продольной по-
дачи шпинделя, кото-
рые при положении
всех Четырех точек по-
верхности щупа в одной
плоскости должны сов-
падать с первой риской
или отстоять одна от
другой в пределах по-
дачи не более, чем
на два зуба храпо-
вика продольной по-
дачи шпинделя.
Закончив установку и выверку плоскости щупа по шаблону,
последний снимают со станка и производят установку шлифоваль-
ного круга. Вновь поставленный круг не должен находиться в со-
прикосновении со щупом до тех пор, пока он не будет оконча-
тельно выправлен правящим инструментом по диаметру и боковой
поверхности. При использовании твердосплавных щупов рабочие
кромки обоих шлифовальных кругов должны быть установлены
относительно поверхностей щупов в одинаковых положениях. Это
же условие должно соблюдаться и при замене изношенных кругов
на новые.
Соблюдение указанных рекомендаций обеспечивает более ра-
циональное использование рабочей поверхности твердосплавного
щупа, а следовательно, и более длительный срок его службы.
После полного использования рабочей поверхности твердосплав-
ного щупа (т. е. после двух его последующих перестановок) его
90
снимают со станка для перешлифовки, а на станок устанавливают
новый комплект. Твердосплавные щупы обеспечивают надежную
работу станка в течение от 300 до 1500 час. машинного времени
до их перешлифовки. Указанный срок службы зависит от точности
шлифуемых зубчатых колес.
На фиг. 43 показана схема устройства, ограничивающего пере-
мещение исполнительных механизмов станка с компенсацией износа
режущего инструмента. Это
тришлифовальных станках.
Направляющая 1 приспо-
собления смонтирована на
поперечных салазках, несу-
щих шпиндель шлифоваль-
ного круга. Шток 2 соеди-
нен со стрелкой 3 мини-
метра 5 и может переме-
щаться во время работы
лишь вместе с салазками
в направлении, перпендику-
лярном к оси шлифоваль-
ного круга.
Во время чернового шли-
фования, вследствие интен-
сивного износа круга, при
положения круг выводится
приспособление используется на вну-
Фиг. 43. Схема измерительного устройства
для внутришлифовального станка.
достижении стрелкой определенного
для правки алмазом 6. В это время
шток 2, коснувшись упора 7, сдвигается назад на расстояние, рав-
ное толщине слоя а, снимаемого с круга в процессе правки. После
правки осуществляется чистовое шлифование до тех пор, пока
стрелка миниметра достигнет положения, соответствующего задан-
ному размеру Д детали 4. Для компенсации износа может быть
установлен дополнительный упор 8.
Алмазные наконечники используются не только в описанных
выше приборах для контроля размеров деталей непосредственно
в процессе их обработки на станках, но также и в стационарных
прецизионных измерительных инструментах и приборах, с помощью
которых производится массовый контроль весьма точных деталей.
В этих инструментах используются также наконечники из твердых
сплавов, агата и др. Доводку плоскостей твердосплавных и агато-
вых наконечников производят пастами из карбида бора, а в отдель-
ных случаях алмазными микропорошками.
3. ИЗНОС НАКОНЕЧНИКОВ ПРИ ПРЯМОМ МЕТОДЕ ИЗМЕРЕНИИ
Наконечники описанных выше конструкций измерительных при-
способлений работают в чрезвычайно тяжелых условиях, подвер-
гаясь весьма интенсивному износу, с одной стороны, из-за непре-
рывного трения о вновь образующуюся в процессе обработки по-
верхность детали, с другой стороны, попадающими под наконечник
частицами абразивного материала (особенно при внутреннем шли-
фовании) .
91
chipmaker.ru
Износ наконечников в процессе работы вызывает систематиче-
скую погрешность, выражающуюся в том, что измерительное при-
способление срабатывает в тот момент, когда деталь имеет размер,
равный заданному размеру плюс (если это вал) или минус (если
это отверстие) величина износа наконечника. Поэтому в резуль-
тате износа наконечника размер детали отклоняется в сторону
исправимого брака. Для получения деталей заданного размера не-
обходимо периодически подналаживать измерительное устройство,
каждый раз давая поправку па величину износа наконечника.
Износ наконечников, применяемых в измерительных приборах,
основанных на прямом методе, зависит от целого ряда факторов,
а именно:
1) от физико-механических свойств материала наконечника
(твердости, прочности, структуры и др.) и обрабатываемой детали;
2) от метода и вида обработки (точения, шлифования наруж-
ных и внутренних поверхностей и т. д.);
3) от качества 1 поверхности деталей и наконечника;
4) от величины давления наконечника на поверхности контакта;
5) от расположения наконечника относительно измеряемой
детали;
6) от количества, размера и свойств абразивных зерен и твер-
дых частиц обрабатываемого материала, попадающих под наконеч-
ник, а также от ряда других факторов.
На фиг. 44 приведен график зависимости удельного износа нако-
нечников из разных материалов от проходимого ими пути. Из гра-
фика видно, что наиболее эффективно в качестве заменителей
алмазов в наконечниках к приборам целесообразно использовать
сплавы ВКба, ВКЗа и ВК8 (горячепрессованный). Высокую износо-
стойкость имеют наконечники, армированные мелкозернистым спла-
вом ВКба, в котором размер зерна карбидов вольфрама равен
0,5 мк.
Из этого сплава изготовляют цилиндрики диаметром 2,5 и вы-
сотой 3 мм, которые запаивают в наконечники. Наконечники ука-
занных размеров являются наиболее удобными при контроле отвер-
стий. Для наконечников, используемых в приборах для контроля
валов, рекомендуется [25а] применять вставки максимально допу-
скаемого прибором размера.
Чрезвычайно большое влияние на износ наконечников оказывает
способ обработки измеряемых деталей. Так, например, на шлифо-
вальных операциях при обработке одних и тех же материалов
износ наконечников значительно больше, чем при токарной обра-
ботке. Износ наконечников при внутреннем шлифовании закаленных
сталей намного больше, чем при наружном шлифовании тех же
сталей. Износ наконечников при черновом шлифовании превышает
износ при чистовом. Износ наконечников при сухом шлифовании
также выше, чем при шлифовании с охлаждением.
* Под качеством поверхности подразумевается не только микрогеометрия
поверхности, но также наличие окисных и адсорбционных пленок, которые ока-
зывают большое влияние на условия трения пары наконечник — деталь.
92
Как указывается в работе В. В. Кондашевского [25а], решающее
влияние на величину износа наконечников оказывает абразив,
микротвердость которого значительно выше по сравнению с микро-
твердостью обрабатываемых на металлорежущих станках мате-
риалов.
Фиг. 44. График зависимости удельного износа наконечников
от проходимого ими пути.
При токарной обработке износ наконечников меньше вслед-
ствие отсутствия твердых абразивных материалов. При внутреннем
шлифовании наконечники измерительных приборов располагаются
вблизи от шлифовального круга, в результате чего под них попада-
ет значительно большее количество абразива, чем при наружном.
При наружном шлифовании близость наконечников к кругу не
имеет значения, так как частицы абразива удаляются вниз обиль-
ной струей охлаждающей жидкости, почти не попадая под наконеч-
93 .
ник. Так, по Данным, приведенным в работе [25а], износ наконечни-
ков из сплава ВКба в течение 8 час. составил при внутреннем шли-
фовании закаленных деталей 10—12 мк, тогда как при наружном
шлифовании он составил 3—4 мк.
При черновом шлифовании износ наконечников значительно
больше, чем при чистовом, так как в первом случае износ шлифо-
вального круга, а следовательно, и количество абразивных зерен,
попадающих под наконечник, значительно больше. При черновом
(внутреннем) шлифовании износ в смену достигал 14—16 мк,
Фиг. 45. Зависимость износа измерительных
наконечников от качества обработки контактной
поверхности наконечников.
наконечника уменьшается. Аналогичное
при чистовом шлифова-
нии 2 мк [25а].
При шлифовании с
охлаждением износ нако-
нечника меньше, так как
большая часть абразива
удаляется вместе с охла-
ждающей жидкостью.
Кроме того, смачива-
ние контактирующих по-
верхностей охлаждающей
жидкостью способствует
уменьшению трения.
С уменьшением микро-
неровностей поверхности
шлифуемой детали износ
объяснение можно при-
вести в отношении роли доводки поверхности наконечника.
Однако, учитывая что основную роль в износе наконечника играет
абразивный износ, с увеличением микронеровностей контактирую-
щихся поверхностей соответственно будет увеличиваться и износ
наконечника.
Так, у шлифованных деталей с НсК— 1,1 1,25 мк износ нако-
нечника из сплава ВКба в течение смены составил 14—16 мк-, у де-
талей с Нск = 0,5 н- 0,6 мк износ сотавил только 4 мк, а у деталей
с Н ск— 0,2 0,25 мк износ составил всего лишь 2 мк [25а].
Попытки уменьшить величину износа наконечника на приборах
автоматического контроля путем полирования и доводки не дали
положительных результатов, так как доведенный слой наконечника
быстро изнашивается абразивными зернами. Из графика, показан-
ного на фиг. 45, видно что, в начале работы износ доведенного
наконечника 1 из сплава марки ВКба идет медленнее, чем шлифо-
ванного 2. Но по мере износа доведенной поверхности он дости-
гает обычной величины износа для шлифованного наконечника.
Следовательно, практически достаточно лишь шлифования нако-
нечников.
Твердосплавные наконечники довольно быстро прирабатываются
по форме поверхности обрабатываемой детали, вследствие чего
первоначальная форма наконечника не играет особой роли. Для
большинства случаев измерения (исключая специальные наконеч-
94
ники для контроля шлицевых деталей) рекомендуется заправлять
наконечники в виде сферы с радиусом 2—3 мм.
На фиг. 46 приведен график зависимости износа наконечников
из сплава ВКба от величины давления на контактирующей пло-
щадке. Пройденный наконечником путь— 1000 м. График построен
на основании данных, приведенных в работе [25а]. Из графика
видно, что в начале с увеличением давления на контактной пло-
щадке износ наконечника интенсивно уменьшается, а затем снова
возрастает. Уменьшение износа в начале вследствие повышения
давления происходит за счет уменьшения попадания абразивных
Дабление на контактной площадке наконечника
Фиг. 46. Зависимость износа наконечника от давления
на контактной площадке.
зерен между контактирующимися поверхностями наконечника и
обрабатываемой детали. При дальнейшем увеличении контактного
давления износ вследствие трения пары двух материалов превы-
шает абразивный износ. Приведенный выше анализ позволяет сде-
лать практический вывод о том, что при наладке приборов автома-
тического контроля большое внимание следует обращать на вели-
чину контактного давления наконечника, так как при весьма малых
и больших давлениях имеет место повышенный износ наконечника.
Учитывая, что большое влияние на износ наконечника оказы-
вает попадание абразивных зерен шлифовального круга, наконеч-
ник следует размещать в зоне наименьшего их скопления. Если это
невозможно, то рекомендуется [25а] струю охлаждающей жидкости
направлять навстречу потоку летящих частиц абразива или прямо
под наконечник измерительного приспособления.
Компенсацию износа наконечников производят либо путем пере-
мещения показывающего устройства, либо перемещением контакт-
ных винтов на расстояние, равное величине износа.
chipmaker.ru
ГЛАВА V
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ ВОЛОЧЕНИЯ
Процесс обработки металлов давлением, при котором заготовка,
подлежащая деформации, получает меньшее поперечное сечение
и принимает форму и размеры внутреннего канала волочильного
инструмента при прохождении через него, называется волоче-
нием. При этом соответственно уменьшению поперечного сечения
увеличивается длина заготовки.
Волочение большинства материалов обычно производится в хо-
лодном состоянии, но для некоторых труднодеформируемых метал-
лов и сплавов (например, вольфрама, молибдена, их сплавов
и других) применяется предварительный перед волочением подо-
грев заготовки до 550—650°.
Конец заготовки, который задается в волочильный инструмент,
должен иметь сечение меньшее, чем сечение волочильного инстру-
мента, настолько, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение
этой части заготовки через канал волочильного инструмента.
Степень деформации заготовки определяется: а) вытяжкой, ха-
рактеризующей увеличение длины заготовки после волочения;
вытяжка за один проход обычно не превышает 1,67 (отношение
длины заготовки после и до волочения) и б) обжатием, которое
вычисляется в процентах, как отношение разности в сечении заго-
товки до и после волочения к сечению до волочения; за один проход
примерно оно равно 15—20%.
Для уменьшения поперечного сечения и соответствующего удли-
нения проволоки расходуется большое количество энергии, идущее
на пластическую деформацию и сопротивление трению о стенки
отверстия.
Канал волочильного инструмента включает в себя следующие
основные зоны (фиг. 47):
1) смазочную воронку, назначение которой обеспечить подачу
смазочного материала в канал и устранить возможность задирания
заготовки о края канала; она разделяется на входную распушку
и смазочный конус;
2) рабочий конус, при помощи которого осуществляется задан-
ная деформация заготовки;
96
3) калибрующий поясок, обеспечивающий заданную точность
и стабильность размеров волочимой заготовки;
4) обратный конус, который дочжен обеспечивать лучшее совпа-
дение основной оси волочильного канала с осью выходной рас-
пушки;
5) выходную распушку, устраняющую возможность задирания
заготовки, выходящей из волочильного инструмента.
Наиболее важной частью канала является рабочий конус, он
обычно имеет радиальную или близкую к радиальной форму в виде
плавной кривой. Часть его, непосредственно соприкасающаяся
с волочимой заготовкой, называется очагом деформации.
so°±is:
60°±15
Смазочный конус
Рабочий конус
Калибрующий поясок
Обратный конус
Выходная распушка
Входная распушка
Фиг. 47. Канал волочильного инструмента.
Волочильный инструмент (другие названия — волока или
фильера) может быть из стали, твердых сплавов и технических
алмазов.
Для волочения . тонкой проволоки применяют технические
алмазы, которые на этих операциях не могут быть заменены дру-
гими материалами потому, что алмазы обладают высокой твер-
достью и сопротивлением износу, большой механической проч-
ностью, высокой плотностью, а также однородностью структуры
и небольшим коэффициентом трения.
Алмазные волоки применяются тогда, когда требуется макси-
мальная точность и высококачественная обработка поверхности.
Эти качества алмаза позволяют получать тонкий — до 7 мк воло-
чимый материал, с очень точными допусками по сечению, недости-
жимыми в волоках из других материалов, так как каналы в них
быстро разрабатываются при волочении. Необходимо также отме-
тить высокую стойкость алмазных волок. Так, например, если через
волоку из твердого сплава до полного ее износа можно протянуть
60 кг проволоки диаметром 0,3 мм, то через алмазную волоку при
тех же условиях протягивают 13 т. Но алмаз очень хрупок и может
chipmaker.ru
противостоять Давлению протягиваемой заготовки иа сТейкй КййаЛа
только при небольших диаметрах отверстий алмазной волоки.
Поэтому размеры (вес) алмазов, предназначенных для изгото-
вления волок, следует выбирать с учетом диаметра протягиваемой
проволоки и возможности повторного шлифования волок до не-
сколько большего диаметра, так как это влияет на общую стои-
мость их при использовании.
Чем больше диаметр проволоки, тем'крупнее следует выбирать
алмаз.
В настоящее время алмазные волоки применяются, как правило,
при волочении проволоки:
1) из вольфрама, молибдена, никеля и их сплавов при диаметре
проволоки менее 0,28 мм;
2) из меди, бронзы, латуни, драгоценных металлов и их спла-
вов при диаметре проволоки не более 1 мм.
В отдельных случаях для протяжки кабельных проводов боль-
ших диаметров применяют алмазные волоки с диаметром отверстия
более 1 мм, которые изготовляют из крупных алмазов весом
2—4 карата.
Для изготовления волок необходимо применять высококаче-
ственные алмазы как в виде целых кристаллов, так и кусков кри-
сталлов. Кристаллы могут иметь небольшие включения, раковины,
сколы и трещины в нерабочей части кристалла. Допускаются и глу-
бокие трещины, если только они не направлены к рабочей части
кристалла и находятся на расстоянии не менее 2/з от центра камня,
а также кристаллы, имеющие толщину не менее 1 мм, при условии
наличия в них правильных параллельных плоскостей и отсутствия
клиновидной формы в опорных плоскостях.
Кристаллы с глубокими поверхностными пороками в виде рако-
вин, с ярко выраженными плоскостями спайкости в зоне канала,
а также кристаллы рыхлой структуры для изготовления волок не
пригодны. Наименьший размер кристаллов алмаза, применяющийся
для изготовления волок, — 0,12 карата.
Форма алмазов, использующихся для изготовления волок, раз-
лична, но рекомендуется форма ромбического додекаэдра или окта-
эдра искаженной формы. У октаэдра правильной формы при
огранке необходимо будет снимать большое количество алмазной
массы, что вызовет значительные потери.
В настоящее время проводятся опытные работы по изготовле-
нию волок с учетом оптимальных направлений сверления канала
в алмазе.
Предварительные данные, а также данные иностранной прак-
тики, показали, что различный износ алмазных волок объясняется
неоднородностью алмазов и разной их кристаллографической
ориентацией.
Оптимальные направления сверления канала в алмазе следую-
щие: а) перпендикулярно грани октаэдра; б) перпендикулярно
грани ромбического додекаэдра; в) перпендикулярно грани куба
(фиг. 48).
93
Практически при изготовлении волок руководствуются степеныо
легкости производства, удобством огранки и минимальной потерей
в весе алмаза, поэтому пользуются всеми направлениями.
В зависимости от рода металлов и сплавов, протягиваемых через
алмазные волоки, последние разделяются у нас на следующие
марки:
1) М — для холодного волочения меди, серебра, золота, пла-
тины, алюминия, цинка и других мягких металлов, имеющих пре-
дел прочности на растяжение не более 50 кг/мм2 3-,
Фиг. 48. Ориентировка канала алмазных волок по отношению к структуре
кристалла.
2) П — для холодного волочения никеля, фосфористой бронзы,
константана, манганина, латуни и других полутвердых металлов
и сплавов, имеющих предел прочности на расстяжение от 50
до 100 кг/мм2;
3) Т — для холодного волочения стали, нихрома и других твер-
дых металлов и сплавов с пределом прочности на растяжение
более 100 кг/мм2, а также для горячего волочения вольфрама,
молибдена и других твердых металлов и сплавов.
Британский стандарт выделяет волоки, служащие для волоче-
ния вольфрама и молибдена, в четвертую группу.
Нормализованные размеры волочильного канала в алмазных
волоках приведены в табл. 21 и на фиг. 47, а вес и толщина алма-
зов для изготовления волок в зависимости от номинального диа-
метра волоки — в табл. 22.
Практика волочения через алмазные волоки показала, что для
углов входной и выходной распушек, а также для угла смазочного
конуса нет особой необходимости устанавливать верхний предел
допуска, так как увеличение этих углов не только не ухудшает ка-
чества волок, но и увеличивает срок их службы без дополнитель-
ного исправления формы волочильного канала.
Перед началом изготовления алмазных волок непременно про-
изводят контрольную приемку алмазов, назначение которой уста-
99
chipmaker.ru
Таблица 21
Нормализованные размеры волочильного канала в алмазных волоках
Марки волок Длина смазочной воронки в мм Длина hi рабочего конуса в мм Длина щего hK калибрую- пояска в мм
м 2Н и з hl 1,5 dK 0,5
п 2Н и 3 2,0 dK 0,75
т Н и з 2,0 dK 1,0
Таблица 22
Вес и толщина алмазов для изготовления волок в зависимости
от номинального диаметра волочильного канала
Номинальный диаметр воло- чильного канала в мм, не более Вес алмаза в каратах Толщина алмаза в мм, не менее
номинальный предельные значения до огранки после огранки
0,03 0,15 0,12—0,20 1,4 1,0
0,06 0,25 0.21—0,30 1,6 1,2
0,10 0,33 0,31—0,40 1,8 1,4
0,30 0,50 0,41—0,60 2,0 1,6
новить отсутствие недопустимых дефектов в алмазах, рассортиро-
вать их на размеры, соответствующие размерам будущих волочиль-
ных каналов, и ориентировочно наметить положение последних.
Из табл. 21 видно, что для волочения мягких металлов длина
канала может быть меньше, чем для твердых. Практически при
изготовлении волок имеются отклонения в размерах канала волок
ввиду трудности точного их изготовления.
2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ АЛМАЗНЫХ ВОЛОК
Существует три способа изготовления алмазных волок [16]:
А. Механическая обработка алмазов в незапрессованном состоя-
нии, Б — в запрессованном состоянии: а) в обычную оправу
и б) в металлокерамический брикет, В — комбинированное электро-
эрозионное и механическое изготовление волок.
А. Механическая обработка алмазов в незапрессованном со-
стоянии включает восемь следующих основных операций (фиг. 49).
1) Огранка двух опорных параллельных пло-
скостей алмаза имеет целью создать также две плоскости,
которые обеспечивали бы возможность точной установки его при
100
последующих процессах разделки, а также по возможности удалить
часть имеющихся на алмазе пороков. Эта операция не произво-
дится для алмазов, имеющих форму вытянутого октаэдра с уже
параллельными плоскостями.
Огранку производят на дисковых ограночных станках. Алмаз
прочно закрепляется в специальном патроне во избежание вибра-
ции в процессе огранки. Непрочность закрепления алмаза может
привести к образованию глубоких царапин на поверхности диска.
Опорная плоскость держателя и плоскость диска должны быть
е)
Фиг. 49. Схема получения волочильного канала по операциям:
а — контрольная приемка алмаза; б — огранка смотрового окна; в —- центрирование;
г — сверление смазочной воронки; д — сверление рабочей распушки; е — сверление калиб-
рующего пояска; ж — сверление выходной распушки; э — сверление обратного конуса
выходной распушки; и — шлифование волочильного канала.
параллельны. Допустимое биение диска в осевом направлении не
должно превышать 0,1 и в радиальном — не более 0,2 мм.
Перед огранкой внимательно просматривают чугунный диск
и проверяют на биение, и в случае обнаружения на нем глубоких
царапин или значительного биения он должен быть обработан на
токарном станке и затем тщательно отшлифован кругом из кар-
бида кремния. На подготовленную поверхность диска наносят в ра-
диальном направлении от центра к периферии мелкие рифления.
Затем диск насаживают на вертикальный вал, имеющий скорость
вращения ~2000 об/мин, и проверяют биение. После этого на диск
наносят слой алмазного порошка размером 15—50 мк. Вал распо-
ложен в центре массивной станины, на столе которой на уровне
диска установлены на поворотных кронштейнах 3—5 держателей
для алмазов.
В процессе огранки, особенно в начальной ее стадии, держатели
с алмазами периодически снимают и через лупу проверяют ограни-
ваемые плоскости и в зависимости от качества огранки устанавли-
вают держатели в надлежащие для производства огранки положе-
ния. Во избежание скольжения держателей с алмазами все время
по одной и той же окружности диска кронштейны периодически
поворачивают на определенный угол вокруг их вертикальной оси.
101
r.ru
4 2 3
5
Фиг. 50. Ограночныи станок с двумя
алмазами:
1 и 2 — алмазы; 3 — вращающийся диск;
4 — диск с возвратно-поступательным движе-
нием; 5 — эксцентрик.
После получения первой плоскости производят шлифование
второй, для чего алмаз прижимают обработанной плоскостью к па-
раллельной поверхности стержня держателя. При этом необхо-
димо периодически проверять микрометром параллельность пло-
скостей.
Для огранки применяются также и станки, в которых шлифова-
ние алмазов производится трением их друг о друга (фиг. 50). При
этом не нужен алмазный порошок, наоборот он получается при
шлифовании как отход, но производительность такого станка мала,
так как он может работать со скоростью не более 400 об/мин; при
большей скорости алмазный
порошок сгорает.
2) Огранка смотро-
вого окна. Через плоскость,
перпендикулярную к опорным
плоскостям, удобно наблюдать
за последующими процессами
создания волочильного канала,
поэтому ее называют смотро-
вым окном.
Для создания смотрового
окна выбирают наиболее ши-
рокую грань, закрепляют
алмаз опорными плоскостями
в особый держатель и произво-
дят шлифование так же, как
и опорных плоскостей. При
огранке на этих операциях алмаз теряет в весе 10—20% от исход-
ного веса. Так как при шлифовании и огранке на быстро вращаю-
щихся дисках в зоне контакта развивается высокая температура
(выше 1000°), то образующийся при этих операциях алмазный
порошок почти полностью сгорает.
В настоящее время институтом машиноведения АН СССР в со-
дружестве с одним из заводов проводятся опыты по применению
для резки алмазов ультразвукового метода, при котором могут
сохраниться кусочки алмазов. Окончательное суждение об этом
методе может быть вынесено, однако, только после его всесторон-
него исследования.
3) Центрирование производится с целью обеспечения
правильного положения волочильного канала, который должен быть
расположен параллельно смотровому окну. Желательно иметь при
этом совпадение центров волочильного канала и опорных плоско-
стей, если только на этой линии симметрии нет дефектов или
трещин.
При центрировании высверливают конус высотой, равной '/3 вы-
соты всего алмаза, с углом при вершине в пределах 75—90°, причем
угол тем больше, чем больше вес обрабатываемого алмаза.
Сверление производят мелкими с острыми краями осколками
алмазов, которые обычно получаются при раскалывании алмазного
10?
борта (крошки), или осколками, полученными из изношенных, отра-
ботанных волок. По мере углубления в тело алмаза осколки необ-
ходимо несколько раз заменять, беря каждый раз все более тонкие
и острые. Так как в процессе сверления происходит выкрашивание
мелких частиц алмаза и образование алмазных порошков, то необ-
ходимо тщательно собирать их, для чего рабочее место, где произ-
водится сверление, должно быть защищено специальными щитками,
а на столе постлана бумага или клеенка. Для сбора алмазного
порошка рекомендуется также устанавливать на станках отсосы.
Потери при этой операции составляют 2—3%.
Сверление производят пли на ручном горизонтальном одношпин-
дельном станке с числом оборотов до 4200 в минуту, или на свер-
лильном двухшпиндельном станке типа 40-23.
Алмаз мастикой или шеллаком прикрепляют к диску, который
вставляют в патрон станка. Затем к алмазу подводят закрепленный
острый осколок алмаза, которым слабо надавливают в заранее
отмеченном месте — центре алмаза, и, получив небольшое углуб-
ление, меняют осколок на более острый и дают сильный нажим для
получения широкой конической входной части канала. Далее снова
меняют осколок на более острый, и сверление производят под сла-
бым нажимом.
4) Сверление смазочной воронки, рабочего
конуса и калибрующего пояска производят тонкой
стальной иглой, с заточенным на конус концом, на который по-
дается абразивная смесь алмазного порошка с оливковым маслом.
При этом игла вращается со скоростью 9000 об/мин, а алмаз, за-
крепленный в держатель, совершает возвратно-поступательное дви-
жение по прямой и при помощи специального устройства вибри-
рует, что создает условия для непрерывной подачи свежей абра-
зивной смеси на конец иглы и удаления из волочильного канала
отработанных алмазных порошков, утративших абразивную спо-
собность.
Контроль за сверлением, которое длится до 100 час., осуще-
ствляют через смотровое окно при помощи микроскопа или лупы
(ХЮ).
Под воздействием ударов алмаза и абразивной смеси на иглу
последняя быстро выходит из строя. Так как при сверлении
этой части волочильного канала необходимо получить разные
конические сечения и под конец цилиндрическую форму, то по
мере выполнения этого процесса применяют четыре иглы раз-
личной формы. Первая игла для сверления смазочного конуса
затачивается на короткий конус в 60°, вторая и третья для свер-
ления рабочей распушки — на конусы в 30 и 163 и четвертая для
сверления рабочего пояска имеет на конце цилиндрическую
форму.
После каждых 2 час. работы абразивную смесь, поскольку она
значительно засоряется стальным порошком и становится мало-
эффективной, следует заменять на свежую, а замененную подвер-
гать регенерации. Перед применением свежей абразивной смеси
103
chipmaker.ru
волочильный канал необходимо промыть бензином и прочистить
деревянным остроконечным стержнем.
При сверлении необходимо следить за тем, чтобы между иглой
и дном просверливаемого канала всегда имелся алмазный порошок
во избежание образования трещин в алмазе.
Зернистость алмазных порошков, применяемых для сверления,
зависит от величины диаметра канала, просверливаемого в алмазе,
и выбирается обычно в следующих пределах: для алмазов весом
до 0,25 карата — 15—20 мк и для алмазов весом от 0,25 до
0,5 карата — 20—40 мк.
Сверление алмазных волок производят на горизонтальных
и вертикальных сверлильных станках. Последние снабжены устрой-
ством для автоматического затачивания стальных игл без остановки
станка.
5) Сверление выходной распушки производят со
стороны второй плоскости. Перед сверлением алмаз при помощи
стальной иглы точно центрируют в патроне, а затем производят
сверление выходной распушки острым осколком алмазной крошки
(алмазного борта), периодически проверяя правильность центриро-
вания. Когда между калибрующим пояском и выходной распушкой
останется алмазная стенка толщиной 20—50 мк, сверление алмаз-
ным осколком выходной распушки прекращают.
Сверление оставшейся тонкой стенки производят стальными
иглами, заточенными на разные углы конуса, сменяя их, с умень-
шением толщины алмазной стенки, с больших углов на меньшие.
Последняя игла должна иметь угол конуса 10°.
Как только во входной части алмаза появится абразивная смесь,
сверление прекращают, так как это означает, что стенка просвер-
лена. Алмаз поворачивают смазочным конусом к игле, которая
должна иметь цилиндрическую заточку, и ею дошлифовывают конец
калибровочного пояска.
Досверливание канала рекомендуется делать со стороны вы-
ходной распушки, потому что продолжать сверление при боль-
шой длине уже имеющегося канала опасно, так как при под-
ходе иглы к поверхности выходной распушки могут быть сколоты
частицы алмаза вследствие его хрупкости. В этом случае канал
может принять неправильную форму, которую уже исправить
нельзя.
Всего на обработку одной волоки в зависимости от размера
алмаза и диаметра отверстия волоки расходуется:
1) на волоки, предназначенные для волочения стальной прово-
локи и тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, никеля, пла-
тинита), от 0,34 до 0,37 карата алмазного борта и алмазного по-
рошка (пудры);
2) на волоки, предназначенные для волочения мягких металлов
(меди, манганина, константана и др.): а) с диаметром отверстия
60 мк и менее — примерно 0,35 карата борта; б) с диаметром
отверстия 61 мк и выше ~0,735 карата, в том числе 0,425 карата
борта.
104
Для рационального использования алмазов и увеличения их
стойкости целесообразно в алмазах весом более 0,25 карата
при волочении тонкой проволоки сразу просверливать два парал-
лельных канала в новой волоке или делать их последовательно
один за другим, т. е. после использования волоки до требуемого
диаметра с одним отверстием просверливается параллельно второе
отверстие.
В настоящее время в практике этот метод применяется очень
редко, хотя необходимость в этом есть, так как практически на
предприятиях накапливается значительное количество волок диа-
метром 0,08—0,1 мм, использование которых для волочения прово-
локи больших диаметров не всегда возможно.
Вообще для лучшего использования алмазов целесообразно
сверлить их на малые диаметры, чтобы можно было использовать
волоки как можно дольше, т. е. переполировывать большее коли-
чество раз. При большом первоначальном диаметре волочильного
канала стенки волоки будут тонкими и количество полировок на
другие размеры будет малым.
6) Шлифование волочильного канала производят
для получения гладкой поверхности канала, закругленных перехо-
дов между отдельными зонами и для получения размеров калибрую-
щего пояска, близких к заданным. Шлифование отдельных зон
канала производят с тех сторон, с которых производилось их свер-
ление, и в следующей последовательности:
а) выходная распушка, б) рабочий конус, в) калибрующий
поясок, г) смазочный конус и д) переходные зоны.
Шлифование производится иглами, заточенными на те же углы,
что и при сверлении. Игла для шлифования калибрующего пояска
должна иметь диаметр меньший, чем игла для его сверления.
При шлифовании применяют алмазные порошки зернистостью
15—25 мк, при этом производят периодическую очистку канала.
Качество шлифования и формы канала проверяют под микро-
скопом.
Перед шлифованием на центровочном станке производят центри-
рование алмаза, прикрепленного к диску, специальным центроуло-
вителем. Затем диск с алмазом прикрепляют к планшайбе шлифо-
вального станка, на котором алмаз вращается, а игла совершает
возвратно-поступательные и колебательные движения.
7) Закрепление обработанного алмаза (волоки)
в оправу производят в целях повышения его стойкости и удобства
в обращении при последующей эксплуатации. Перед вставкой во-
локи в оправу проверяют линейные размеры волочильного канала
и угла 2а (см. фиг. 47) при помощи микроскопа с окуляр-микро-
метром или квадратно-сетчатым окуляром с сеткой и угловыми
делениями при увеличении не менее 30 для волок диаметром более
60 мк и не менее 100—для волок диаметром менее 60 мк. Оправа
должна плотно прилегать к неровным поверхностям боковых сто-
рон волоки, а нижняя поверхность волоки плотно прилегать к бор-
там оправы, что достигается при помощи легкоплавкого сплава
105
chipmaker.ru
Фиг. 51. Схема за-
крепления камня
запрессовкой:
а—укладка волоки 1 л
капсюля 3 в оправу 2;
б — центрирование
волоки и капсюля
иглой 4’, е — готовая
волока.
(третника), заполняющего промежутки между волокон и оправой.
Коэффициент линейного расширения материала оправы должен
быть близок к аналогичному коэффициенту алмаза.
Оправу изготовляют в виде цилиндра диаметром 16—25 мм
и высотой 5—7 мм из латуни, томпака, бронзы, стали и других
сплавов с пределом прочности на растяжение не менее 30 кг/мм?
и твердостью не менее 75 Нв.
Материал оправы и промежуточного слоя не
должен корродировать в эмульсиях, которые
применяются в качестве смазочного материала
при волочении.
Волоку вставляют в оправу, а промежутки
между волокой и оправой заполняют грану-
лями или стружкой припоя, затем оправу подо-
гревают, и припой, расплавляясь, заполняет все
промежутки между волокой и оправой. Состав
припоя: 77—78% меди; 10—11% цинка; 7—
8% олова; 1,5—2% сурьмы; 1,5—2% висмута.
По другому способу волоку помещают
в оправу и закрывают капсюлем из легкоплав-
кой латуни. В волоку через отверстие в капсюле
вставляют иглу и на станке центрируют как по
оси волочильного канала, так и по опорным пло-
скостям волоки. Оправу разогревают и при по-
мощи пуансона запрессовывают в оправу кап-
сюль, который при этом растекается и заполняет
все промежутки (фиг. 51).
Недостаточно прочное закрепление алмаза
в оправе приводит к растрескиванию алмаза
в процессе использования волоки для волочения
проволоки.
Хорошая оправа алмазных волок необходима для того, чтобы
обеспечить долгий срок службы и предохранить их от растрески-
вания при волочении. Срок службы алмаза в значительной сте-
пени зависит от прочности материала оправы.
Алмаз должен быть точно центрирован в оправе, а ось канала
быть перпендикулярной боковым граням оправы. Это необходимо
потому, что камни в оправе подвергаются многократному шлифо-
ванию.
8) Полирование рабочей распушки и кали-
брующего пояска производится для доведения размеров их
до заданной величины и придания глянцевой поверхности. Волоку
с оправой вставляют в планшайбу станка и производят полиро-
вание алмазным порошком с размером зерен 5—7,5 мк при
помощи стальной иглы. Качество полирования, т. е. величину
диаметра и отсутствие овальности калибрующего пояска, прове-
ряют с помощью бинокулярного микроскопа, а также путем опыт-
ной протяжки проволоки по тому пути волочения, на который рас-
считывалась данная волока,
106
Обычно протягивают 200—250 мм проволоки, которую взвеши-
вают на торзионных весах, а затем по удельному весу металла
и длине проволоки определяют ее сечение. Диаметр проволоки дол-
жен составлять 105—110% номинального диаметра волоки.
Волочение проволоки производится со скоростью 2—3 м/мин
без применения смазки и в направлении, перпендикулярном
к торцу волоки.
Измерение диаметра и овальности протянутой проволоки также
производит оптиметром или на приборе К2-А с точностью до 1 мк
в двух взаимно-перпендикулярных направлениях одного сечения,
в трех местах по длине отрезка проволоки.
Средний диаметр проволоки определяют по формуле
, -1 f 6.366G
а— у —-— мм,
где G — вес 200 мм проволоки в г;
7 — удельный вес проволоки.
Б. Механическая обработка алмаза в запрессованном состоянии
производится так же, как и при первом способе, но седьмая опера-
ция становится первой, и отпадает необходимость в огранке двух
опорных параллельных плоскостей и смотрового окна.
Операция предварительного перед обработкой алмаза запрессо-
вывания дает возможность применить более прогрессивные способы
закрепления; так как этому не мешает волочильный канал, можно
лучше выдержать правильное положение оси канала в процессе
его сверления вследствие возможности более прочного закрепления
оправы в патронах станков. Вместе с этим имеется возможность
применить для волок более мелкие по объему и весу алмазы и полу-
чить в них волочильные каналы большего размера, а для каналов
того же диаметра брать алмазы в 3—5 раз мельче. Однако отсут-
ствие смотрового окна значительно затрудняет контроль за правиль-
ностью изготовления волочильного канала.
Разновидностью этого способа является запрессовывание алмаза
в металлокерамический брикет по методу Днестровского и Само-
лина [16]. По этому способу алмаз вкладывают в пресс-форму, за-
сыпают порошкообразным никелем или молибденом, или вольфра-
мом и прессуют при нагревании. Спекшийся брикет запрессовывают
в оправу.
В. Комбинированное электроэрозионное и механическое изгото-
вление волок отличается быстротой и широко применяется на пред-
приятиях. Если при первых двух способах на сверление волоки
затрачивается около 100 час., то этим способом она изготовляется
за 7—10 час. Однако этот способ главным образом применяется
для сверления каналов диаметром не более 60 мк.
Электроэрозионное сверление состоит из нескольких операций.
Сначала производят сверление смазочного конуса на специальном
высокочастотном электрбэрозионном станке, имеющем трансфор-
матор с напряжением во вторичной цепи 12 000 в (фиг. 52). Затем
сверлят часть рабочего конуса электролитическим путем (фиг. 53)
W7
в 10 %-ном растворе азотнокислого калия при низком напряжении
(порядка 85 в). Полирование канала волоки производится меха-,
ническим методом.
После изготовления волоки
формы и размеры волочиль-
ного канала подвергаются про-
Фиг. 52. Схема станка для сверления
электроэрозионным методом:
1 — алмаз; 2 — электрод из платино-иридие-
вого сплава; 3 — регулируемый трансформатор
(110/135 в, 2 а); 4 — трансформатор: первич-
ная цепь (150 в), вторичная цепь (12 000 в);
5 — амперметр; о — вращающее устройство;
7 — пружина (100 витков медной проволоки
с платиновыми крюками); 8 — трубка из
плати но-иридиевого сплава; 9 — искрогасящие
разрядники; 10 — латунная подставка;
11 — конденсатор.
Фиг. 53. Схема электролитического
сверления:
1 — алмаз; 2 — стеклянный сосуд;
3 — стеклянная подставка.
верке. На оправе каждой волоки чеканят: диаметр калибрующего
пояска —со стороны входной распушки; марку изгот’овителя, номер,
тип и вес волоки — со стороны выходной распушки. На каждую
волоку заполняют паспорт.
3. ПРИМЕНЕНИЕ АЛМАЗНЫХ ВОЛОК
Алмазные волоки применяются для протяжки проволоки на во-
лочильных машинах однократного и многократного волочения.
Алмазы, в процессе применения их для протяжки проволоки, не-
смотря на свою твердость, все же подвергаются износу, при этом
внутренний диаметр и форма волочильного канала изменяются,
и поверхность канала может стать шероховатой. Особо сильному
износу подвергаются рабочий конус и калибрующий поясок, раз-
меры которого неравномерно увеличиваются, вследствие чего сече-
ние протягиваемой проволоки принимает овальную форму.
Формы канала волок рекомендуется проверять ежедневно,
а диаметры их контролировать систематически после пропуска
каждой катушки проволоки. Диаметр проволоки из цветных метал-
лов и величина овальности измеряется микрометром с точностью
до 10 мк для каждой катушки. Для измерения сечения тонкой про-
волоки применяют прибор К2-А, точность измерения на котором
составляет 1 мк.
Если размеры проволоки выходят из пределов допускаемых
отклонений, то установленные на машинах отделочные волоки
ЮЗ
должны быть заменены. При многократном волочении признаками
износа промежуточных волок при недостаточном наблюдении за
ними являются обрывы проволоки.
При изменении размера и формы канала волоки расшлифовы-
вают и полируют на ближайшие большие размеры. При этом по-
следовательно применяют описанные выше операции под № 6 и 8.
Для правильного использования волок необходимо иметь их
запас на каждый переходный диаметр с тем, чтобы не производить
переполировку с очень малых диаметров сразу на большие. Обычно
при нормальном использовании волок переполировку производят
с увеличением диаметра не более, чем на 5 мк при диаметре водо-
пильного канала 40 мк, на 7 мк при диаметре 60 мк, на 15 мк при
диаметре 150 мк и на 30 мк при диаметре 250 мк.
В том случае, если отверстия группы волок (одного комплекта),
установленных на машине, увеличиваются равномерно (при равно-
мерном износе), необходимо заменять только последние волоки
новыми, имеющими точные концевые (выходные) диаметры. Однако
часто бывает так, что некоторые алмазы, находящиеся в одном ком-
плекте, изнашиваются в различной степени, тогда весь комплект
волок должен быть перестроен.
Волоки обычно подвергаются перешлифовке от 4 до 12 раз.
При образовании значительных трещин в зоне канала волоки или
при наличии явно выраженной овальности и прочих дефектов во-
лока не пригодна для волочения, и тогда алмаз из нее извлекается.
Извлеченные алмазы могут быть использованы в производстве
волок или для других целей. Отколовшиеся кусочки алмазов, не
имеющие трещин, могут быть использованы для изготовления
алмазного инструмента, а трещиноватые осколки — для обработки
волок, на операциях изготовления входной и выходной распушек,
а также для изготовления алмазных порошков.
Из крупных нерасколовшихся алмазов, не имеющих значитель-
ных дефектов, можно изготовлять новые волоки.
При волочении потери в весе алмаза составляют примерно
4,5—5,5% от веса алмаза, вставленного в оправу.
Практика показала, что стойкость алмазных волок зависит от
диаметров отверстия волоки и проволоки, от предварительной обра-
ботки проволоки, условий волочения (скорости, смазки, нагрева
и охлаждения). Стойкость волок определяется по количеству прово-
локи (в кг или т), которое может быть протянуто через одно отвер-
стие без нарушения его размера в пределах установленных допу-
сков или по количеству проволоки, протягиваемой через одну
волоку до полного ее износа.
Алмазы очень чувствительны к ударам и толчкам; опасность
растрескивания алмаза возникает также и при волочении на боль-
ших скоростях неоднородных материалов с твердыми включениями
или материалов недостаточно отожженных, не промытых или не
протравленных.
В результате мелких, но быстрых вибраций при волочении алмаз
начинает разрушаться, и появившиеся вначале невидимые трещины
109
chipmaker.ru
'Таблица 23
Примеры стойкости волок при волочении стальной проволоки
(в шт. на I кг проволоки)
Диаметр отверстия волоки в мк Углеродистые стали Нержавеющие стали Сплавы сопротивления
20 18,5
50 1.1 —. 0,4
80 0,35 0.21 0,15
100 0.2 0.12 0.05
200 0.01 0,015 0,006
Таблица 24
Примеры стойкости волок при волочении проволоки из цветных металлов
(в шт. на 1 т проволоки) со скоростью ниже 16 м/сек
Диаметр отверстия волоки в мк Медь Константан Манганин Никель Полутомпак
20 30,22 -— 244,9 —- —
50 2,72 132 31,15 244.44 26
100 0,47 15,66 5,54 23,62 4,66
150 0,13 3,74 1.55 6,36 1,31
200 0,02 0,61 0,28 1.12 0,24
могут распространиться по всей плоскости спайности алмаза, а при
длительном использовании — и по всей массе камня.
Таблица 25
Примеры стойкости волок при
волочении проволоки из тугоплавких
металлов
(в шт. на 1 кг проволоки)
Диаметр отверстия волоки в мк Вольфрам Молибден
10—14 5
50 0,34 2
100 0,1 0.6
200 0,017 0,07
В табл. 23—25 даны примеры
стойкости волок при волочении.
Они показывают, что чем тверже
волочимый материал, тем меньше
стойкость волок и чем больше
диаметр волочильного канала, тем
меньше требуется волок для про-
тяжки 1 кг проволоки.
При повышении скорости во-
лочения стойкость волок умень-
шается.
Необходимо подчеркнуть очень
важную роль смазки при воло-
чении. Износ волочильного ка-
нала происходит от трения по-
верхности протягиваемой прово-
локи о стенки канала волоки. Одновременно с увеличением трения
увеличивается усилие, необходимое для деформации проволоки при
ПО
ббЛОчении. Поэтому при Отсутствий сМа&ки йлЙ при нёудачйбк! ёё
выборе канал волоки очень быстро разрабатывается.
При доброкачественной смазке трение становится меньшим
и уменьшается затрачиваемое усилие на волочение, вследствие
этого через одну и ту же волоку можно протянуть значительно
большее количество проволоки, так как износ канала идет значи-
тельно медленнее. Чем тверже материал, подвергаемый волочению,
тем большие требования должны быть предъявлены к качеству
смазки. Желательно, чтобы протягиваемая молибденовая и воль-
фрамовая проволока имела на своей поверхности тонкий слой
окислов данного металла, образующих вместе со смазочной мас-
сой плотную тонкую оболочку, которая и предохраняет волоку
от преждевременного износа.
Прохождение смазки в волоку обеспечивается в большей сте-
пени за счет капиллярного и молекулярного проникновения смазки
в канал.
В качестве смазочных материалов при волочении цветных ме-
таллов через отверстия диаметром от 50 до 200 мк применяют
мыльную эмульсию. Эмульсия должна содержать щелочь в преде-
лах 0,09—0,13% NaOH. Для приготовления этой эмульсии на
50—60 л воды кладут 1,6 кг хозяйственного 60%-ного мыла, наре-
занного кусочками по 20—30 г, нагревают паром до кипения,
кипятят 20-—30 мин. и затем доливают водой до объема в 126 л.
При изменении состава эмульсии наблюдаются обрывы прово-
локи, вследствии этого ее состав должен проверяться 2—3 раза
в неделю.
При волочении через отверстия диаметром выше 150 мк при-
меняют эмульсию из пасты «Компаунд К-30». Эмульсия пригото-
вляется из растительного масла, едкого натра и воды. При приме-
нении указанной эмульсии достигается наиболее высокая стойкость
алмазных волок при равных условиях волочения.
При волочении эмульсия, имеющая комнатную температуру,
нагревается до 30°, поэтому твердые частицы ее находятся во взве-
шенном состоянии и эмульсия не расслаивается.
На некоторых предприятиях для смазки при волочении цветных
металлов на выходных диаметрах применяется эмульсия, содержа-
щая сурепное масло, в результате чего стойкость волок еще более
увеличивается.
В настоящее время проводятся работы по разработке рецепта
эмульсии, которая будет изготовляться с помощью ультразвука.
В качестве смазки при волочении вольфрама и молибдена реко-
мендуется применять аквадаг. Аквадаг состоит из коллоидальных
частиц графита, антрацита или кокса. Дисперсность частиц аква-
дага должна быть максимальной, так как сравнительно крупные
частицы его будут оседать в воде и смазочная масса станет не-
качественной. Перед запуском в смазку аквадаг необходимо взму-
чивать в воде (на 2—3 л воды 1 кг аквадага).
Н. М. Зарубин и А. Н. Копцик [22], исследовавшие роль различ-
ных факторов на волочение вольфрамовой и молибденовой прово-
111
chipmaker.ru
лок, установили, что частицы графита образуют На поверхности
проволоки вместе с окислами вольфрама или молибдена тонкую
оболочку, уменьшающую трение при волочении, а следовательно,
увеличивающую стойкость волок. Однако при этом они доказали
необходимость нагрева проволоки до 550—650° и волок до
300—400°.
В этом случае волоки обладают наивысшей стойкостью. Нагре-
тая проволока теряет твердость и получает при волочении возмож-
ность максимального удлинения при пониженном трении о волоки.
В процессе протяжки проволока в большей или в меньшей сте-
пени разогревается; то же самое происходит и с волоками. Однако
такого естественного нагрева часто бывает недостаточно для снятия
с проволоки напряжений, возникающих при волочении, или для
уменьшения твердости проволоки, изготовляемой из высокопрочных
сплавов. При этом следует учесть, что если температура проволоки
ниже заданной, то волоки быстрее разрабатываются, но и слишком
высокая температура приводит к получению неравномерного диа-
метра проволоки.
Нагрев осуществляют газом или электричеством. Электрический
нагрев лучше, так как он дает более постоянную температуру, что
позволяет осуществлять постоянную скорость волочения и увели-
чивает стойкость волок.
В отношении выбора скорости волочения существует общее пра-
вило, что мягкая проволока протягивается быстрее, чем более твер-
дая; для более тонкой проволоки скорость волочения выше, чем для
проволоки больших диаметров.
По данным немецкой фирмы Крато оптимальные скорости воло-
чения для многофильерных волочильных станков должны составлять
для медной проволоки диаметром 1000—250 мк — 15—20 м/сек, диа-
метром 250—80 мк — 20—25 м/сек-, для позолоченной или посереб-
ренной медной или латунной проволоки диаметром 300—20 мк —
6—15 м/сек, а для стальной проволоки тех же диаметров
7—17 м/сек.
В практически применяемых скоростях волочения наблюдается
большое разнообразие.
Скорости волочения зависят от типа волочильных машин и мо-
гут быть значительно увеличены при укомплектовании этих машин
только алмазными волоками диаметром до 1000 мк и ниже взамен
победитовых волок, обычно применяющихся для протяжки прово-
локи в интервале диаметров от 1000 до 300 мк.
Так, например, из практики известно, что машина С-212 с ком-
бинированной протяжкой медной проволоки через победитовые
и алмазные волоки при выходном диаметре волок 200—400 мк ра-
ботает при скорости протяжки 13—18' м/сек (а имеющая только
алмазные волоки — 25 м/сек), машина Ювель с комбинированной
протяжкой проволоки с выходным диаметром 200—300 мк рабо-
тает при скорости 10—13 м/сек (на алмазных волоках 18 м/сек)
и машина типа Крато — при диаметре проволоки 200—400 мк —
при скорости 16 м/сек.
112
Для проволоки из константана скорость волочения
7—8—10 м/сек, а для тонких диаметров (40 мк) 2—5 м/сек.
Опыт показывает, что за счет более тщательного ухода за ма-
шиной, подготовки проволоки и повышения качества алмазных
волок может быть достигнуто значительное увеличение скорости
волочения, так, например, скорость волочения медной проволоки
диаметром 150—400 мк может доходить до 50 м/сек.
Волочение проволоки диаметром менее 300 мк из сплавов со-
противления, из углеродистых и нержавеющих сталей на много-
кратных волочильных станках осуществляется со скоростью от 36
до 250 м/мин, стальной проволоки других марок — со скоростью
20—40 м/сек. Скорость волочения проволоки из тугоплавких метал-
лов значительно ниже скорости волочения цветных металлов
и стали и составляет 25—75 м/мин.
В целях облегчения работы волок, увеличения их стойкости
и равномерного обжатия проволоки из цветных металлов приме-
няют реактивное волочение, при котором проволока разматывается
с катушки с противонатяжением, производимым подвешенным на
рычаге набором гирь.
При заправке и работе волочильных машин необходимо следить
за тем, чтобы волоки стояли в гнездах волокодержателей прямо,
без перекосов.
При эксплуатации волок, в целях повышения их стойкости, ре-
комендуется производить периодическую очистку волочильных ка-
налов от металлического и алмазного порошка. Сначала каналы
надо промыть в растворителе (четыреххлористый углерод, три-
хлорэтилен, бензол, и др.), а затем очистить ватой, навитой
на палочку из мягкой древесины. Очистку следует вести до тех
пор, пока вата не будет оставаться чистой после протирки. Все
промывочные и протирочные материалы, а также пыль нужно
собирать для последующей регенерации из них алмазного порошка.
Для удаления застрявших кусочков проволоки из волок послед-
ние следует поместить в расплавленный азотнокислый натрий, а
после растворения проволоки каналы тщательно промыть водой.
На износ алмазов значительное влияние оказывает правильный
выбор режимов волочения. Ниже приводятся примеры технологи-
ческих режимов протяжки вольфрамовой и молибденовой прово-
лок [22].
Перед вставлением в волоки вольфрамовой и молибденовой
проволоки концы ее «затачиваются», при этом концы проволоки
опускают в раствор едкого калия или натра, и под током проис-
ходит частичное растворение металлов, в результате чего концы
становятся тоньше.
Протяжка вольфрамовой проволоки с диаметра 240 до 97 мк
осуществляется последовательно на 15 волочильных машинах, раз-
деленных на три секции.
На первых пяти машинах проволока изменяет диаметр с 240
до 170 мк (с допуском +3 мк) при скорости волочения
33—35 м/мин, нагреве проволоки до температуры 650°.
113
chipmaker.ru
На вторых Пяти машинах проволока изменяет диаметр до
122 мк (с допуском +2—1,5 мк) при скорости волочения 38—
40 м/мин и нагреве до температуры 600°.
На последних пяти машинах проволока протягивается до 97 мк
(с допуском + 1,5—1,0 мк) при скорости волочения 45—48 м/мин
и нагреве проволоки до 600°.
Дальнейшая протяжка проволоки с 97 до 15 мк показана
в табл. 26.
Таблица 26
Режим волочения вольфрамовой проволоки с 97 до 15 мк
Диаметр выходящей из волоки прово- локи в мк Скорость волочения в м/мин Температура проволоки в град. Цвет проволоки
65 50—55 600
45 55—60 650 | Темно-бурый
32,5 60—70 650
22 55—50 600 1 Слабое свечение
15 45—25 550 J в темноте
Приведенный технологический режим показывает, что скорость
волочения проволоки возрастает по мере уменьшения диаметра
и достигает максимума при 32,5 мк, а затем уменьшается, достигая
минимума 25 м/мин при диаметре ниже 18 мк. В тот же период
уменьшается и температура до 550°. Обжатие на каждой операции
протяжки составляет 12—13%, а на последней операции 10%.
Последняя операция дает проволоку более равномерного диаметра,
но стойкость волок на ней в 2—3 раза меньше, чем на предыдущих
операциях, так как здесь снижают температуру нагрева проволоки
и дают меньший допуск по диаметру.
Волочение молибденовой проволоки через алмазные волоки
производят, начиная с диаметра 240—280 мк на машинах много-
кратной тяги. Предварительно проволока подвергается отжигу
в трубчатой электропечи в атмосфере водорода при 1250—1400°
и охлаждается в той же атмосфере.
Таблица 27
Режим волочения молибденовой проволоки через алмазные волоки на машинах
многократной тяги
Последовательное прохождение проволоки 1 через волоки диаметров в мк Скорость волочения в М/мин Температура нагрева дна муфеля газовой печи в °C Концентрация смазки (аквадаг в воде)
240—225—210—200—190—180 40 600—650 1 кг на 5 л
170—160—150—140—135—130 45 500—550 То же
125—120—115—110—105—100 60 450—500 и
95— 90— 85— 80— 75— 70 75 500—450 1 кг на 6 л
114
При отжиге проволока, имеющая на своей поверхности графи-
товую смазку от предыдущих операций волочения, становится свет-
лой и блестящей, так как графит образует с водородом углеводо-
роды, которые восстанавливают окислы молибдена.
Волоки подогреваются в муфельной газовой печи.
В табл. 27 показан режим волочения молибденовой проволоки
через алмазные волоки.
Работы по установлению стойкости волок производились рядом
научно-исследовательских институтов и заводов, однако точных
методов определения стойкости волок для различных видов произ-
водства не разработано. Этот вопрос осложняется еще и тем, что
для изготовления волок применяются алмазы различного качества,
износ которых при одних и тех же условиях работы волок разли-
чен и, следовательно, стойкость волок не одинакова.
chipmaker.ru
ГЛАВА VI
АЛМАЗНЫЕ РЕЗЦЫ
Известно, что процесс резания представляет собой весьма слож-
ный процесс взаимодействия двух твердых тел, одно из которых
более твердое — резец, внедряясь в другое — обрабатываемое
изделие, отделяет от него некоторую часть в виде стружки. Воз-
действие обрабатываемого материала и стружки на режущий
инструмент 'Выражается, с одной стороны, в истирании его по
передней поверхности сходящей стружкой и по задним поверхно-
стям, вновь образованной обработанной поверхностью детали (по-
верхностью резания), с другой стороны, вследствие выделения боль-
шого количества тепла в зоне деформации могут иметь место
структурные превращения в материале лезвия. Кроме того, под
действием сил резания могут иметь место также упругие и пласти-
ческие деформации.
В настоящее время для изготовления резцов применяются
инструментальные углеродистые и высоколегированные быстроре-
жущие стали, металлокерамические твердые сплавы и минерало-
керамические твердые материалы. Однако имеется ряд технологи-
ческих операций, при выполнении которых указанные материалы
не всегда обеспечивают требования, предъявляемые к режущему
инструменту. К ним относятся чистовые операции тонкого точения
изделий из цветных металлов и сплавов или неметаллических мате-
риалов, когда обрабатываемые поверхности изделий регламентиро-
ваны требованиями высокой точности и чистоты.
В зависимости от условий резания износ резцов может проте-
кать различно. Так, например, при выполнении чистовых операций
с высокими скоростями резания и малыми величинами подач, как
правило, износ резцов происходит по задней поверхности, вслед-
ствие чего имеет место увеличение контактной поверхности и ра-
диуса округления режущего лезвия. Последнее вызывает увеличе-
ние давления на задние поверхности резца, что в свою очередь уве-
личивает работу силы трения.
Алмаз, как наиболее твердый материал, имеет небольшой
коэффициент трения и незначительную способность адгезии к ме-
таллам. Это обусловливает эффективность его использования
в качестве инструмента для обработки резанием различных метал-
лов и их сплавов.
116
Исследованиями [52] установлено, что при резании металлов
алмазными резцами трение поверхностей металла по алмазу соот-
ветствует в значительной степени условиям трения в вакууме.
Обычно считают, что алмаз может иметь лишь упругие деформа-
ции. Однако исследованиями, проведенными с помощью электрон-
ного микроскопа, было выявлено, что и в таких твердых минералах,
как алмаз, может также происходить и пластическая деформация.
Так, например, при трении алмаза по алмазу имеют место сдвиги
по плоскостям скольжения.
Обработка проходными алмазными резцами на специализиро-
ванных станках, позволяющих производить процесс резания при
высоких скоростях и малых подачах, обеспечивает получение чи-
стоты поверхности по 9—10-му и выше классам по ГОСТу 2789-51
при высокой точности обработки и стойкости резца. Такая микро-
геометрия обработанной поверхности может быть получена лишь
путем тонкого шлифования и полирования или хонингования. Недо-
статком указанных абразивных процессов является необходимость
предварительной механической обработки.
За последнее время алмазные резцы стали применять для обра-
ботки внешних лицевых поверхностей деталей часов (корпуса, ци-
ферблата и др.). Применение широколезвийных резцов, работаю-
щих методом врезания, позволяет получить четкое без завалов
оформление отдельных ребер между сопрягающимися поверхно-
стями. Высокая степень доводки режущего лезвия алмазного резца
позволяет получить зеркально-блестящую поверхность на обра-
батываемых изделиях, микропрофиль которой соответствует
12—13-му классу чистоты по ГОСТу 2789-51.
Форма и вид стружки при ооработке различных материалов
алмазными резцами так же, как и при обработке твердосплавными
или быстрорежущими резцами, зависят от ряда факторов [25], [55].
Ввиду малых величин подач и глубины резания образуется мелкая
сливная или элементная стружка, отвод которой производится пу-
тем отсоса, а также удалением струей сжатого воздуха или эмуль-
сией. Основным критерием, определяющим качество материала
инструмента при выполнении чистовых операций, является его стой-
кость, т. е. способность сохранять режущее лезвие достаточно
острым в течение длительного времени работы. Сопоставление стой-
кости резцов [6], [10], [25], [32], [55] и др., изготовленных из различ-
ных материалов, показало', что износостойкость алмазных резцов
значительно выше твердосплавных, которые в настоящее время
весьма широко применяются на чистовых операциях при обра-
ботке стали, чугуна и других конструкционных материалов.
Стойкость алмазных резцов, т. е. способность сохранять режущее
лезвие достаточно острым в течение весьма длительного времени
работы, является одним из основных их качеств. Алмазные резцы
обеспечивают возможность обработки больших поверхностей без
регулирования их на размер, что весьма важно как при обработке
изделий на автоматических, так и на обычных металлорежущих
Станках,
117
sr.ru
Стойкость алмазных резцов измеряется не минутами и не ча-
сами, как стойкость твердосплавных и быстрорежущих резцов, а не-
сколькими десятками и даже сотнями часов. Так, по данным наблю-
дений [55] стойкость алмазных резцов колеблется от 25 до
200 час. машинного времени. При этом путь, пройденный резцом,
в ряде случаев составляет 2,5—3 тыс. км, тогда как для резцов из
быстрорежущей стали он составляет всего 8 км, твердосплавных —
20 км и твердосплавных резцов с доведенными гранями —
33 км [55].
При обработке алюминиевых деталей, содержащих большое ко-
личество кремния, режущий инструмент из твердых сплавов изна-
шивается после обработки, например, шести деталей, алмазный же
резец может обработать до 30 тысяч таких деталей.
Значительное преимущество перед твердыми сплавами алмаз-
ные резцы имеют также при обработке .прерывистых поверхностей
(например, подшипников с канавками для смазки из антифрик-
ционных сплавов). При точении алмазными резцами края канавок
остаются острыми, тогда как при точении резцами, армированными
пластинками из твердых сплавов, эти края заваливаются, а отвер-
стие зачастую имеет эллипсную форму.
В зарубежной литературе [55] указывается, что затраты на
изготовление алмазных резцов, включая стоимость самих алмазов,
часто полностью окупаются в течение нескольких дней их работы.
На практике же алмазные резцы используются недостаточно
эффективно. Это происходит вследствие недостаточного освещения
в технической литературе материалов по вопросу рационального
использования алмазных резцов.
Ниже будет приведено краткое описание некоторых практиче-
ских рекомендаций по-использованию алмаза как одного из видов
материалов, применяемого для изготовления резцов.
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АЛМАЗНЫХ РЕЗЦОВ
Так как алмаз является самым твердым из всех материалов, то
в основном все материалы могут обрабатываться алмазом. Много-
летний практический опыт, описанный в ряде работ [6], [10], [25],
[32], [55] и др., показывает, однако, что наиболее экономично при-
менять алмазные резцы на чистовых операциях при обработке изде-
лий, изготовленных из весьма пластичных цветных металлов или
сплавов, а также металлов и неметаллических материалов, обла-
дающих высокими абразивными свойствами и при обработке кото-
рых твердосплавные резцы не обеспечивают требуемой точности или
чистоты поверхности. Сравнительно низкие экономические показа-
тели алмазных резцов при точении стали и чугуна обусловлены
сродством углерода и железа. В каждом отдельном случае приме-
нение алмазных резцов должно быть обосновано технико-экономи-
ческими показателями.
Ниже приведен краткий перечень материалов, при обработке
которых на чистовых операциях могут быть эффективно использо-
ваны алмазные резцы,
11§
Группа первая — металлы и сплавы:
а) легкие металлы — алюминий и его сплавы, сплавы магния
и др.;
б) подшипниковые сплавы —- бронза, баббиты и др.;
в) драгоценные металлы — золото, серебро, платина, палладий
и их сплавы;
г) чугун и сталь — в особых (исключительных) случаях.
Группа вторая — неметаллические материалы:
а) мягкая резина (например, валики для пишущих и печатных
машин);
б) твердая резина — эбонит, гуммированные резиной изделия;
в) пластмассы (фенол-формальдегидные и др.);
г) прессованный графит и ряд других.
2. КОНСТРУКЦИЯ АЛМАЗНОГО РЕЗЦА И ТЕХНОЛОГИЯ
ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Конструкция алмазного резца зависит от физико-механических
свойств алмаза, размера кристалла алмаза, метода его крепления
в державке, метода обработки, конструкции станка, свойств обра-
батываемого материала и др.
Для изготовления проходных алмазных резцов применяются
качественные целые кристаллы алмазов весом от 0,5 до 0,75 ка-
рата, которые по каким-либо дефектам не могут быть использованы
для ювелирных целей. Применение целых кристаллов весом 1 ка-
рат и более не экономично вследствие того, что, с одной стороны,
стоимость кристаллов алмазов значительно возрастает с увеличе-
нием их веса, с другой стороны, с увеличением веса кристалла
алмаза увеличиваются потери его при обработке (заточке), а также
расход алмазных порошков. Более крупные кристаллы алмазов
можно рекомендовать только для изготовления алмазных резцов,
работающих врезанием. Кристаллы алмазов, используемые для
изготовления резцов, должны иметь немного продолговатую форму,
удобную для их крепления. В этих случаях применение пиленых
или колотых кристаллов алмазов для резцов позволяет уменьшить
вес используемых алмазов, уменьшить расход алмазных порошков
на изготовление резца, сократить трудоемкость, а также более
прочно закрепить алмаз в державке.
В алмазных кристаллах, предназначенных для изготовления
резцов, не должно быть каких-либо дефектов в виде трещин, пузы-
рей или других пороков, расположенных близко к будущему лез-
вию. Эти дефекты могут вызвать преждевременное разрушение
резца, если не при первой его заточке, то при последующих пере-
точках. Желательно, чтобы форма кристалла алмаза приближалась
к геометрии резца, что позволит уменьшить потерю веса кристалла
при его первичной заточке (шлифовании) и одновременно умень-
шить расход алмазных микропорошков.
На основании наблюдений [25] установлено, что при правильной
эксплуатации проходных алмазных резцов на металлорежущих
станках кристаллы алмазов весом от 0,5 до 0,75 карата выдержи-
119
вают от 6 до 15 переточек; при этом кристалл алмаза используется
(изнашивается) до 0,1 карата.
Геометрия алмазного резца. Алмазные резцы по своей форме
заточки в плане могут быть классифицированы следующим образом:
а) резцы с одним прямолинейным режущим лезвием
(фиг. 54, а);
б) с круглой формой режущего лезвия (фиг. 54, б);
в) с несколькими режущими лезвиями (фиг. 54, в);
Фиг. 54. Различные формы заточки режущей части алмазных резцов.
г) специальной формы для обработки профильных поверхностей
(фиг. 54, г);
д) резцы, имеющие длинное лезвие (до 7 мм), для работы вре-
занием (фиг. 54,<3).
В связи с тем, что геометрия резца оказывает большое влияние
не только на микрогеометрию обработанной поверхности, но и на
стойкость инструмента, необходимо кратко рассмотреть, в каких
случаях целесообразно применять ту или иную форму заточки
алмазного резца.
Поданным П. Гродзинского [55], алмазные резцы с одним прямо-
линейным режущим лезвием (фиг. 54, а) используются главным
образом для расточных работ. Алмазные резцы с радиусной фор-
мой режущего лезвия (фиг. 54, б) допускают поворот оси резца на
некоторый угол относительно обрабатываемой поверхности. Послед-
нее позволяет использовать любую точку режущего лезвия, чем
увеличивается срок службы резца. Эти резцы рекомендуют [55]
использовать при обработке изделий из резины, пластмасс, а также
и при обработке изделий из цветных металлов. Резцы с радиусной
формой режущей поверхности обеспечивают при обработке алюми-
ниевых поршней более чистую поверхность по сравнению с резцами,
показанными на фиг. 54, в. Основным недостатком резцов с радиус-
ной формой режущего лезвия является большая величина радиаль-
ной составляющей силы резания.
120
На некоторых предприятиях применяются также алмазные
резцы, у которых режущее лезвие выполнено в виде нескольких
маленьких фасок длиной 0,5—1,5 мм (фиг. 54,в).
Такое оформление режущего лезвия позволяет увеличить срок
службы инструмента и одновременно облегчает установку резца
относительно изделия. После затупления одного из участков режу-
щего лезвия путем изменения положения алмазной державки
может быть введена новая острая часть лезвия резца. Рекомендуе-
мые [55] малые величины угла в плане <pi 2° обеспечивают полу-
чение более высокого класса чистоты обработанной поверхности.
В целях упрочнения режущего лезвия рекомендуется [55] на
алмазных резцах применять небольшие передние и задние углы:
Задний угол:
для точения................................. 5—8°
для растачивания ........................ 8—15°
Передний угол:
для мягких материалов (алюминиевые, магниевые,
подшипниковые сплавы).................... 0—3°
медь, латунь и твердая бронза ...........8° (или отрицательный
угол—6°)
В большинстве случаев применяют резцы, у которых передний
угол равен нулю (фиг. 54, а), что облегчает установку резца.
Резцы с длинным режущим лезвием, работающие врезанием,
имеют двойную переднюю поверхность с отрицательным передним
углом т величиной до —14° на фаске размером до 0,6 мм и ?i = 0°
по передней грани (фиг. 54, д). Задний угол а. = 4° на фаске раз-
мером > 0,2 мм и ai = 12° по задней поверхности. Двойная огранка
передней и задней поверхностей резца позволяет улучшить качество
доводки лезвия резца. Высокое качество доводки лезвия этих рез-
цов обеспечивает 12—13-й класс чистоты обработанной поверх-
ности *.
Мастер алмазной группы С. Н. Ковалев [25] на основании много-
летнего практического опыта рекомендует применять резцы, гео-
метрия которых приведена на фиг. 55. Для расточных работ, выпол-
няемых за один проход, резцы имеют главный угол в плане <р = 60°
и вспомогательный угол в плане <pi = 30°. Резцы для расточных
работ, выполняемых за два прохода — прямой и обратный, и резцы
для наружного обтачивания имеют главный угол в плане <р = 45°
и вспомогательный угол в плане <pi — 45°.
В этих резцах вследствие большой величины вспомогательного
угла значительное влияние на микрогеометрию обработанной по-
верхности и стойкость резца оказывает радиус сопряжения между
главным и вспомогательным режущими лезвиями. При растачива-
нии бронзы такими резцами рекомендуется [25] радиус округления,
равный 0,3—0,5 мм. При растачивании антифрикционных сплавов,
а также обтачивании алюминия и его сплавов г = 0,8 -ь 1 мм.
1 Гродзенский Г. В. и Назарова К- Н., Особенности алмазного
Инструмента, ЦБТИ, М., 1958.
121
Основным недостатком алмазных резцов, имеющих большие
величины углов в плане (<р и <fi), является уменьшение прочности
вершины резца, вследствие чего при сравнительно небольших пере-
грузках возможно его разрушение.
Рекомендации по выбору оптимальных величин переднего
и заднего углов при обработке различных материалов аналогичны
рекомендациям, приведенным выше.
Огранка кристалла алмаза. Наиболее важными операциями
указанного процесса являются операции шлифования (огранки)
Фиг. 55. Алмазные резцы для расточных работ, выполняемых за два прохода, и для
наружного обтачивания (по С. Н. Ковалеву).
в град. С*! в град. а2 в град. а3 в град. а4 в град. 7? в мм G в мм D в мм L в мм
0 12 8 8 30 0.5 0,13 8 12
0 12 8 8 20 0,5 0,13 8 20
0 12 8 8 20 0,5 0,13 8 30
3 10 7 7 20 0,8 0,2 ИЛ 32
3 10 7 7 20 1.2 0.3 11.1 32
-5 10 7 7 20 0.8 0,2 11.1 32
кристалла алмаза, при выполнении которых создаются у резца не-
обходимые углы. Эти операции выполняются на гранильных стан-
ках с применением специальных приспособлений. Типовые кон-
струкции таких станков и приспособлений для крепления оправы
с впаянным в нее кристаллом алмаза описаны в главе II.
Перед началом шлифования алмаза рекомендуется определить
не только плоскость спайности, но также и установить положение
режущего лезвия будущего резца на кристалле алмаза.
Раньше считали, что потеря веса кристалла алмаза при его
обработке является основным условием, а ориентировка его кри-
122
1ежущая кромка.
Г <3
Направление
доводки
сталлографической оси относительно режущей кромки рассматри-
валась как второстепенный фактор. В настоящее время устано-
влено, что правильная ориентировка кристалла относительно
направления движения трущихся поверхностей и направления
действия сил резания может обеспечить значительное повышение
срока службы резца. Потери веса алмаза при его обработке поэтому
приобретают второстепенное зна-
чение, но, конечно, следует ста-
раться, чтобы они были мини-
мальными. При выборе положе-
ния будущего лезвия резца сле-
дует помнить, что наибольшая
величина составляющей силы ре-
зания действует в направлении,
перпендикулярном к передней по-
верхности, поэтому плоскости
скалывания кристалла не должны
совпадать с этим направлением.
При ориентировке кристалла
в процессе огранки рекомен-
дуется [25] расположить резец
так, чтобы шлифование кристалла
производилось навстречу буду-
щему лезвию (фиг. 56). Несоблю-
дение приведенных рекоменда-
ций может вызвать выкрашива-
ние режущего лезвия не только
во время шлифования кристалла
алмаза, но также и в процессе
эксплуатации резца.
Положение плоскостей спай-
ности кристалла алмаза можно
быстро определить лишь при на-
личии опыта. Так, при просмотре
кристалла алмаза в проходящем
свете можно увидеть плоскости,
разделяющие его на более мелкие кристаллы. Эти плоскости
и будут плоскостями спайности.
На выбранном для изготовления резца кристалле алмаза опре-
деляется положение дередней поверхности резца, после чего кри-
сталл запаивается в державку, как это показано на фиг. 57. При
этом будущая передняя поверхность резца должна быть обращена
вверх примерно под углом 90° к оси державки. Пайку кристалла
алмаза производят третником.
После огранки передней поверхности на гранильном станке
кристалл алмаза выпаивается из этой державки и устанавливается
в прорезь резцедержателя, который тщательно припиливается
в соответствии с заданным передним углом т и размером кри-
сталла алмаза (фиг. 58).
Режущая кромка
Направление
добавки
Фиг. 56. Схема ориентировки кри-
сталла алмаза при изготовлении алмаз-
ного резца (по С. Н. Ковалеву).
123
chipmaker.ru
При установке кристалла алмаза в прорезь держателя следует
выполнять указанные выше рекомендации по выбору положения
режущего лезвия будущего резца (см. фиг. 56). Затем паяют, при
этом нагревание производят с помощью приспособлений, описанных
в главе III. При нагревании газовой горелкой или паяльной лам-
пой следует избегать касания пламенем непосредственно кристалла
алмаза. Для обеспечения более прочного крепления кристалла на
место пайки периодически подсыпают флюс (молотую буру)
или др. После пайки оправа с запаянным алмазом медленно охла-
ждается. Затем державку запиливают для последующей огранки
задних поверхностей резца согласно чертежу.
ным в прорезь алмазом для пайки.
Весьма ответственной операцией шлифования алмазных резцов
является шлифование радиуса сопряжения между главной и вспо-
могательной режущими кромками. Эта операция выполняется на
специальных доводочных станках, имеющих соответствующее при-
способление ’.
В связи с тем, что после шлифования задних поверхностей все
же имеет место незначительное микровыкрашивание режущего лез-
вия, рекомендуется [25] произвести вторичную доводку передней
поверхности резца. Поэтому после огранки задних поверхностей
алмаз снова выпиливается из державки и запаивается третником
в чашечный держатель. При этом передняя поверхность резца так
же, как и в первом случае, располагается вверху под прямым
углом к оси державки.
После вторичной доводки алмаз выпаивают из державки и кон-
тролируют, составляя при этом на него паспорт, в котором указы-
вается вес алмаза, его качество, геометрия режущего лезвия и др.
Закрепление алмаза в державке. Ограненный кристалл алмаза
закрепляют в державке либо путем пайки, либо с помощью меха-
нического крепления. Метод крепления алмаза в державке оказы-
вает большое влияние на срок службы алмазного резца.
1 Подробное описание технологического процесса и применяемого оборудо-
вания приведено в книге С. Н. Ковалева «Алмазные резцы, изготовление, кон-
струкция, эксплуатация», Оборонгиз, 1939
124
i На фиг. 58 показан один из наиболее распространенных спосо-
бов закрепления алмаза путем пайки. Этот метод позволяет эффек-
тивно использовать мелкие алмазные зерна весом от 0,75 до 0,1 ка-
рата [25]. Недостатками этого метода являются нагревание алмаза
до высокой температуры в процессе пайки и опиливание державки,
при котором возможно повреждение ограненного кристалла алмаза.
Учитывая указанные недостатки метода пайки, в настоящее
время применяют также механические методы крепления алмаза
в державке. ।4
На фиг. 59 показана конструкция державки с механическим
креплением. В этой конструкции алмаз закреплен планкой 3, нажим
которой регулируется винтом 5,
имеющим потайную головку.
За последнее время некоторыми
иностранными фирмами приме-
няется механический способ крепле-
ния, при котором негативная форма
(матрица) кристалла алмаза изго-
товляется путем спекания порошко-
образных металлов. Во время опе-
Фиг. 59. Державка с механическим
креплением кристалла алмаза:
1 — алмаз; 2 — стальной держатель;
3— прижимная планка; 4 — прокладка;
5 — зажимной винт; 6 — контровочный
запор; 7 — установочная шпилька.
бронзовым порошком. Для
рации спекания алмаз удаляется
из негативной формы.
Сущность способа заключается
в следующем: алмаз, прошлифо-
ванный под соответствующими
углами, помещают на дно разбор-
ной пресс-формы и сверху засыпают
предохранения кристалла алмаза от соприкосновения со стенками
стальной пресс-формы применяют прокладки из мягкой листовой
меди. После прессования алмаз оставляет негативный отпечаток
в спрессованной массе. Затем пресс-форму разбирают и извлекают
алмаз, а полученный брикет спекают при температуре 800° в гра-
фитовом тигле под слоем древесного угля. Последнее исключает
необходимость применения защитной атмосферы. Затем спеченный
брикет ставят в стальную державку, в гнездо устанавливают алмаз,
который сверху прижимается с помощью стальной пластины, при-
крепленной к державке одним или несколькими винтами.
Этот метод позволяет более прочно закрепить кристалл алмаза
в держателе резца. На фиг. 60 показаны две конструкции державки,
в которых алмаз установлен в металлокерамическом брикете. За-
жимное приспособление аналогично приспособлению, показанному
на фиг. 59.
Следует заметить, что большинство операций по огранке алма-.
зов должно выполняться высококвалифицированными специали-
стами, поэтому целесообразно изготовление алмазных резцов произ-
водить на специализированном предприятии, изготовляющем раз-
личные алмазные инструменты.
Резцедержатели для алмазных резцов. Конструкция резцедер-
жателей для алмазных резцов определяется конструкцией
125
iker.ru
стйнка и схемой обработки. Так, например, если в процессе обра-
ботки изделие вращается (обтачивание и растачивание), то резце-
державки, как правило, не имеют приспособлений для установки
резца на размер. В этих случаях указанная установка осуще-
Фиг. 60. Державки, в которых алмаз установлен в металлокерамическом
брикете:
а — с резьбовым хвостовиком; б — с режущей кромкой, повертывающейся
вокруг оси зажимного, винта.
ствляется за счет механизма станка. Следовательно, и конструкция
резцедержателя очень простая, напоминающая собой обычные
резцедержатели, применяющиеся на токарных и расточных станках
такого типа.
Фиг. 61. Расточной держатель.
На фиг. 61 показана простейшая конструкция расточного дер-
жателя, в котором точная установка резца на требуемый размер
осуществляется путем поворачивания головки 2, эксцентрично уста-
новленной относительно корпуса 1. Крепление головки в корпусе
держателя производится винтами 3, конусные концы которых вхо-
дят в канавку затяжного хвостовика. Величина эксцентрика е ме-
жду осью шпинделя и осью головки 2, определяющая пределы регу-
лировки резца на размер, принимается равной 0,1 мм.
Нулевая позиция на державке отмечается в положении, когда
ось вращения головки совпадает с осью вращения шпинделя
126
Станка. При этом ось рейцеДержавНи должна быть расположена
под углом 90° относительно максимальных смещений державки.
Винт 4 служит для грубой настройки алмазного резца 6 на размер,
а винт 5 для закрепления алмазного резца в головке 2.
Конструкция резцедержателя должна обеспечивать жесткое кре-
пление алмазного резца и возможность точной его установки отно-
сительно обрабатываемой поверх-
ности. Ввиду малой величины
режущих лезвий алмазного резца,
его установка в резцедержателе
вызывает определенные трудно-
сти. Поэтому установку алмазных
резцов часто производят с приме-
нением оптических или механи-
ческих приспособлений.
Особенно эффективно исполь-
зуются для этой цели установоч-
ные приспособления —- шаблоны
(фиг. 62). Эти приспособления
представляют собой легко сни-
маемые с резцедержателя шаб- Фиг.62.Шаблондляустановкиалмаз.
лоны с 15—20-кратным увеличе- ного резца.
нием размера режущей части
резца в плане. Козырек шаблона защищает режущую часть алмаз-
ного резца в тот момент, когда резец не используется.
Установка резца по высоте в большинстве случаев обеспечи-
вается непосредственно конструкцией держателей и резцов. Реко-
мендуется при растачивании отверстий небольших размеров резец
устанавливать по центру. При растачивании отверстий больших
размеров предпочтительно устанавливать резец выше центра при-
мерно на величину, равную 0,01 диаметра. Установка алмазного
резца ниже центра может быть причиной быстрого выкрашивания
лезвия резца. *
3. РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ
При использовании алмазных инструментов, кроме требований
точной установки режущей поверхности, должны точно соблюдаться
и режимы резания, которые зависят от физико-механических
свойств обрабатываемого материала, применяемого оборудования
и др.
Благодаря твердости, высокой износостойкости и остроте хорошо
доведенного алмазного лезвия алмазный резец может снимать
стружку толщиной до 0,02 мм при весьма высоких скоростях
резания.
В табл. 28 приведены рекомендуемые [55] глубины резания
и подачи при точении алмазными резцами.
В табл. 29 приведены рекомендуемые в ряде работ [55] и др.
скорости резания при точении алмазными резцами различных мате-
риалов.
127
chipmaker.ru
Таблица 28
Режимы работы алмазными резцами
Параметры Металлы Неметаллические материалы
Подача в мм/об .... Глубина резания в мм * В особых случаях, к резания может быть увели 0.02—0,1 0,2—0,6 * огда используются крупнг чена до 1,0 мм. 0,02—0,05 0,2—0,6 * ie кристаллы, глубина
Таблица 29
Скорости резания алмазными резцами при обработке различных материалов
Обрабатываемые материалы
Скорость резания
в м/мин
Термически обработанные алюминиевые сплавы . .
Чистый алюминий.................................
Магниевые сплавы1...............................
Литые бронзы ...................................
Свинцовистые бронзы.............................
Баббитовые сплавы............................... * 1 2
200—300
250—350
300—380
150—300
500—600
250—350
1 В связи с тем, что тонкая стружка магниевых сплавов легко воспла-
меняется, следует предусмотреть особые меры предосторожности.
Скорость резания. Из приведенной табл. 28 видно, что обра-
ботка алмазными резцами производится с небольшими подачами.
Поэтому высокая производительность процесса обработки может
быть достигнута за счет высоких скоростей резания.
Известно, что при увеличении скорости резания одновременно
повышается и температура резания, вследствие чего износ режущих
инструментов может протекать различно, а именно:
1. В тех случаях, когда температурный режим в зоне резания
не вызывает фазовых и структурных изменений в поверхностном
слое материала режущей части инструмента, износ его опреде-
ляется износостойкостью исходной структуры материала инстру-
мента и абразивными свойствами обрабатываемого материала.
2. Если же температурный режим в зоне резания вызывает
фазовые и структурные изменения в поверхностных слоях мате-
риала режущего инструмента или обрабатываемого материала, то
износ инструмента будет определяться износоустойчивостью новых
структур материала режущего инструмента и обрабатываемого
материала.
Практика показала, что верхний предел скорости резания для
алмазных резцов лимитируется не температурой в зоне резания
и не абразивным износом режущего лезвия, а выкрашиванием лез-
128
вия вследствие вибраций системы деталь — станок — инструмент,
возникающих при весьма высоких числах оборотов. Поэтому необ-
ходимо весьма тщательно производить выбор и подготовку обору-
дования.
Можно полагать, что при обработке алмазными резцами, не-
смотря на весьма высокие скорости резания, а соответственно и тем-
пературы резания, в поверхностном слое кристалла алмаза не про-
исходит заметных структурных превращений, которые могли бы
оказывать влияние на его физико-механические свойства, как это
имеет место при обработке резцами из быстрорежущей стали, или
твердых сплавов.
При обработке жестких изделий большого диаметра скорость
резания может дохсдить до 3000 м/мин. Естественно, такие высо-
кие скорости резания и возможность появления вибраций предъ-
являют ряд дополнительных требований к шпинделю и направляю-
щим станка. При выборе станка следует отдавать предпочтение
более жестким и быстроходным конструкциям. Рекомендуется пе-
рейти от коробок скоростей с набором зубчатых колес к ременным
передачам с бесконечными ремнями или к бесступенчатым редук-
торам.
Подача. В табл. 28 даны величины подач, рекомендуемые при
обработке различных материалов алмазными резцами. Малые ве-
личины подач обусловлены требованиями высокой точности и чи-
стоты обработанной поверхности. При обработке твердосплавными
и быстрорежущими резцами с малыми величинами подач имеет
место интенсивный износ инструмента, однако алмазные резцы,
работая при этих подачах, имеют более высокую стойкость в срав-
нении с указанными выше резцами. '
При обработке алмазными резцами не следует применять ручных
подач за исключением случаев, когда механическая подача по ка-
ким-либо причинам не может обеспечить необходимой геометриче-
ской формы изделия.
Глубина резания. При точении алмазными резцами желательно,
чтобы глубина резания соответствовала минимальным величинам,
приведенным в табл. 28.
Приведенные выше величины глубины резания и подачи в соче-
тании с физико-механическими свойствами алмаза обеспечивают
небольшие величины сил резания. Так, при точении алюминиевой
бронзы алмазным резцом с глубиной резания 0,1 мм и подачей
0,05 лш/об величина вертикальной составляющей была менее
400 г [55]. При этом условное напряжение резания составляет около
350 кг/мм2. Последнее, несмотря на малую величину вертикальной
составляющей силы резания, характеризует весьма тяжелые усло-
вия работы режущего лезвия.
4. ИЗНОС И ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЛМАЗНЫХ РЕЗЦОВ
Выше указывалось, что алмазные резцы допускают высокие ско-
рости резания, при этом величина допускаемой скорости резания
лимитируется вибрацией станка.
129
chipmaker.ru
Критерием износа алмазных резцов, как показывают наблюде-
ния [25], [55], является выкрашивание режущего лезвия, вызываю-
щее внезапное ухудшение обычно достигаемой микрогеометрии
обработанной поверхности.
Рекомендуется периодически снимать алмазный инструмент
и подвергать его тщательному осмотру при увеличении 100х. При
обнаружении первых признаков износа инструмента его следует
снять для перешлифования (заточки). В этом случае снимаемый
слой будет значительно меньшим, чем в случае аварийного выхода
резца из строя.
Часто имеют место случаи выкрашивания режущего лезвия
алмазного резца в результате небрежного с ним обращения. По-
этому необходимо в процессе работы строго соблюдать соответ-
ствующие меры предосторожности, обеспечивающие длительное
использование алмазных резцов. Так, например, алмазный резец
должен быть легко введен в контакт с изделием только после того,
когда изделие или расточная борштанга будут вращаться с уста-
новленной скоростью. Ни в коем случае не следует допускать кон-
такта лезвия резца с изделием в статическом состоянии их отно-
сительно друг друга.
По окончании операции алмазный резец не рекомендуется
останавливать в положении «резания». При этом алмазный резец
следует вывести из соприкосновения с изделием до того, как будет
прекращено их взаимное движение.
Способ восстановления затупившегося алмазного резца зависит
от характера его затупления. Так, например, если резец в процессе
эксплуатации выкрошился по главной режущей кромке, то дово-
дят лишь эту кромку. В большинстве случаев необходимо произво-
дить восстановление режущей кромки не только по задней поверх-
ности, но также и по передней, что связано с перепайкой и пере-
становкой алмаза в другую оправу. Иногда необходимость замены
резца вызывается износом тела припоя сходящей стружкой, в ре-
зультате чего крепление кристалла алмаза нарушается.
Во всех случаях следует стремиться к минимальному съему
алмаза при восстановлении алмазного резца. При нормальном
износе режущего лезвия алмазного резца вес кристалла алмаза
в процессе восстановления уменьшается обычно в пределах от 3
до 15 мг. Восстановление алмазных резцов следует производить
так, чтобы алмаз изнашивался равномерно и по высоте, и по пло-
щади. При несоблюдении этого правила может оказаться, что боль-
шой еще по площади кристалл алмаза будет очень тонким, что
может иметь место при большом съеме с передней поверхности.
Алмазные резцы подобно прецизионным инструментам и при-
борам следует хранить в специальных футлярах.
5. АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ГРАВИРОВАЛЬНЫХ РАБОТ
Кроме указанных выше операций точения и растачивания,
алмазные резцы применяются также для выполнения операций гра-
вирования рисунков, цифр и букв на самых различных материалах,
130
для изготовления дифракционных решёток, шкал, cetok И Других
работ.
При изготовлении точных шкал и сеток методом деления эле-
менты сетки наносятся резцом. Нанесение сеток на поверхность
стекла или металла может быть произведено как непосредственным
резанием, так и прорезанием
защитного слоя, покрываю-
щего поверхность материала,
на который должна быть
нанесена шкала или сетка
путем последующего трав-
ления.
Использование для этих
целей алмазных резцов соот-
ветствующего профиля по-
зволяет получить штрихи
в 0,5 мк (на дифракцион-
ных решетках).
При изготовлении алмаз-
ных резцов для нанесения
сеток используют качествен-
ные кристаллы или осколки
алмазов, которые имеют
естественные режущие ребра
соответствующей формы, или
их создают искусственно
путем огранки. Кристаллы
алмазов закрепляют путем
зажима в держателе, имею-
щем вид рейсфедера, или
впаивают в специальные
оправы.
Установка резца при
огранке производится с по-
мощью описанных выше
приспособлений. Режимы
шлифования приведены в
главе II.
На фиг. 63 приведена
геометрия нескольких ви-
дов резцов, используемых
при изготовлении сеток.
Резец, показанный на
Фиг. 63. Основные типы резцов, применяе-
мых при изготовлении сеток:
(I — резец для резания штрихов; б — резец для
строгания; в — резец с фаской по задней поверх-
ности; г — резец для гравирования цифр и букв;
д — резцы с притуплением для гравирования;
е — основные элементы головки резца (по
А. Н. Бардину).
фиг. 63, а, позволяет производить на стекле резание штрихов шири-
ной 2—3 мк.
Подбор величины нагрузки на резец и скорости резания позво-
ляет получить различные по своему виду штрихи. Так, при режиме
резания, обеспечивающем матовый штрих, образуется мелкодис-
персная пыльца, тогда как при режиме, обеспечивающем получение
131
chipmaker.ru
Фиг. 64. Форма заточки алмаз-
ного резца для гравирования
методом вращения инструмента.
глянцевого штриха, несмотря на хрупкость стекла, образуется
вьющаяся стружка.
Штрихи обычных окулярных сеток режутся резцами, форма
которых показана на фиг. 63.
Согласно данным, приведенным в работе А. Н. Бардина [4], угол
заострения р для алмазных резцов рекомендуется 70—85°; при
установке резца в держателе передний угол у может колебаться
в пределах от 0 до 15°, а величина
заднего угла а имеет значения соот-
ветственно от 20 до 0°.
Установка алмазного резца с боль-
шими задними углами в пределах от
8 до 20°, рекомендуемыми в работе
[4], может привести к выкрашиванию
лезвия резца вследствие хрупкости
алмаза. Поэтому необходимо стре-
миться принимать углы в пределах 4—
8° насколько допускают условия ра-
боты.
Конусные алмазные наконечники
с закругленной вершиной применяются
на гильоширных и пантографных гравировальных машинах при
нанесении криволинейных штрихов различной формы.
В последнее время некоторыми фирмами, изготовляющими гра-
вировальные и копировальные машины, успешно используются для
указанных работ вращающиеся алмазные инструменты (фиг. 64).
Когда лезвие резца расположено очень близко к оси враще-
ния, рекомендуется применять [55] большие числа оборотов
(30 000 об/мин). Величина эксцентрика составляет около 0,01 мм,
что обеспечивает лучшие условия резания. В этом случае алмаз-
ный резец имеет одно режущее лезвие.
Некоторые предприятия применяют инструменты, в которых
алмазный наконечник имеет форму восьмигранной равносторонней
пирамиды с углом при вершине 120°.
ГЛАВА VII
РЕЗКА ЛИСТОВОГО СТЕКЛА
1. ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА
Одной из наиболее старейших областей применения алмазов
является использование их для резания листового стекла. Стекло
является сравнительно твердым и исключительно хрупким мате-
риалом. Рядом ранее выполненных исследований установлено, что
стекло представляет собой гомогенный и достаточно изотропный
материал. При комнатной температуре вследствие очень малой по-
движности молекул стекла в них отсутствует термодинамическое
равновесие. Последнее вызывает концентрацию напряжений в теле
стекла, оказывающих большое влияние на его прочность. Еще
одним весьма важным фактором является воздействие атмосферы
на поверхность стекла, на которой адсорбируются молекулы воды.
Явления, наблюдаемые при резании листового стекла, изуча-
лись рядом исследователей. Так, например, В. С. Левенгуд
и Н. Р. Свифт [56] считают, что царапание алмазом вызывает воз-
никновение в стекле внутренних напряжений, причиной которых
могло быть только пластическое течение материала под алмазом.
Данные, приведенные в работе П. П. Красникова [26], по изме-
рению величины напряжений в месте надреза непосредственно после
нанесения надреза и через 5 час. показывают, что напряженное
состояние надреза уменьшается за это время примерно в 6 раз.
Если же произвести разламывание надрезанного стекла через
16 дней после надреза, то усилие, необходимое на разламывание
такого стекла будет на 30% больше, чем усилие на разламывание
только что надрезанного стекла.
Изучение материалов [19], [26], [56] и др. показало, что в на-
стоящее время среди исследователей имеется единая точка зрения,
характеризующая физическую сущность процесса, а именно: при
движении алмаза по поверхности стекла он разрушает ее, образуя
бороздку глубиной 0,125—0,17 мм, создавая одновременно концен-
трацию напряжений. Причем процесс образования бороздки
является ,не следствием резания стекла, а его скалывания.
Казалось бы, любой острый алмаз или другое твердое тело,
твердость которого выше твердости стекла, можно использовать для
царапания стекла, получив при этом бороздку соответствующего
133
чается особенностью его прочностных
Направление движения Сечение по ЯР
стеклореза при резании
Поверхности
стекла \
Фиг. 65. [Геометрия режущей части алмазного
стеклореза.
профиля. Но при этом не всегда одинаково стекло будет ломаться
вдоль линии надреза, а в ряде случаев и вообще не будет ломаться.
Это подтверждает, что основным условием, определяющим собой
процесс «резания» стекла, является не ослабление его в месте над-
реза, а концентрация растягивающих напряжений по линии надреза,
обеспечивающая дальнейшее раскалывание стекла.
Поэтому в процессе резания стекла необходимо создать такой
надрез, который бы обеспечивал наибольшую концентрацию вну-
тренних напряжений, а не ослабление сечения стекла за счет созда-
ния более глубокого и широкого надреза.
Процесс разрушения листового стекла по линии надреза облег-
характеристик. Так, проч-
ность стекла на сжатие
в 10—20 раз больше проч-
ности на растяжение [26].
При надломе стекла до-
полнительно к растяги-
вающим напряжениям,
образовавшимся в месте
надреза, прибавляются
растягивающие напря-
жения вследствие изгиба
стекла, и оно легко разламывается по линии надреза.
На процесс резания листового стекла оказывает влияние боль-
шое количество факторов, а именно: геометрия режущей части
алмаза, сорт стекла, состояние поверхности стекла, температура
и др. Ниже приведено описание влияния некоторых из них.
Геометрия режущей части алмаза рассматривается в двух
взаимно перпендикулярных сечениях: в „плоскости, перпендикуляр-
ной к направлению движения, и плоскости, проходящей через линию
надреза (фиг. 65). Обычно алмазы, используемые для изготовления
алмазных стеклорезов, имеют относительно удлиненное острое ре-
жущее лезвие с углом около 90°. При этом длина линии контакта
кристалла алмаза с поверхностью стекла будет определять собой
допускаемую величину радиуса кривизны траектории надреза, ко-
торую можно получить с помощью алмазного стеклореза. Так,
например, если попытаться обычным алмазным стеклорезом сделать
зигзагообразный или круглой формы с малым радиусом надрез
листового стекла, то при этом возможна поломка (раскалывание)
кристалла алмаза. Поэтому для таких работ можно использовать
только специальные стеклорезы, имеющие небольшую длину режу-
щего лезвия.
Большое влияние на прочность надрезанного листового стекла
оказывают жидкости, проникающие внутрь надреза. Так, по дан-
ным, приведенным в работе П. Гродзинского [55], прочность надре-
занного и затем смоченного стекла на 21 % ниже по сравнению
с несмоченным. Ряд исследователей это явление объясняет тем,
что жидкость, проникая внутрь надреза, создает расклинивающий
эффект.
134
Как указывалось выше, на поверхности стекла весьма интен-
сивно адсорбируются пары воды, содержащиеся в воздухе. Поэтому
вслед за движущимся алмазным стеклорезом на вновь образовав-
шиеся поверхности надреза мгновенно адсорбируется влага, кото-
рая, как указывает ряд исследователей [56] и др., проникая в щель
надреза и микротрещины, расположенные вдоль и поперек его,
создает дополнительный расклинивающий эффект, увеличивающий
растягивающие напряжения в месте надреза.
При резании стекла нажим рукой на стеклорез должен обеспе-
чивать ровный надрез в виде чистой, тонкой линии. При повышен-
ном давлении на стеклорез на поверхности стекла образуется широ-
кий надрез, покрытый весьма мелкими осколками стекла; при не-
достаточном давлении на стеклорез в процессе резания последний
не дает надреза.
2. АЛМАЗНЫЕ СТЕКЛОРЕЗЫ
В настоящее время на предприятиях используются алмазные
стеклорезы двух типов: с естественными и искусственными режу-
щими ребрами.
Для изготовления алмазных стеклорезов с естественными режу-
щими ребрами используются прозрачные и полупрозрачные различ-
ного цвета целые кристаллы алмазов с плотной структурой, а также
кристаллы с незначительными включениями и раковинами, распо-
ложенными вне режущих ребер. По форме кристаллы представляют
собой многогранники с резко выраженными острыми ребрами.
Длительные наблюдения [19] и др. показали, что не любые
алмазы и не все имеющиеся на кристалле естественные ребра мо-
гут быть использованы для резания листового стекла. Так, из 24 ре-
бер, имеющихся на кристалле алмаза октаэдрической формы, только
8—10 ребер обладают хорошей режущей способностью. После зату-
пления одного из ребер производится перестановка кристалла
алмаза.
Для алмазных стеклорезов с искусственными режущими реб-
рами применяются менее качественные кристаллы алмазов, не
имеющие острых естественных режущих ребер. Кристаллы пла-
стинчатой формы и с рыхлой структурой не пригодны для указан-
ной цели.
Если для стеклорезов с естественными режущими ребрами отби-
рают только целые кристаллы, имеющие острые ребра, то для
стеклорезов с искусственно ограненными режущими ребрами могут
использоваться также кристаллы с более тупыми ребрами, а также
осколки разрушенных крупных кристаллов алмазов и кристаллы
алмазов, которые были использованы в стеклорезах с естествен-
ными режушими ребрами.
Конструкции стеклорезов. На фиг. 66 показана конструкция
обычного алмазного стеклореза с естественными режущими
ребрами. Стеклорез состоит из конусной втулки, в одном конце
которой впаян кристалл алмаза весом от 0,02 до 0,17 карата
135
chipmaker.ru
с острыми естественными режущими ребрами. С другого конца во
втулку ставится деревянная или пластмассовая ручка. На конусной
части втулки крепится латунный молоточек.
Недостатком этой конструкции является трудность подбора
и крепления режущего лезвия в определенном положении. Эга
операция требует большого навыка и опыта исполнителя. В ряде
случаев закрепленный алмаз выходит из строя при испытаниях или
в начале его использования. Тогда приходится повторять указанную
трудоемкую операцию по подбору режущего ребра и закреплению
кристалла алмаза в определенном положении. К недостаткам этой
Фиг. 66. Обычный алмазный стеклорез с естественными режущими
ребрами.
конструкции следует также отнести необходимость применения
весьма качественных кристаллов алмазов.
Ряд указанных выше недостатков устранен в новой конструкции
алмазного стеклореза, разработанной изобретателем И. В. Мякот-
ных (фиг. 67). Стеклорез состоит из ограненного в виде четырех-
гранной пирамиды алмаза, закрепленного в стальной оправе 1,
молоточка 2, хвостовика 3, ручки 4 и винта 5. Оправа с закре-
пленным в ней алмазом устанавливается в отверстие молоточка
и закрепляется с помощью винта 5. При этом одно из четырех ре-
жущих ребер алмаза располагается параллельно боковой плоскости
молоточка. Ось квадратного отверстия расположена под углом 20°
относительно оси стеклореза.
Алмазные стеклорезы с искусственными режущими ребрами
изготовляются двух групп: стеклорезы группы А, армированные
алмазами весом от 0,04 до 0,12 карата, предназначены для резания
стекла толщиной до 5 мм. Стеклорезы группы Б армированы более
крупными алмазами весом от 0,12 до 0,2 карата, поэтому они могут
быть использованы для резания более толстого стекла до 10 мм.
После износа одного из режущих ребер оправу с закрепленным
алмазом можно быстро повернуть на 90° и использовать новое
острое ребро. Такая перестановка алмаза на новое режущее ребро
не требует много времени и высокой квалификации, как это имеет
место при перестановке алмаза в стеклорезах с естественными
режущими ребрами.
После использования всех четырех искусственно созданных ре-
жущих ребер производится ряд последующих «заточек» (огранок)^
При этом кристалл алмаза не вынимается из оправы.
136
По данным И. В. Мякотных [19] трудоемкость крепления алмаза
в оправе и первой огранки режущих ребер составляет 50—60 мин.,
тогда как трудоемкость каждой последующей заточки составляет
всего лишь 10 мин., При этом незначительная потеря веса алмаза
в процессе заточки позволяет производить восстановление режущих
ребер до 50 раз, что обеспечивает весьма высокую стойкость стекло-
реза, измеряемую сотнями тысяч погонных метров.
В станках для фигурной резки (очковые стекла и др.) также
используются алмазные стеклорезы с искусственными режущими
‘Фиг. 67. Алмазный стеклорез с искус-
ственными режущими ребрами конструк-
ции И. В. Мякотных.
ребрами. На этих станках стальная оправа квадратной формы
(дет. 1 на фиг. 67) устанавливается непосредственно в приспо-
собление станка для фигурной резки.
Огранка искусственных режущих ребер на алмазе производится
на обычном гранильном станке с применением несложных приспо-
соблений. Эта операция так же, как и ряд других аналогичных
операций по изготовлению алмазных инструментов, должна произ-
водиться специалистами, имеющими соответствующий навык.
Отобранные для огранки кристаллы алмазов закрепляются пу-
тем зачеканки в стальной оправе квадратного сечения (дет. 1 на
фиг. 67). Для этого на торце указанной оправы сверлят отвер-
стие размером, соответствующим размеру кристалла алмаза. При
установке кристалла алмаза его вершина должна совпадать с про-
дольной осью оправы и выступать примерно на */з над телом
оправы. Установленный кристалл предварительно крепят путем
137
chipmaker, ru
Фиг. 68. Примеры установки'кристалла
алмаза в оправе стеклореза:
А — правильная установка: а — правиль-
ный кристалл, посадка симметричная;
б — неправильный кристалл, посадка не-
симметричная; в — кристалл удлиненный,
посадка глубокая симметричная; г — кри-
сталл удлиненный, посадка несимметрич-
ная (наиболее трудный вариант).
Б — неправильная установка: а — правиль-
ный кристалл, вершина смещена влево;
б — неправильный кристалл, вершина
смещена влево; в — несимметричный удли-
ненный кристалл смещен вправо; г — пра-
вильный кристалл смещен вправо.
чеканки в четырех точках, а затем, если вершина не сместилась,
равномерно со всех сторон примерно в 12 точках.
На фиг. 68 показано несколько примеров установки кристалла
алмаза в оправе стеклореза с искусственными режущими ребрами.
Согласно рекомендациям [19] правильная посадка кристалла алмаза
в оправе стеклореза характеризуется следующими признаками:
1) режущие ребра кристалла должны как можно точнее лежать
в плоскостях, перпендикулярных
к боковым сторонам оправы;
2) вершина алмаза должна быть
расположена на центральной оси
оправы. Правильная установка
алмаза в оправе оказывает боль-
шое влияние не только на каче-
ство огранки и на продолжитель-
ность выполнения процесса, но и
на эксплуатационные качества
стеклореза. Смещение вершины
кристалла влево или вправо мо-
жет вызвать необходимость зна-
чительного увеличения времени
на огранку.
Подготовленную управу с за-
крепленным в ней алмазом уста-
навливают в держателе приспо-
собления для огранки так, чтобы
ось оправы была наклонена к по-
верхности гранильного диска под
углом 60—65°. Типовая конструк-
ция описана в главе II.
Когда оправа с алмазом за-
креплена в держателе и регули-
рующими винтами приспособле-
ние установлено в горизонтальной
плоскости, его ставят на стол
станка. Двигая приспособление
вдоль направляющей планки, находят положение алмаза относи-
тельно вращающегося диска, при котором «поющий звук» меньше
заглушается шорохами. В этом положении алмаз оставляют на 2—
3 сек., после чего, не смещая его положения в держателе, алмаз подни-
мают с поверхности травильного диска, и через лупу просматривают
вновь образующуюся грань алмаза. Снова ставят в положение
огранки, контролируя процесс через каждые 2—3 мин. Операция
повторяется до тех пор, пока все увеличивающаяся новая грань не
достигнет вершины алмаза. Тогда оправу поворачивают в держа-
теле на 90° и начинают огранку второй, а затем третьей и четвертой
граней.
В результате огранки четырех граней алмаза должна образо-
ваться вершина в виде точки. Однако на практике достигнуть этого
135
сразу, не всегда удается, поэтому образующееся на вершине ребро
устраняется путем последующего дополнительного шлифования
двух граней.
После огранки производят заправку режущих ребер пирамиды.
Для этого оправу с алмазом вынимают из держателя приспособ-
ления, устанавливают в колодочку стеклореза и делают надрез по
стеклу; по этому надрезу проводят алмазом вперед и назад не-
сколько раз до тех пор, пока пробный надрез не даст «чистую»
линию надреза на стекле. Затем оправу с алмазом поворачивают
на 180° и точно так же затачивают противоположное ребро. Два
других ребра не заправляются, так как дают хорошую линию над-
реза и без заправки [19].
Необходимость «заправки» режущих ребер, как указывается
в работе [19], заключается в том, чтобы у вершины ограненной
пирамиды алмазного стеклореза с искусственными гранями создать
«сферу», т. е. притупление. После огранки режущие ребра на-
столько острые, что на стекле дают весьма тонкую линию надреза,
вследствие чего стекло разламывается не по линии надреза.
Практическим опытом установлено [19], что на огранку 1000 шт.
стеклорезов расходуется в среднем около 1,5 карата алмазного
микропорошка. Для резания тонкого стекла (покровные стекла
и др.) применяются алмазные стеклорезы с короткими, но очень
острыми режущими ребрами.
Правила использования алмазных стеклорезов. Срок службы
алмазного стеклореза, а соответственно и его стойкость в значи-
тельной степени зависят от соблюдения следующих правил их
эксплуатации:
1. Выбор марки стеклореза, т. е. выбор размера кристалла
алмаза, должен производиться с учетом толщины разрезаемого
стекла (см. стр. 136).
2. Поверхность стекла, по которой будет производиться надрез,
должна быть чистой. Резание матированного стекла следует произ-
водить по гладкой стороне.
3. Режущее ребро алмаза должно быть легко поставлено на
поверхность стекла; при этом отметка на ручке стеклореза (темный
кружок) должна находиться слева. При резании алмазными стекло-
резами с естественными режущими ребрами ручка стеклореза
должна быть несколько наклонена. При резании алмазными стекло-
резами с искусственными режущими ребрами ось ручки стеклореза
следует ставить перпендикулярно плоскости стекла.
4. Резание стекла следует производить с помощью направляю-
щего приспособления (линейки шаблона и др.).
5. Нажим рукой на стеклорез в процессе резания должен обес-
печивать ровный надрез на стекле в виде тонкой бороздки.
6. Во избежание повреждения режущего ребра алмаза не реко-
мендуется делать повторный надрез по одному и тому же следу.
7. Надлом прорезанного стекла рекомендуется производить от
края путем нанесения легких ударов с обратной стороны стекла
вдоль линии надреза до появления начальной трещины.
139
ker. ru
8. При затуплении режущего ребра алмаза производят переста-
новку на новое ребро, для чего необходимо при использовании
стеклорезов с естественными режущими ребрами произвести пере-
пайку кристалла алмаза, а в случае использования всех имевшихся
острых естественных режущих ребер кристалл алмаза может быть
огранен и затем применен как стеклорез с искусственными режу-
щими ребрами; при работе алмазными стеклорезами с искуствен-
ными режущими ребрами повернуть квадратную оправу с закре-
пленным алмазом на 90°.
9. Для предохранения алмаза от случайных повреждений реко-
мендуется стеклорез хранить в коробке или завернутый в ткань.
3. ЗАМЕНИТЕЛИ АЛМАЗНЫХ СТЕКЛОРЕЗОВ
В настоящее время для резания листового стекла толщиной
1 мм и более используются роликовые стеклорезы, изготовляемые
по ГОСТу 4407-48 (фиг. 69). Стеклорез имеет три режущих ро-
Фиг. 69. Роликовый стеклорез:
1 — ролики из твердого сплава; 2 — винт; 3 — барабанчик; 4 — держатель.
лика 1 из металлокерамического твердого сплава марки ВК-ЗА
(ГОСТ 4406-48).
Процесс образования надреза на поверхности стекла роликовым
стеклорезом основан на местном разрушении (скалывании) стекла
лезвием острозаточенного твердосплавного ролика.
Установив стеклорез перпендикулярно плоскости стекла, произ-
водят легкий нажим на него до появления надреза, после чего сле-
дует равномерно вести по направляющей линейке.
Резание стекла роликами не требует такого большого навыка,,
как резание алмазным стеклорезом.
К числу преимуществ роликовых стеклорезов следует отнести
их низкую стоимость, возможность быстрой замены затупившихся
роликов.
Недостатком роликовых стеклорезов является необходимость
применения больших усилий при резании, что ограничивает воз-
можность применения их для резки стекол тоньше 1,5—2 мм„
а также зеркальных и других качественных сортов стеюал.
140
3
Широкое распространение на ряде предприятий получил метод
безалмазной резки листового стекла путем местного нагревания.
Этот метод основан на создании местного напряженного состояния
в стекле вследствие низкой его теплопроводности. Если нагревать
стекло с помощью раскаленной проволоки по какой-либо его по-
верхности, то вследствие низкой теплопроводности стекла темпе-
ратура во всех точках его поверхности будет изменяться очень
незначительно, кроме узкой ли-
нии нагревателя. Тепловой поток,
идущий от источника тепла, вызы-
вает настолько интенсивное уве-
личение местных напряжений, что
стекло ломается по линии наи-
большего нагревания.
Возникающие при местном
нагревании стекла напряжения
будут зависеть от разности тем-
ператур, теплопроводности, коэф-
фициента линейного расширения
и других свойств стекла.
Основные условием успеха
резания стекла методом местного
нагревания стекла является со-
здание необходимого градиента
температур между нагреваемой
и соседними зонами стекла. По
данным [26] для резания листо-
вого стекла -— «фурко» перепад
указанных температур составляет
135—150°.
На фиг. 70 показана схема
установки для безалмазной резки
листового стекла толщиной 10—12
ния [35]. На ровный стол уложена асбоцементная полоска 7 шири-
ной 25 мм, в канавку которой вложена нихромовая проволока 5.
Разрезаемый лист кладут на асбоцементную полоску, при этом
кромку стекла фиксируют с помощью регулируемой на размер
планки 4. Для сохранения горизонтального положения стекла
после разрезки на стол кладут подкладки 8, толщина которых соот-
ветствует толщине асбоцементной полоски.
Нагревание нихромовой проволоки до 800—850° производится
с помощью трансформатора в течение 25—30 сек., при этом смо-
ченное влажной губкой с поверхности стекло лопается по линии
нагревания. Линия излома совершенно ровная и гладкая. Продол-
жительность процесса резания одной полосы составляет ~30 .сек.
Как показывают данные, приведенные в статье Д. Я. Один-
цова [35], физико-механические свойства стекла при этом способе
Фиг. 70. Схема установки для безал-
мазной резки листового стекла:
/ — трансформатор СГЭ-22 мощностью
13,5 квт, V — 220/380 в, вторичное напря-
жение 65 в; номинальный ток 120 а;
2 — регулятор от 50 до 250 а; 3 — стол;
4 — регулирующая планка; 5 — нихромо-
вая проволока 4 jhjh; 6 — регулирующие
винты; 7 — асбоцементная полоска;
8 — асбоцементная прокладка.
мм методом местного
резки практически не изменяются.
chipmaker.ru
ГЛАВА VIII
АЛМАЗНЫЕ ПОРОШКИ И АЛМАЗОНОСНЫЙ РЕЖУЩИЙ
ИНСТРУМЕНТ
1. ВИДЫ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
Всякий материал, острия зерен которого могут быть использо-
ваны как режущий инструмент и имеют твердость большую, чем
обрабатываемые предметы, называется абразивным или шлифую-
щим материалом.
Абразивная способность материалов определяется по их твер-
дости, т. е. способности царапать, поэтому к этим материалам при-
менима классификация по шкале Мооса или по шкале М. М. ^Ц)у-
щова (см. табл. 2).
Абразивные материалы, применяемые для шлифования металлов
и их сплавов, бывают естественные (алмаз, корунд, наждак, кварц
и др.) и искусственные (электрокорунд, карбид кремния, карбид
бора и др.).
Особое место среди них занимает алмаз, непревзойденный по
своей абразивной способности. Это обстоятельство заставляет при-
менять алмаз главным образом для обработки всех других абра-
зивных материалов с целью придания им режущей способности,
которая в процессе работы значительно уменьшается, для шлифо-
вания металлов и минералов, в целях получения точных размеров
изделий и высокой чистоты поверхности, а также для резки особо
твердых минералов.
Однако высокая стоимость алмаза заставляет применять во всех
остальных случаях другие абразивные материалы как естествен-
ного, так и искусственного происхождения. Ниже дается краткая
характеристика этих материалов.
Корунд это окись алюминия, находящаяся в кристалличе-
ском состоянии. Если он прозрачен, то относится к драгоценным
камням и известен под именем сапфиров и рубинов, которые в при-
роде встречаются сравнительно редко. Чаще же всего встречается
непрозрачный корунд синевато-серого, грязно-желтого и серо-корич-
невого цвета, который применяется в качестве абразивного мате-
риала. Он тверд, при дроблении дает раковистый неправильный
излом, который позволяет затупившимся в процессе шлифования
зернам приобретать новые, острые, режущие грани. Примеси в ко-
142
рунде снижают его твердость, особенно окисли железа. Корунд
применяют для шлифования подшипников и доводочных шлифовоч-
ных работ.
Наждак представляет собой смесь окиси алюминия, с наи-
большим содержанием его до 30%, с другими окислами, в том
числе и окислами железа, которые также снижают его твердость.
Зерна наждака неровные с неравномерным изломом. Наждак при-
меняют для изготовления шлифовальных кругов и порошков.
Кварц, или вернее его разновидность кремень, наряду с твер-
достью обладает и достаточной вязкостью, поэтому при шлифова-
нии кругами, изготовленными из кварца, они быстро теряют форму
и требуют частой правки. Применяется в виде точильного камня
для затачивания и правки различного инструмента вручную.
Естественные абразивные материалы, за исключением алмаза,
не обладают постоянством состава, а следовательно, и однородной
твердостью, поэтому в промышленности основное применение нахо-
дят искусственные абразивные материалы, свободные от указанных
недостатков.
Наибольшее применение из искусственных абразивов нашел
электрокорунд А12Оз, который получают из высококачествен-
ного сырья, содержащего окись алюминия, при плавке его в элек-
трических печах.
Сорт электрокорунда, называемый нормальным, от серо-корич-
невого до темно-коричневого и от розового до темно-бурого цвета,
содержит 91—95% кристаллической окиси алюминия и получается
при восстановительной плавке боксита. Сорт электрокорунда, назы-
ваемый белым, имеет белый или серовато-белый цвет и содержит
97—99% кристаллической окиси алюминия. Получают белый элск-
трокорунд при переплавке чистого глинозема.
Электрокорунд, наряду с высокой абразивной способностью,
обладает вязкостью, которая позволяет применять его для шлифо-
вания металлов и их сплавов, обладающих высоким сопротивле-
нием разрыву, например, для шлифования деталей из легирован-
ных сталей.
Монокорунд — электрокорунд, полученный таким образом,
что зерна его представляют монокристаллы. Зерна нужной фрак-
ции получаются только рассевом, без дробления. Зерно моно-
корунда обладает наибольшей прочностью в сравнении с другими
зернами электрокорунда, и круги из него обладают наилучшими
режущими способностями.
Большой твердостью, но повышенной хрупкостью обладает
карбид кремния SiC, который получают при восстановитель-
ной плавке чистого кварцевого песка с углем в электрических печах.
Во время плавки сначала восстанавливается кремниевая кислота,
а затем происходит химическое взаимодействие между кремнием
и углеродом. Полученный карбид кремния имеет в зависимости от
примесей зеленый и черный цвет, содержит 97% SiC.
Зерна карбида кремния сравнительно легко расщепляются
и обламываются, поэтому он применяется для шлифования или
143
er.ru
хрупких (чугун, мрамор, фарфор, гранит) или вязких (бронза, ла-
тунь, алюминиевые, никелевые и другие сплавы цветных металлов)
материалов.
Карбид бора — В6С получается нагреванием смеси окиси
бора В2Оз с углем при 2500°. Кристаллы карбида бора — твердые,
плотные, по внешнему виду похожи на металл; твердость их выше
всех других искусственных абразивов. Кристаллы карбида бора
сравнительно легко дробятся с образованием изотермических зерен
с острыми режущими гранями. Недостатком карбида бора является
его способность окисляться на воздухе при температуре выше 400°.
Карбид бора применяют в виде паст для доводки твердосплавных
пластин режущих и измерительных инструментов вместо алмаза.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА АБРАЗИВНОЙ СПОСОБНОСТИ АЛМАЗНЫХ
ПОРОШКОВ
Алмазные порошки (часто называют их алмазной пудрой) как
абразивный материал могут быть использованы в свободном и за-
крепленном состоянии. В первом случае они применяются для шли-
фования и полирования драгоценных и полудрагоценных камней,
технических и часовых камней, алмазных резцов и стеклорезов,
алмазных и победитовых волок, наконечников к приборам для опре-
деления твердости и чистоты поверхности материалов, для сверле-
ния алмазных волок, для доводки алмазных и твердосплавных
инструментов, игл для резьбошлифования, металлографических
шлифов из твердых сплавов и т. д.
В тех случаях, когда необходимо производить разрезание твер-
дых материалов (корунда, кварца, агата и т. д.), алмазный поро-
шок закрепляют в дисковых пилах, которыми и производится раз-
резание. В закрепленном состоянии алмазные порошки употреб-
ляются также в различных инструментах: фрезах, шайбах, кольцах,
цилиндрах, кругах, агломерированных иглах и т. д., применяемых
для обработки оптического стекла, шлифования и полирования тех-
нических и часовых камней, драгоценных и полудрагоценных кам-
ней, доводки твердосплавного режущего инструмента и для других
целей.
При обработке твердых материалов алмазными порошками воз-
можно получать зеркальную поверхность этих материалов, боль-
шую степень точности, высокую производительность. Кроме того,
алмазные порошки весьма экономичны по сравнению с другими
абразивами.
Алмазные порошки получают из двух источников:
1. Из отходов, получаемых в процессах раскалывания, огранки
и шлифования алмазов, в результате износа, а также выхода из
строя различных алмазных инструментов.
2. При специальном дроблении технических алмазов низкого
качества — трещиноватых, содержащих много различных вклю-
чений.
144
Ранее первый источник получения алмазных порошков давал
незначительное количество их, но, с развитием техники, когда при-
менение алмазов в промышленности из года в год увеличивается,
это количество также возросло.
Относительно абразивной способности алмазных порошков
существуют в настоящее время две точки зрения.
В иностранной литературе [54], [55] указывается, что практи-
чески разницы между алмазными порошками, полученными из
алмазов различных месторождений, нет, так как любая разница
в качестве алмазов тех или иных месторождений исчезает при
крупности зерен порошков 50 мк и менее. Поэтому абразивная спо-
собность алмазных порошков считается стандартной, с некоторыми
допусками за счет неточности классификации по гранулометриче-
скому составу дробленных алмазных зерен.
Относительно абразивной способности алмазных порошков су-
ществует и другое мнение, а именно, что она является далеко не
постоянной величиной [15], [48] и зависит от исходного сырья, нали-
чия посторонних включений и ряда других факторов, определяю-
щих качество алмазов.
А. А. Гумилевским совместно с сотрудниками [15] проведены
работы по исследованию свойств кристаллов алмазов, отсортиро-
ванных в ультрафиолетовом свете по цвету окраски флюоресцен-
ции. Было получено четыре группы кристаллов: 1) нефлюоресци-
рующие, 2) флюоресцирующие от желто-зеленого до желто-красно-
ватого цвета, 3) флюоресцирующие голубым цветом (от светлого
до синего), 4) флюоресцирующие зонально различными цветами
(сростки).
Испытания изготовленных из этих групп порошков, проведен-
ные исследователями при обработке часовых и технических камней,
показали, что первая группа дает высокий абразивный эффект
(более прочные кристаллы), вторая и третья группы обладают зна-
чительно пониженным эффектом (менее прочные кристаллы), а чет-
вертая занимает среднее положение. Авторы исследования рекомен-
дуют первую группу алмазных порошков применять на основных
операциях обработки часовых и технических камней в закреплен-
ном виде на грубых операциях — при обкатывании, шлифовании
и выборке камней на операциях, где допустимо образование сколов
и царапин, при изготовлении большого размера заготовок с грубой
поверхностью.
Вторую и третью группы рекомендуется применять на основных
операциях обработки часовых и технических камней в незакреплен-
ном состоянии, в закрепленном виде при изготовлении заготовок
для камней (при тонких операциях — доводках, полировках и при
отделочных операциях).
Четвертую группу рекомендуется использовать в смеси с пер-
вой группой.
Однако производственные испытания абразивной способности
алмазных порошков, отсортированных по цвету окраски флюорес-
ценции, которые были проведены на двух заводах по обработке
145
chipmaker.ru
часовых камней, разницы в абразивном эффекте этих сортов не под-
твердили.
Поэтому методы сортировки алмазных порошков требуют еще
глубокого исследования и длительной проверки в производствен-
ных условиях.
3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ АЛМАЗНЫХ ПОРОШКОВ
Технология изготовления алмазных порошков, процессы исполь-
зования их как в свободном состоянии, так и в виде алмазного
инструмента, недостаточно изучены.
В практике отдельных заводов алмазные порошки разделяются
на шлифпорошки и микропорошки.
Основными операциями при изготовлении алмазных порошков
являются: 1) дробление
Фиг. 71. Ступка для дроб-
ления алмазов:
1 — корпус; 2 — пестик;
3 — гайка; 4 — прокладка.
кусков алмаза, 2) очистка порошков
от посторонних примесей и 3) классифи-
кация порошков по гранулометрическому
составу.
1. Дробление кусков алмазов или
алмазной крошки производят в закры-
тых сосудах— в ступках или шаровых
мельницах. Применение щековых или
валковых дробилок себя не оправдало,
так как они дают неравномерный по
крупности материал, часто игольчатой
формы.
В ступке дробление производится по-
следовательными ударами по пестику
деревянным или бакелитовым молотком
вручную или механически от привода
электродвигателя. Ступка простейшего
типа* состоит из цилиндрического сталь-
ного блока с полой вставкой из закален-
ной стали, в которую загружают алмазы
и вставляют пестик (фиг. 71).
Зазор между пестиком и полой вставкой 0,4 мм. Пестик сделан
из закаленной стали; верхняя часть его имеет больший диаметр
и перекрестную накатку, сделанную для того, чтобы не скользила
рука работающего при ударе по пестику молотком, а конец пестика,
по которому производятся удары, закруглен.
Для предотвращения потерь алмазного порошка при дроблении
верхняя часть ступки больших размеров закрывается кожухообраз-
ной прокладкой, а у малой ступки — резиновой прокладкой. Для
достижения пружинящей амортизации при дроблении ступку рас-
полагают на амортизаторах или ставят ее на ребро. После каждого
удара пестик поднимают и повертывают.
Обычно преполагают, что алмазный порошок хорошего качества
получается только в том случае, когда дробят небольшую массу
осколков, например, до 5 карат. Но опыт показывает, что можно
146
дробить с точно таким же результатом большие количества вплоть
до 500 карат в одну закладку, используя большую ступку и для
удара на пестик механический привод.
В Швейцарии, изготовляющей большое количество алмазного
порошка, идущего на обработку часовых и технических камней,
дробление производят в расположенных в ряд многочисленных
ступках, пестики которых поднимаются кулачками и падают вниз
на алмазную массу под собственным весом со скоростью 80—
90 ударов в минуту.
Фиг. 72. Форма зерен алмаза после частичного дробления (величина
зерен 150—200 мк) 50 х.
При дроблении необходимо периодически постукивать по стен-
кам и дну ступки, что ускоряет передвижение более крупных зерен
под удары пестика.
Вначале процесса дробления в ступке образуются осколочные
и иглообразные зерна (фиг. 72—73), как абразивный материал
не имеющие большую ценность. Далее получаются продолговатые и,
наконец, более правильной формы (фиг. 74), имеющие наилучшую
абразивную способность.
Готовность алмазного порошка определяется различными мето-
дами. Опытные дробильщики определяют ее по изменению сопро-
тивления пестика при его вращении или растиранием порошка
между пальцами.
Объективным же методом является просеивание небольшой
пробы порошка через сито с заданными отверстиями. В среднем
считают, что после десятиминутного дробления через сито с отвер-
стиями в 2 мк проходит 38% зерна, а через сито с отверстиями
20 мк проходит 90% порошка.
147
chipmaker, ru
В улучшенной модели ступки дробление производится между
шаром и сферической полированной наковальней, изготовленными
из спеченного карбида вольфрама. Эта ступка с механическим при-
водом и делает также 80—90 ударов в минуту (фиг. 75).
Фиг. 73. Осколочные и иглообразные зерна алмазов
(величина зерен 150—200 мк) 50 х .
Она дает очень мелкий порошок, который используется для
полирования рубиновых и сапфировых часовых камней, производя
Фиг. 74. Зерна алмазов после дробления 50X.
одновременно с дроблением и перемешивание порошка с маслом,
готовя алмазную пасту.
2. Очистка порошков. Полученный после дробления алмазный
порошок содержит посторонние примеси, каковыми являются метал-
лическая пыль, перешедшая в алмазный порошок из установок,
148
в которых производилось дробление. Кроме того, в самих алмазах,
подвергшихся дроблению, могут быть посторонние примеси.
Особенно много примесей в алмазных порошках, получаемых
из отходов производства при применении алмазных инструментов
или алмазных порошков для шлифования, сверления, резания, поли-
рования и других операций. В этих отходах могут быть самые раз-
нообразные примеси в зависимости от источника получения этих
отходов, начиная от органических примесей (древесная пыль.
Фиг. .75. Ступка для дробления алмазов с механическим приводом,
сметки и т. д.) и кончая разным абразивным материалом (кварц,
корунд и т. д.).
В зависимости от содержания примесей в алмазном порошке
рекомендуется применять следующие методы очистки его от при-
месей:
1. Обжиг или прокаливание для удаления органических при-
.месей.
2. Кислотная обработка для удаления металлической пыли.
3. Сплавление с едким натром или бисульфатом калия для
удаления корунда и кварца.
4. Центрифугирование в тяжелых жидкостях для удаления
кварца.
Простейшим методом очистки является обжиг, при котором
порошок смачивается метиловым спиртом и поджигается. Этим
методом можно удалить только органические примеси.
Относительно простым методом очистки является обработка
кислотами. В платиновую чашку емкостью 100 мл помещают
50 карат алмазного порошка, заливают 5 мл концентрированной
серной и 50 мл плавиковой кислоты и смесь нагревают до испарения
149
er.ru
половины жидкости. Затем разбавляют 200 мл дистиллирован-
ной воды, фильтруют через фильтр из чертежной бумаги
(ГОСТ 597-56) и промывают порошок водой. Фильтр с порошком
помещают в платиновую чашку, которую сначала медленно, а затем
интенсивно нагревают до полного сгорания фильтра. Белый цвет
порошка указывает на полноту очистки. Коричневый оттенок его
означает, что в порошке осталось железо. Последнее удаляют
кипячением в концентрированной соляной кислоте в течение 5 мин.,
с последующим разбавлением водой, фильтрованием и т. д.
Сплавление с едким натром или бисульфатом калия применяют
для очистки порошка от корунда. Оно бывает однократным при
малом содержании и двухкратным при содержании корунда
свыше 33 %.
Сплавление следует производить в железном или никелевом
тигле при 550—600°. При содержании корунда до 10% берут двух-
кратное количество едкого натра к весу порошка, а при большем
количестве — до трсх-чстырехкратного. Сплавленная масса выще-
лачивается и промывается водой до нейтральной реакции. Этим
методом корунд удаляется полностью.
Центрифугированием в бромоформе или тетрабромэтане можно
отделить примеси, удельный вес которых меньше удельного веса
алмаза (практически меньше 3,3). Этим методом можно отделить
кварц (при содержании 6—7% кварца в очищенном порошке
остается 0,06—0,2% его), но нельзя отделить корунд и металличе-
скую пыль. Комбинированная очистка химическим путем и центри-
фугированием полностью удаляет кварц и металлическую пыль
из порошка.
Очистку сильно загрязненного порошка рекомендуется произво-
дить в следующем порядке:
а) нагревание порошка в тонком слое в муфельной печи при
500°;
б) промывка холодной концентрированной соляной кислотой до
перехода зеленого цвета фильтрата в бледный; последующая про-
мывка водой до получения нейтральной реакции; сушка порошка
при 105°;
в) прокаливание порошка в печи при 800° в течение 10 мин.;
г) промывка нагретым до кипения концентрированным едким
натром, с последующей промывкой водой до нейтральной
реакции;
д) сушка в печи при 100°.
Очистку алмазного порошка, образующегося в виде отходов
на операциях сверления и полирования алмазных волок произво-
дят следующим путем.
Для сбора отходов алмазного порошка на столах сверления
и полирования алмазных волок устанавливаются металлические
банки с крышками, наполовину наполненные трихлорэтиленом.
Загрязненный трихлоэтилен периодически заменяют свежим.
По мере накопления в банке алмазного порошка его вместе
с трихлорэтиленом сливают в стеклянную колбу, в которой в тече-
150
ние двух суток происходит отстаивание порошка. Затем освет-
ленную жидкость декантируют, а остаток фильтруют, промывают
водой, переносят в фарфоровую чашку, сушат, а потом прокали-
вают в течение 10 мин. при температуре 700—800°.
К охлажденному сухому остатку в фарфоровую чашку добав-
ляют 10 мл 10 %-ной соляной кислоты, смесь подогревают до 60—
80°, разбавляют дистиллированной водой (1 : 1), фильтруют через
бензольный фильтр, промывают на фильтре дистиллированной
водой, сушат, а затем прокаливают при 700—800° в течение 10 мин.
В результате получается очищенный алмазный порошок, год-
ный к употреблению в производстве.
Проверка состава отходов алмазного порошка проведенная
на одном из заводов по обработке рубиновых часовых камней,
показала, что они содержат: рубин, карборунд, частицы меди,
железа, олова, мастики, песка, стекла, канифоли, воска и масля-
ную эмульсию.
Попытки выделить из этой смеси алмазный порошок при помощи
тяжелой жидкости — йодистого метилена, жира (смеси бараньего
жира и касторового масла) и постоянного тока (300 в) не дали
положительных результатов.
После проведения ряда экспериментов заводом была разрабо-
тана приведенная ниже схема очистки загрязненного алмазного
порошка позволяющая получать чистый порошок, пригодный для
вторичного использования.
3. Классификация. Для различных операций обработки метал-
лов и минералов требуются алмазные порошки различной зерни-
стости. При этом для многих операций (обработка оптического
стекла, сверление и шлифование алмазных волок и др.) требуются
порошки однородные по гранулометрическому составу.
При классификации зерен алмазных порошков и микропорош-
ков по размерной характеристике обычно руководствуются техни-
ческими условиями, действующими на отдельных заводах, или
ГОСТом 3238-46.
Для получения алмазных порошков заданной зернистости они
после дробления и очистки от примесей подвергаются классифи-
кации.
Простейшим методом классификации порошка является про-
сеивание через набор сит со стандартными отверстиями, отвечаю-
щими по размерам установленным номерам зернистости, на меха-
нически встряхивающемся приборе «Ротап», который автоматиче-
ски останавливается после заданного времени просеивания.
В результате рассева на каждом сите должен остаться порошок
определенной зернистости.
Процесс просеивания, несмотря на его простоту, имеет ряд
недостатков, первым из которых является ограничение в получении
классов порошков мельче зерна № 320 (см. табл. 30). Между тем,
для многих процессов обработки материалов требуются так назы-
ваемые микропорошки, размер зерен в которых должен быть
порядка 60—1,5 мк (табл. 30 и 31).
151
chipmaker.ru
Схема очистки загрязненного алмазного порошка
I. Отходы после резки
рубиновых бу лек на плитки
II. Отходы после резки рубиновых
плиток иа квадраты
Вода |------------Просеивание через сито с ячейками 2 мм
'__________ ... *- — I
| Отвал |^| Отходы |
----------- ~ ~_________________________________________
Декантация, сушка и обжиг порошка
Примечание. Порошок 270 обрабатывается так же, как и порошок 4-270 с при-
менением центрифугирования вместо декантации.
152
Таблица 30
Характеристика зернистости абразивных порошков
№ зерна Размеры зерен в мк № зерна Размеры зерен в мк № зерна Размеры зерен в мк
46 420—355 1 90 180—150 220 75—63
54 355—300 1 100 150—125 240 63—53
60 300—250 120 125—105 280 53—42
70 250—210 150 105—85 320 42—28
80 210—180 180 85—75
Таблица 31
Характеристика зернистости абразивных микропорошков
№ зерна Размеры зерен в мк № зерна Размеры зерен в мк
М28 28—20 мю 10—7
М20 20—14 М7 7—5
М14 14—10 М5 5—3,5
М3,5 3,5—1.5
Ml,5 1,5 и мельче
Отверстия сит имеют форму квадрата и при просеивании на них
исходят из предположения, что зерна порошка сферической формы,
но практически они имеют различную, часто удлиненную форму,
вплоть до игольчатой. Таким образом, при просеивании фактически
размер зерен на одном и том же сите бывает различным.
Ввиду того, что ГОСТов по размерной характеристике и грану-
лометрическому составу алмазных порошков не имеется, на ряде
заводов разработаны различные нормали и технические условия
ша алмазные порошки и микропорошки.
Анализ указанных нормалей и технических условий показы-
вает, что алмазные порошки одной и той же зернистости имеют
различное содержание основной фракции.
Зерновой состав алмазных порошков выражают в процентах
повесу или по количеству зерен для каждой фракции в отдель-
ности.
Практически содержание основной фракции в шлифпорошках
составляет от 40 до 65%, а в микропорошках от 40 до 85%. При
ужесточении гранулометрического состава алмазных порошков
повышается их активность.
Алмазные порошки крупных фракций применяются, как пра-
вило, в тех случаях, когда требуется высокая производительность,
но не предъявляется больших требований к чистоте обрабатывае-
мой 'Поверхности. Алмазные порошки мелких фракций использу-
153
chipmaker.ru
ются на таких операциях обработки изделий, когда необходимо
получить поверхность высокого класса чистоты.
Практика алмазной обработки показала, что экономичность
и высокое качество чистовой обработки могут быть достигнуты при
использовании точно классифицированных алмазных порошков
при максимальном содержании основной фракции.
В табл. 32 приведены данные о гранулометрическом составе
алмазных порошков, после их рассева на ситах, взятые из техни-
ческих условий завода, изготовляющего алмазные порошки в боль-
ших количествах.
Гранулометрический состав алмазных шлифпорошков
после их рассеивания на ситах
№ порошков Характеристика фракций в мк
700— 600 600- 500 420— 350 300— 250 210— 180 180— 150 150- 125 125— 105 105— 85 85— 75 75- 63 . 63- 53
os w эе w О g № 60 № 80 № 90 № 100 Xs 120 № 150 № 180 8 СМ 3 № 240
№ 36 не бол. 25 не мен. 55 20 — — — — — —* — —
№ 46 не бол. 3 . пе бол. 22 не мен. 55 20 — — — — — — — —
№ 60 — не бол. 3 не бол. 22 не мен. 60 15 — — — — — — —
Ns 80 — — не бол. 3 не бол. 22 не мен. 60 15 __ — — — —
№ 90 — — — не бол. 3 не бол. 17 не мен. 60 15 5 — — — —
№ 100 — ’— — — не бол. 3 не бол. 7 не мен. 60 •25 5 — — —
№ 120 — —. — — не бол. 3 не бол. 7 не мен. 65 20 5 — —
№ 150 — — — —- — — не бол. 3 не бол. 7 не мен. 65 20 5 —
№ 180 — — — — — — — не бол. 3 не бол. 7 не мен. 60 25 5
№ 220 по к Прим оличеет е ч а н гву зер ие: Со ен. цержан ие отде льных фракци й пок не бол. 2 азане не бол. 3 в пр не мен. 60 оцент 35 ах
Для получения микропорошков заданной зернистости применяют
другие виды классификации, основанные на законах падения зерен
154
в воде и других жидкостях. Просеивание же в данном случае при-
меняется как предварительная операция для отделения мелкого
порошка от крупного.
Вне зависимости от характера жидкости процессы классифика-
ции проводятся: а) в спокойной среде (отмучивание) и б) в восхо-
дящей струе. Кроме того, применяется метод классификации,
основанный на центробежной силе, — центрифугирование.
Все эти методы могут быть применены не только для разделе-
ния алмазных зерен по крупности, но и для отделения от них
посторонних примесей, т. е. для очистки алмазных порошков.
Классификация в спокойной среде, или отмучивание, основана
на разности в конечных скоростях падения зерен в среде и опре-
деляется по формуле
v = kd? 8 ~ Д- мм/сек.
3 н
где k — коэффициент, величина которого зависит от формы пада-
ющих частиц алмазов и определяется опытным путем;
dg—эквивалентный диаметр шара (в мм) того же объема,
какой имеет падающая частица алмаза (определяется
под микроскопом);
б — удельный вес алмаза;
А — удельный вес жидкости, в которой происходит падение
частиц алмаза;
р — вязкость той же жидкости, измеряемая в сантипуазах.
Из этой формулы видно, что скорость падения частиц алмазов
может быть уменьшена при увеличении вязкости и удельного веса
жидкости Скорость падения будет быстро увеличиваться с увели-
чением размеров частиц алмазов, так как она пропорциональна
квадрату диаметра частицы. Время падения частиц составит
г I
t — — сек.,
V
где I — высота сосуда в мм, в котором происходит классификация;
v — скорость падения зерен в мм/сек.
Так как вязкость среды зависит от температуры, то для получе-
ния хороших результатов отмучивание должно происходить при
постоянной температуре и в спокойных условиях: без встряхивания,
вибраций и ударов. Отмучивание производят следующим путем.
Предварительно отсеянный через сито с определенными отвер-
стиями алмазный порошок в количестве 200 г на 1 л жидкости засы-
пают в сосуд высотой 80—100 см, в который налита жидкость.
Смесь взмучивают и затем происходит оседание в течение 5—
15 мин. в зависимости от крупности порошка. После этого смесь
с неуспевшими осесть частицами сливают во второй сосуд, который
до верха заполняют жидкостью, взмучивают и повторяют отстаи-
вание. На дно первого сосуда осядут более крупные, а на дно вто-
рого — менее крупные зерна.
Продолжая таким образом переливание не осевшей смеси в тре-
тий, четвертый и т. д. сосуды и увеличивая последовательно время
отстаивания, получают фракции различной крупности.
155
chipmaker.ru
В качестве жидкости при отмучивании применяют дистиллиро-
ванную воду, прованское, оливковое, репейное и другие сорта
масел, а также 0,1 %-ный-раствор желатины в воде, в который
добавляют 5 %-ный раствор кальцинированной соды в количе-
стве 1% от веса жидкости и 5—10 капель тимола для предохране-
ния раствора от загнивания.
Из этих жидкостей наиболее удобными являются вода и жела-
тиновый раствор, так как отделение их от порошка не предста-
вляет затруднений. Однако лучшая классификация порошков про-
исходит в маслах.
Практика показала, что классификация методом отмучивания
имеет следующие недостатки:
а) При оседании более крупных зерен ими захватываются
более мелкие зерна.
б) При каждой операции отмучивания оседает незначительная
доля отмучиваемой фракции, что вызывает необходимость много-
кратного повторения его для выделения одной и той же фракции.
в) При сливе Ьроисходит частичное взмучивание уже осевших
частиц и переход их в другую более мелкую фракцию.
Классификация в восходящей струе основана на разности ско-
ростей восходящей струи жидкости (и) и падения зерен алмазов
в этой жидкости (и). Если и >• и, то зерна будут подниматься, при
и —V они находятся во взвешенном состоянии, а при и v зерна
оседают.
Классификация в восходящей струе предусматривает постепен-
ное непрерывное выделение фракций зерен, с переходом от мелких
к крупным, путем регулирования скорости восходящей струи. Она
дает более равномерные фракции зерен по крупности.
Этот процесс производят обычно на установке типа Кука
(фиг. 76) в желатиновом, растворе. Ниже приводится описание
получения в ней алмазных порошков зернистостью от М-1,5 до
М-28 с загрузкой до 500 карат.
Неклассифицированный алмазный порошок просеивают через
сито № 270 (или № 320). Прошедший через сито порошок загру-
жают в стеклянный стакан, заливают спиртом, размешивают стек-
лянной палочкой и отстаивают в течение ‘Л мин. Спирт с неосевшим
порошком сливают в другой стакан и повторяют отмучивание
несколько раз. Осадки крупного порошка возвращают на дробле-
ние, а мелкие порошки обрабатывают смесью концентрированных
соляной и азотной кислот с подогревом, отмывают кислоты горячей
дистиллированной водой при помощи центрифугирования, перено-
сят в аппарат-классификатор 5 и заливают желатиновым раство-
ром. Желатиновый раствор загружают в приемник 1, из которого
он по трубке направляется в коническую воронку 2 и через сопло 3
падает на вращающийся дефлектор 4, отсекающий определенную
порцию струи. Дефлектор устроен так, что может отсекать струю
полностью, когда он открыт на всё 360°, половину—на 180° и т. д.
Этим самым регулируют количество поступающего раствора, т. е.
скорость восходящей струи в аппарат 5. Пройдя дефлектор, смесь
156
по вращающейся внешней трубке 6 поступает во внутреннюю
трубку 7, назначение которой — предотвращать появление в аппа-
рате воздушных пузырьков, увлекаемых суспензией.
Раствор по внутренней трубке попадает в коническую часть
аппарата 5 и через сетку 8 восходящей струей направляется
в цилиндрическую часть аппарата, где и происходит классификация.
Более мелкие зерна переливаются в кольцевой желоб 9 и уходят
в сборник 10. Мешалка 11, расположенная в конической части
аппарата, предотвращает турбулентность движения смеси. На пути
движения раствора сверху вниз установлены трубки, отводящие
избыток его в бак, из которого он перекачивается в приемник.
В табл. 33 приведены расчетные величины расхода желатинового
раствора при классификации на аппарате Кука.
Таблица 33
Результаты классификации алмазных порошков на аппарате Кука
Полученная зернистость порошка Пределы размеров зерен основной фракции в мк Расчетный расход желатиново- го раствора в см3!мин Полученная зернистость порошка Пределы размеров зерен основной фракции в мк Расчетный расход желатинового раствора в см?!мин
М3.5 1,5-3,5 4,2 М14 10—14 67.5
М5 3,5-5 8,6 М20 14—20 137,7
М7 5—7 16.8 М28 20—28 270
М10 7—10 34,4
157
chipmaker.ru
Слабым звеном этого аппарата является дефлектор, работа
которого требует непрерывного наблюдения и ручного регулиро-
вания.
Для классификации в зарубежной практике применяется также
и другой аппарат, показанный на фиг. 77, который работает на дис-
тиллированной воде и не имеет дефлектора. Скорость восходящей
струи в нем регулируется изменением высоты расположения
цилиндра 6, а регистрируется манометрическими трубками 8 и 9.
Фиг. 77. Классификатор алмазного порошка, работающий
на дистиллированной воде:
1 — напорный бак; 2 — кран; 3 — фильтр; 4 — резиновый рукав;
5 — кран; д — уровнемер; 7 — стойка уровнемера; 8 и 9 — маномет-
рические трубки; 10 — выводная трубка.
Через все сосуды от I до V пропускают воду и удаляют из соеди-
нительных трубок пузырьки воздуха, затем в сосуд I загружают
500 карат алмазного порошка и начинают процесс классификации,
который считается законченным тогда, когда вода в параллельных
частях всех сосудов I—V станет совершенно прозрачной. В табл. 34
показаны результаты классификации в этом аппарате.
Центрифугирование обычно применяется как доводочная опера-
ция для получения порошков особо точного однородного размера
Таблица 34
Размеры частиц алмазного порошка в аппарате для классификации
в восходящей струе при скорости струи 60 см3/сек
№ сосудов Размер взвешенных частиц в мк Соотношение диаметров сосудов № сосудов Размер взвешенных частиц в мк Соотношение диаметров сосудов
/ 40—60 1,00 IV 5—10 3,60
II 20—40 1,23 V 2—5 5.27
III 10—20 1,85
158
после того, как они подвергались другим видам классификации.
Обычно центрифугированием порошки делят на два размера. Кроме
того, оно применяется для отделения жидкостей, (масел) от клас-
сифицированного порошка.
В центрифугу помещают стаканы с суспензией, состоящей
из масла и порошка. При вращении центрифуги со скоростью 800—
1000 об/мин зерна под действием центробежной силы устремля-
ются ко дну стаканов. Скорость движения зерен прямо пропорцио-
нальна их массе, т. е. размеру, следовательно, крупные зерна
будут оседать, а мелкие останутся во взвешенном состоянии.
Преимуществом этого метода является быстрота классификации
(не более 30 мин.) и получение порошков более однородной зерни-
стости, поэтому даже на некоторых предприятиях, изготовляющих
алмазные волоки, внедряется метод центрифугирования для полу-
чения алмазных микропорошков.
При этом порошок размером 60 мк засыпают в четыре стакана
по 6—8 карат в каждый, заливают по 170—180 мл прованского
масла, перемешивают деревянной лопаточкой и вставляют стаканы
в восьмигнездную центрифугу. Центрифугирование производят
в течение 30 сек., после чего масло с неосевшим порошком сливают
в другие (пустые) четыре стакана той же центрифуги, а осадки
переносят в эбонитовые коробки. Суспензию с маслом взмучивают
и повторяют центрифугирование, но уже в течение 3 мин. В резуль-
тате повторения центрифугирования получают:
Порошок зернистостью 30—60 мк за 30 сек.
„ „ 15—30 „ „ 3 мин.
„ . 5-15 „ , 10 ,
„ . 2-5 „ . 30 „
В табл. 35 приводятся данные сравнительных испытаний двух
способов классификации порошков одинакового состава зернисто-
сти, проведенных фирмой Осрам.
Таблица 35
Результаты сравнительных испытаний двух способов классификации порошков
одинаковой зернистости
№ алмазных порошков Свободное отстаивание Классификация цент рифу ги ров а и ием
Время отстаивания Размеры осевших зерен в мк Время классифика- ции Размер осевших зереи в мк
3 1,5 часа 1—60 3 сек. 20—60
4 4 часа 1—30 20 . 10—20
5 9 час. 1—20 1 мин. 5—10
6 30 час. 1—15 2,5 , 3—8
7 От 10 до 14 дней 1—8 8 , 2—5
8 От 3 до 9 мес. До 5 15 , 0,5—2
9 Осадка не получилось 20 . До 1
10 30 „ „ 0,5
159
chipmaker.ru
Из табл. 35 видно, что при центрифугировании время классифи-
кации намного сокращается, а порошки получаются более одно-
родными по размерам.
Полученные после классификации порошки высушивают, если
в качестве среды служила вода. Порошки желатиновой классифи-
кации промывают 2—3 раза горячей водой, добавляют 5—10 капель
соляной кислоты и снова промывают водой, а затем высушивают.
Порошки масляной классификации промывают эфиром, и затем
водой и тоже высушивают. По другому методу масло из них выжи-
гают при 400—500°.
Готовые алмазные порошки должны быть сухими, рыхлыми,
не содержать комков и посторонних примесей. Гранулометрический
состав их определяется путем анализа под микроскопом (Х600)
с микрометрической окулярной сеткой. Пробу порошка, взятую
отдельно для каждой марки, поступающей на расфасовку, наносят
на надлежаще подготовленное предметное стекло, закрывают его
покровным стеклом, растирают между ними и замеряют под микро-
скопом сначала при увеличении 150—200, а затем 600, наибольшую
и среднюю величину зерен. Для определения последней замеряют
зерна в трех полях зрения и выводят процентное соотношение
фракций данного порошка. За средний диаметр зерна принимают
среднюю величину из наибольшего и наименьшего размеров попе-
речника зерна.
В табл. 36 приведены данные о гранулометрическом составе
микропорошков после их классификации, взятые из технических
условий одного из заводов.
Алмазные порошки часто упаковывают в пакеты: внутренний
из папиросной и внешний из плотной глянцевой бумаги. Пакеты
вкладывают в картонные коробки, которые заклеивают бандеро-
лями. На бандероли указывается: номер порошка, дата выпуска,
вес нетто в каратах и ноьгер контролера, который своей подписью
заверяет правильность записанных реквизитов.
Указанный метод расфасовки нельзя считать правильным, так
как здесь неизбежны потери алмазов как при упаковке, так и при
вскрытии и использовании порошков.
Лучшим методом упаковки является расфасовка порошков
в стеклянные банки с резиновыми пробками, защищенными перга-
ментом, или пластмассовые флаконы с притертыми пробками, или
с двойными пробками — корковыми и затем — навинчивающимися.
По данным заграничной практики, следует признать рациональ-
ной расфасовку и упаковку алмазного порошка в виде паст раз-
личного состава. Пасты очень удобно применять для шлифова-
ния и полирования и наносить на различные алмазные инстру-
менты.
Одна из английских фирм вводит в состав пасты следующие
компоненты: 1) алмазный порошок размером 2 мк — 2%; 2) дис-
пергирующее вещество — полипропиленгликоль (среднего моле-
кулярного веса)—50%, 3) носитель — стеариновую кислоту —
28%, 4) пластификатор — марсельское мыло—10%, 5) краси-
160
Таблица 36
Гранулометрический состав алмазных микропорошков после их классификации
’ Размеры зерна в мк Характеристика фракций в мк
63—53 53—42 42—35 35-28 28-20 20-14 14—10 10-7 7-5 5—3,5 3,5- 1.5 1.5—0
Ns 240 № 280 № 320 № 340 М28 М20 HW М10 Й ю М3,5
№ 320 не бол. 5 не бол. 15 не мен. 40 20 15 5 — — — — — —
№ 340 — не бол. 5 не бол. 15 не мен. 45 26 9 — — — — — —
М 28 — — — не бол. 5 ие мен. 60 20 10 4 1 — — —
М 20 — — — — не бол. 3 не мен. 65 15 12 5 — — —
М 14 — — — — — не бол. 5 не мен. 55 20 10 8 ' — 2
М 10 — — — — — — не бол. 5 не мен. 50 20 10 — 15
М 7 — — — — —- — — не бол. 3 не мен. 45 27 — 25
М 5 — не бол. 5 не мен. 35 — 60
М 3,5 — не бол. 10 — 90
М 1,5 П по к р н м е сличен 4 а Н Н € гву зер : Соде ен. ржание отдел ЬНЫХ ( факци? пок азано в пр не бол. 10 оцент 90 ах
161
sr.ru
полимеризованную окись этилена (молекулярный вес около
1500) —10%.
В этой пасте диспергирующее вещество служит смачивателем
для алмазного порошка, носитель обеспечивает равномерную сус-
пензию порошка, пластификатор вводят для получения желаемой
концентрации порошка в носителе, а краситель помогает различать
марки зерен порошка ,в пастах.
Пасту упаковывают в тюбики или шприцы, из которых удобно»
ее наносить.
Как указывалось выше, из алмазных порошков изготовляется
различный абразивный инструмент для обработки металлов
и минералов. Далее приведены методы изготовления основных
наиболее часто применяемых алмазных инструментов, а также
условия их применения.
4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ
АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА ОСНОВЕ АЛМАЗНЫХ ПОРОШКОВ
1. Алмазные круги
Как указывалось выше, одной из основных областей исполь-
зования алмазов является шлифование и доводка инструментов,
оснащенных металлокерамическими твердыми сплавами. Примене-
ние режущего инструмента с твердыми сплавами, как показал ряд
исследований, позволяет повысить стойкость режущего инстру-
мента примерно в 3 раза, а при обработке деталей часов, где износ’
инструментов по задней грани допускается не более 0,03—0,05 мм,'
стойкость твердосплавного инструмента, доведенного на алмазных
кругах, повышается в 20—30 раз в сравнении с инструментами
из стали.
Исследователями [30] различных методов заточки и доводки
твердосплавных инструментов установлено, что доводка на алмаз-
ном круге зернистостью М-28 (20—28 мк) на Органической связке
обеспечивает микрогеометрию поверхности режущих граней в пре-
делах 10-го класса (Яск=0,2 мк), микрогеометрию лезвия по>
9-му классу (Нск = 0,25 = 0,32 мк) и радиус его округления, рав-
ный 3—5 мк. При заточке кругом из зеленого карбида кремния
зернистостью № 60 чистота поверхности режущих граней дости-
гала 7—8-го классов, а радиус округления режущего лезвия рав-
нялся 40—60 мк.
На фиг. 78 приведены микрофотографии поверхности лезвий
твердосплавных резцов, грани которых были доведены с примене-
нием трех различных абразивных материалов. Уменьшение вели-
чины радиуса округления режущего лезвия, достигаемое в процессе
доводки резца на алмазных кругах, обеспечивает одновременно'
и повышение его прочности вследствие уменьшения глубины раз-
рушения поверхностного слоя.
Малые величины радиуса округления режущего лезвия и высо-
кий класс чистоты поверхности режущих граней, достигаемые при
доводке режущего инструмента алмазными кругами, обеспечивают
162
не только повышение его стойкости вследствие улучшения условий
отделения срезаемого слоя металла в процессе обработки, но также
способствуют значительному снижению усилий резания и уменьше-
нию глубины разрушения поверхностного слоя обработанной
поверхности, что является основным условием при выполнении ряда
технологических операций.
Благодаря своим физико-механическим свойствам, алмаз сво-
бодно режет карбиды твердых соединений, тогда как зерна кар-
бида бора быстро разрушаются, образуя короткие штрихи с шеро-
Фиг. 78. Микрофотографии передних поверхностей резцов, армированных пластин-
ками из твердого сплава марки ВК6, после заточки и доводки различными абразив-
. ними инструментами. 8бх ;
а — после заточки на абразивном круге из зеленого карбида кремния, зерно 180, связка
бакелитовая, твердость СМв; б — после доводки на чугунном диске пастой из зерен карбида
бора, зерно 180—220; в — после доводки на алмазном круге зернистостью 28 мк на карболи-
товой связке.
ховатой рваной поверхностью. Так, при заточке резцов с пластин-
кой из твердого сплава на съем 1 г твердого сплава расходуется
в зависимости от условий заточки от 2 до 18 г карбида кремния,
алмаза же соответственно расходуется только 4—5 мг, т. е. в 400—
3600 раз меньше. На доводку одного резца сечением 16X25 мм
с пластинкой из твердого сплава расходуется 100 мг карбида бора,
а алмаза всего лишь 0,25—0,5 мг, т. е. в 200—400 раз меньше [30].
В последние годы в машиностроении и особенно в приборо-
строении на ряде предприятий были испытаны и успешно приме-
няются многолезвийные твердосплавные режущие инструменты —
зуборезные, дисковые, угловые, шлицевые, и червячные фрезы,
сверла-развертки и другие режущие инструменты, а также штампы
и т. д.
Доводка указанных инструментов кругами из карбида кремния
и порошками из карбида бора не обеспечивает высокой точности,
чистоты поверхности и остроты режущего лезвия инструмента,
являющихся основными показателями их качества. Кроме того,
процесс заточки и доводки менее производителен по сравнению
с процессами, выполняемыми с помощью алмазных кругов.
Применение металлокерамических твердых сплавов в нашей
стране растет с каждым годом. Только в производстве режущего
163
chipmaker, ru
инструмента оно должно возрасти в 1960 г. в 3 раза по сравнению
с 1956 г. Соответственно увеличится и потребность в алмазных
инструментах для обработки инструментов, армированных твер-
дыми сплавами.
Алмазные круги в процессе эксплуатации имеют незначитель-
ный износ. Так, например, при доводке 200 шт. твердосплавных рез-
цов на алмазно-бакелитовом круге диаметром 125 мм износ его
рабочей поверхности составил всего лишь 0,01 мм [55]. Последнее
весьма важно при доводке многолезвийных твердосплавных режу-
щих инструментов, так как одновременно с высоким качеством
доводки лезвий обеспечивается также высокая точность. Эффектив-
ность применения однолезвийных и многолезвийных твердосплав-
ных инструментов, доведенных с помощью алмазных кругов, вполне
очевидна.
Алмазные круги применяются не только для заточки и доводки
твердосплавных режущих инструментов, но также для доводки
поверхности твердосплавных наконечников измерительных прибо-
ров, шлифования рабочих частей штампов, матриц и пуансонов
со вставками из твердого сплава, для шлифования и полирования
часовых и технических камней из синтетического корунда, конусов,
корундовых и грамофонных игл, драгоценных и полудрагоценных
камней. Алмазные круги необходимы также для предварительной
обработки режущих граней у резцов с твердыми сплавами, пред-
назначенных для обработки заготовок фрез до их спекания.
Применяемые в настоящее время на часовых заводах алмазные
круги по роду связки алмазного порошка в алмазоносном слое
разделяются на алмазно-бакелитовые и алмазно-металлокерами-
ческие. Первые применяются, в основном, для доводки, втбрые —
для заточки. Объясняется это тем, что оба типа кругов обеспечи-
вают наибольшую эффективность при различных условиях. Так,
например, стойкость одностороннего заточного круга на бакелито-
вой связке при заточке на станке типа С-194 проходных и отрезных
твердосплавных резцов для автоматов составляет 700—800 резцов.
Стойкость такого же круга на металлокерамической связке при
заточке тех же резцов в тех же условиях (v = 25 м/сек при работе
с охлаждением) — составляет 2500—3000 резцов. В то же время
стойкость одностороннего доводочного алмазно-бакелитового круга
при доводке режущих кромок указанных резцов исчисляется
в 4000—4500 резцов [39].
На фиг. 79 показана пресс-форма для изготовления металлоке-
рамического алмазного круга, применяемая на одном из часовых
заводов. В качестве основы для алмазного круга использована мед-
ная планшайба, в верхней части которой сделаны прямоуголь-
ные кольцевые выточки. Перед установкой планшайбы в форму
поверхность А обезжиривают. Затем на планшайбу насыпают
тщательно перемешанный порошок, не содержащий алмазов,
и уплотняют (спрессовывают) с помощью пуансона. После этого
на поверхность уплотненного безалмазного слоя наносят равно-
мерным слоем алмазоносный порошок. Присыпав тонким слоем
164
смеси графитного и древесноугольного порошков, производят прес-
сование.
На ряде заводов применяются следующие составы пресс-
порошков:
1. Для кругов к станку К-24:
безалмазный слой: 50 г медного и 12 г оловянного порошков
алмазный слой: 50 г медного, 12 г оловянного и 10 карат алмазного
порошков
2. Для круга к станку К-29:
безалмазный слой: 25 г медного и 6 г оловянного порошков
алмазный слой: 25 г медного, 6 г оловянного и 5 карат алмазного
порошков
Медный порошок: ГОСТ 4960-49
Оловянный порошок: ЦМТУ 84-42
Зернистость алмазного порошка 14—20 (марка М20)
После прессования пуансон вынимают, проверяют качество
поверхности круга и загружают матрицу с кругом в печь, гдё
Фиг. 79. Пресс-форма для изготовления алмазных кругов:
/ — планшайба; 2 — шихта; 3 — вставка; 4 — болт; 5 — пуансои;
6 — кольцо; 7 — подкладная плита.
выдерживают ее при 830° в течение 30 мин. Затем пресс-форму
помещают снова под гидравлический пресс, подпрессовывают
ее и охлаждают.
Круги с алмазно-бакелитовой связкой делают одно- и двухсто-
ронними. Кроме того, они отличаются друг от друга формой, разме-
рами и зернистостью алмазных порошков.
В целях более рационального использования абразивных алмаз-
ных инструментов ВНИЛАЛМАЗ, на основе проведенных исследо-.
ваний и обобщения опыта производства и эксплуатации алмазных
кругов в отечественной и зарубежной промышленности, разработал
нормали на указанные инструменты [14]. В табл. 37 приведены
формы сечений алмазных кругов, их обозначение, основные харак-
теристики и назначение.
Алмазный круг состоит из пластмассового или алюминиевого
корпуса и алмазоносного кольца (слоя), содержащего 25, 50 и
100%-ную концентрации алмазных порошков. Содержание алмаза
в 1 мм3 алмазного слоя принято равным:
а) для кругов с 25%-ной концентрацией.............—0,219 мг;
б) для кругов с 50%-ной концентраций..............—0,439 мг;
в) для кругов со 100%-ной концентрацией...........—0,878 мг.
165
Чашки цилиндрические
Плоские прямого
профиля
Типы кругов
АЧЦ2 АЧЦ1 АПП Обозначение типа
сл о g ю Q О g 8 Ь> Основные размеры в мм
ND О О сл 03 nd о о сл СО nd о О сл О О
03. СП оз 00 СЛ 03 оз
03 ND 03 § —* • tog о СП СП 03 to о ft.
сл ND nd со сл СО СЛ ND to СО Сл СО 00 to *-* 8 8 Вес алмаза в каратах (концентрация 50%)
2,50 2,50 2,25 ND С ND О 2,50 2,50 2,25 2,25 ГО о 4,25 4,75 2,25 2,25 ND Си 1,25 Предельные значения дисбаланса в г
Для доводки резцов на заточных станках типа С-194 н Эксцелло Для доводки резцов на заточных станках типа С-194 Для доводки разверток и зенкеров по наружному диаметру на кругло- шлифовальных станках Назначение
Тарелки
Чашки конические
Двухсторонние
Типы кругов
А18Т 1 i 1 _ ... ..... Л-- -- 5 Обозначение типа
-Я Сл о о СЛ 8 - о о СП ел- о СЛ о Ь Основные размеры в мм
СЛ 03 СЛ О 00 03 8 о СЛ 03 о-
сл . оз СЛ оз Сл 03 ОЗ СЛ 03
03 to ND о 03 ND ND О о 5 Си
СЛ ND СЛ 03 ND ND сл **1 ф. СЛ 03 о сю S 8 03 о 00 Вес алмаза в каратах (концентрация 50%)
О 0,75 0,25 § Си g сл о о 0,75 0,75 0,25' „05 О 03 о 2,50 2,25 2,25 Предельные : значения дисбаланса в г
Для доводки иа универсально- .затоадых-сганках-мносо лезвийного- инструмента с прямым зубом и уг- лом профиля.канавок не более 50° ♦ _Для доводки режущего инструмента на унйвёрсальдо' заточных станках Для доводки резцов на'эаточйых станках типа С-194 Назначение I
Продолжение табл. 37
cFiipmaker.ru
I
I
I
I
I
Продолжение табл. 37
0 о & 3 к ж Форма сечения Обозначение типа Основные размеры в лж Вес алмаза в каратах (концентрация 50%) Предельные значения дисбаланса в е Назначение
D ь h d
и 7) — > АЗОТ 75 2 3 20 4 0,25 доводки >дульных рез
£
«с ' 5 •& « о
Тарелки ж) ^5 £
А45Т 75 3 1.5 20 2,5 0,5 лезвийного инструмента с прямым зубом и углом профиля каиавок больше 50° на универсально- заточных станках
1-—л 7 3 5 О °’5 Ж
b\- 125 5 1.5 32 6 1,25 ч §
3 12 О 1,25 *
T -C|
3J 8 1.5 9,5 1,25 R
3 19 1,25
ЛТК 75 3 1,5 20 2,5 0.5 для доводки многолез- вийного инструмента с винтовым зубом на универсально-заточных станках
3 5 0,5
1^, „ Д — -J 5 1.5 3.5 0,5
И J1 м
—Itf 3 7 0.5
125 1,5 l 32 6 1,0
3 12 1,25
8 1.5 9,5 1,25
3 19 1,25
§ — п 0,75 0,75 ч О СП нстру- хриль- 1ЬНЫХ ЗП95 Р*
I чо 1 rfF— Л А2П 125 3 3 32 7,5 « ай g % = § s s О я .§.*•£
о 1,0 * . в; 1,0 1,0
с Ю О X 5 ж _ ч <я * х 2 3 * ж о £ т х ж у 2* с <я сз х <-« «е-ж о
168
Определение веса алмаза при изготовлении алмазных кругов
рекомендуется [14] производить по следующей формуле:
А = -^у7- • KV карат,
где К — концентрация в %;
V — объем алмазоносного слоя в мм3.
Согласно разработанной ВНИЛАЛМАЗом нормали [14] алмаз-
ные круги изготовляются зернистостью 180, 240, М40, М28, М20,
М14 и М10. Состав алмазоносного кольца (слоя), состоящего из
связки, наполнителя и алмазного порошка, должен соответствовать
техническим условиям ВНИЛАЛМАЗ-ТУ (в) 39-1-57, а материалы,
входящие в состав корпуса алмазного круга, должны соответство-
вать техническим условиям ВНИЛАЛМАЗ-ТУ (в) 39-2-57. При изго-
товлении кругов с алюминиевым корпусом материал корпуса дол-
жен соответствовать ГОСТу 1583-53, марка АЛ154.
При изготовлении алмазного круга на алюминиевом корпусе
с кольцевой канавкой в виде ласточкина хвоста в канавку и на то-
рец планшайбы напрессовывают слой бакелитовой массы толщиной
2—5 лои. На этот слой напрессовывают тщательно перемешанную
смесь из бакелитовой массы и алмазного порошка высотой 4—6 мм.
Затем пресс-форму устанавливают на стол гидравлического пресса,
где сначала подогревают ее до 160—180°, а затем прессуют при
давлении 500 кг на 1 см? площади шайбы с выдержкой в течение
10—12 мин. Далее пресс-форму снимают с гидравлического пресса
и охлаждают в течение 15—30 мин. в зависимости от размеров
круга. Изготовленный круг обрабатывают на токарном станке. При
этом его выверяют, торцуют и растачивают в нем отверстие.
Для обеспечения нормальной работы круга алмазный порошок
должен быть равномерно распределен в объеме алмазоносного
кольца. Твердость алмазоносного кольца должна быть в пределах
90—105 единиц Rs. Круги должны быть тщательно отбалансиро-
ваны. Допускаемое в зависимости от высоты круга число единиц
дисбаланса не должно превышать величин, приведенных в ГОСТе
3060-55 («Инструмент абразивный», дисбаланс статический, п. 5,
табл. 1 для первого класса). Допускаемые величины дисбаланса
для каждого алмазного круга приведены в табл. 37.
За единицу дисбаланса Е следует принимать величину груза,
которая устраняет неуравновещенйость, вызванную смещением
центра тяжести от геометрического центра круга на 0,008 см, и вы-
ражается формулой
r 0,01 бГ
где F — вес алмазного круга в е;
D — наружный диаметр алмазного круга в см.
Учитывая высокую стоимость алмазных кругов при их эксплуа-
тации, следует строго соблюдать ряд указанных ниже рекомендаций.
1. Критерием для выбора алмазного круга той или иной концен-
трации, зернистости и связки являются условия обработки и требо-
345 169
chipmaker.ru
вания, предъявляемые к обрабатываемому инструменту, и требова-
ния к производительности процесса. Круги зернистостью 180—220
рекомендуется применять при доводке твердосплавных инструмен-
тов, когда требуется получить микрогеометрию поверхности в пре-
делах 8—0-го класса по ГОСТу 2789-51; зернистость М40, М28,
М20 и М14— соответственно для. 10—11-го класса и зернистость
М-10 — для получения микрогеометрии в пределах 12—13-го класса.
Для подавляющего большинства доводочных операций рекомен-
дуется применять круги с 50 % -ной концентрацией.
Алмазные круги с 25 %-ной концентрацией рекомендуется [30]
применять при шлифовании с ручной подачей инструмента пои
минимальных усилиях, круги со
100%-ной концентрацией — при высо-
ких требованиях к производительности,
при малых площадях контакта с изде-
лием, когда требуется большее коли-
чество зерен в зоне контакта, а также
при профильном шлифовании, когда
основным требованием является сохра-
нение профиля круга.
2. При доводке фасок на передней
и задней поверхностях режущего ин-
струмента с пластинками из твердого
сплава ширина фасок не должна пре-
вышать 2,5 мм, а припуск на доводку
~0,05 мм (не более). Алмазный круг
Фиг. 80. Схема установки твер-
досплавного резца при предва-
рительной заточке держателя.
в процессе доводки не должен соприкасаться с держателем доводи-
мого инструмента. При заточке резцов первоначально на электро-
корундовм круга зернистостью 36—46, твердостью CMi—СМ2 про-
изводят заточку держателя по задней грани под углом a = -j-8°
до контакта с пластинкой из твердого сплава, как это показано
на фиг. 80. Затем на абразивном круге из карбида кремния зерни-
стостью 60, твердостью Мз — СМЬ на керамической связке произ-
водят заточку резца по передней и задней поверхностям под углами
на 3—5° большими, чем окончательные. После указанной заточки
производят доводку на алмазном круге соответствующей зерни-
стости 180—240, что обеспечивает микрогеометрию доводимых
поверхностей фасок в пределах 8—9-го классов по ГОСТу 2789-51.
В случае необходимости получения более высокого класса доводку
на алмазных кругах зернистостью 180 мк следует производить
под углом на 1° большим по сравнению с окончательным, а затем
доводку на алмазном круге зернистостью М14 или М28 под тре-
буемыми углами. Величина фаски, доведенной на втором алмазном
круге, не должна превышать 0,5—1,0 мм, так как в противном
случае будет иметь место увеличенный расход алмазных кругов.
Вращение заточного и доводочного кругов, чтобы избежать вы-
крашивания краев пластинки, должно быть направлено на «пла-
стинку», как это показано на фиг. 81. В тех случаях, когда геомет-
рия резца не позволяет произвести заточку и доводку обеих
170
поверхностей при вращении круга «на пластинку», первоначально
затачивают переднюю поверхность с отступлением от приведенного
правила, а доводку задней поверхности следует произвести при вра-
щении круга «на пластинку».
3. При доводке фасок режущих инструментов алмазными кру-
гами рекомендуются следующие режимы шлифования:
окружная скорость круга ... окр — 25-=-30 м/сек-,
продольная подача . . . snp — 0,75 м/мин\
поперечная подача...........snon — 0,005ч-0,01 мм/дв. ход.
Режущий инструмент, поверхности которого будут доводиться
на алмазном круге, должен быть надежно закреплен в приспособ-
лении станка, после чего осто-
рожно введен в контакт с рабо-
чей поверхностью круга.
В процессе доводки рекомен-
дуется плавно и без нажима
лезвие инструмента перемещать
вдоль всей рабочей поверхности
круга, что обеспечивает равномер-
ный ее износ и более высокое ка-
чество доводки.
Категорически запрещается
доводка вручную без закрепле-
ния инструмента в приспособле-
нии и без подручника.
4. Доводку твердосплавных
инструментов алмазными кругами
следует производить с охлаждением,
кости рекомендуется [14] применять
в %:.
Фиг. 81. Схема установки твердосплав-
ного резца при окончательной доводке
фаски на задней поверхности на
алмазном круге.
В качестве охлаждающей жид-
эмульсию следующего состава
Тринатрийфосфат....................... 0,60
Вазелиновое масло..................... 0,05
Бура.................................. 0,30
Кальцинированная сода . 0,25
Нитрит натрия ... 0,10
Вода................................. 98,70
Применение охлаждения в процессе доводки способствует сни-
жению усилий резания, повышает стойкость алмазного круга между
правками, обеспечивая этим более рациональное их использование.
Не рекомендуется охлаждать круги путем периодического смачива-
ния вручную, так как в этом случае, как показала практика, часто
забывают о необходимости регулярного смачивания.
При отсутствии возможности применения указанной выше охла-
ждающей жидкости можно применять пасту, состоящую из двух
частей вазелинового масла и одной части парафина.
5. Правку алмазных кругов следует производить с охлаждением
и только в случае потери кругом точности профиля его рабочей
171
chipmaker.ru
поверхности. Правку круга следует выполнять с помощью абразив-
ного бруска из карбида кремния (с характеристикой К360—80
CMi — СМг) при полной окружной скорости круга в процессе до-
водки. Удаление загрязнений с рабочей поверхности алмазного
круга рекомендуется производить пемзой при вращении круга
с окружной скоростью, соответствующей скорости при доводке.
6) Из полностью изношенных алмазных кругов следует извле-
кать алмазные порошки.
При извлечении алмазов из отработанных или преждевременно
вышедших из строя алмазных кругов резцом срезают алмазный
слой. При этом алмазно-бакелитовую или карболитовую массу про-
каливают в электропечи при 350—400° в течение 3—4 час., затем
охлаждают на воздухе. При прокаливании масса превращается
в порошок, который для выделения алмазов обрабатывают концен-
трированой серной кислотой. Затем порошок отмывают дистиллиро-
ванной водой до нейтральной реакции. Срезанную алмазно-
металлокерамическую массу обрабатывают серной кислотой без
предварительного прокаливания.
2. Алмазные дисковые пилы
Алмазная дисковая пила состоит из алмазного слоя и основания.
В качестве основы обычно используют диски из декапированного
железа, листовой стали, красной
меди и др.
Алмазные порошки, исполь-
зуемые для изготовления ука-
занных пил, имеют размер
от 150 до 300 мк. При этом
расход их на одну пилу колеб-
лется примерно от 0,2 до 3
карат, в зависимости от разме-
ров и назначения пилы.
В настоящее время приме-
няется несколько различных
методов изготовления диско-
Фиг. 82. Размеры насечек на алмазных
дисковых пилах в зависимости от зернис-
тости алмазного порошка
Зернистость в мк Шаг насечки и высота зуба в мм Ширина впадины в мм
180—160 0,8 0.64
150—120 0.7 0.54
120-90 0,6 0,14
90—70 0,5 0.35
менее 70) 0,4 0,3
вых пил, которые приводятся
ниже.
Механический метод изго-
товления состоит из следующих
операций: 1) подготовки диска
из декапированного железа
или листовой красной меди;
2) набивки насечек алмазным
порошком и 3) зачеканки или
завалццовывания, т. е. закре-
пления алмазов в теле диска.
Нанесение прорезей при подготовке диска осуществляется
с помощью прорезной фрезы или прорезного абразивного круга.
Глубина, ширина и шаг насечек зависят от размера зерен алмаз-
ного порошка (фиг. 82). В некоторых случаях применяют пилы,
у которых шаг между насечками доходит до 2—4 мм.
172
Для набивки насечек алмазным порошком последний смеши-
вают с небольшим количеством минерального масла или густого
сахарного сиропа. Полученную кашицу закладывают в насечки,
распределяя ее равномерно по всей окружности диска.
После набивки насечек алмазным порошком производят заче-
канку его в тело диска. Для надежного закрепления алмазных зерен
необходимо произвести осадку диска с таким расчетом, чтобы края
насечек сомкнулись друг с другом без просветов. Излишек алмаз-
ного порошка, выдавившийся
из насечек при зачеканке, смы-
вают и сохраняют для после-
дующей натравки пил.
Зачеканку производят пу-
тем закатки тремя стальными
роликами, из которых один
расположен с торца и два
с боков пилы, на токарном
станке при малых оборотах
шпинделя (фиг. 83). Образую-
щееся при зачеканке утолще-
ние режущей кромки пилы пре-
дохраняет ее от заклинивания
при операциях резки и умень-
шает трение между боками
диска и плоскостями распила.
При медеэлектролитическом
способе изготовления алмаз-
ных пил зерна алмаза закла-
дывают в ячейки, находящиеся
на кромке диска, изготовлен-
ного из медной сетки, с вели-
чиной отверстий, соответствую- фиг. 83. Завальцовывание алмазного
щей крупности алмазных зерен. порошка в диск.
Сетку помещают в ванну
с сернокислым электролитом между медными анодами и про-
изводят наращивание слоя меди толщиной 0,1—0,15 мм на каждую
сторону. Полученный диск рихтуют сначала между стальными
плитами, а затем деревянным молотком на ровной стальной
плите.
Для железо-электролитического способа изготовления пил, при-
меняемых для резки рубина, берут очищенную от окислов желез-
ную фольгу толщиной 0,07—0,09 мм, разрезают на квадратные
заготовки (85 X 85 мм) и пробивают в них по пять отверстий:
центральное, диаметром 12 (4-0,3) мм и четыре по углам для
подвешивания на крючки в гальванической ванне.
Пила такого размера должна содержать 0,2 карата алмазного
порошка № 150. Этого количества достаточно для того, чтобы
алмазы при запрессовании расположились по ободку шириной 5льм
в один ряд.
173
chipmaker.ru
При большем количестве порошка алмазы расположатся в два
ряда, что вызовет «раздваивание» пилы.
Изготовление такой пилы производится следующим образом.
Пресс-форму, состоящую из двух половин, по ободку смазывают
глицерином. Алмазный порошок делят на две навески по 0,1 карата;
одну навеску равномерно высыпают на нижний’выступающий обо-
док, другую — на верхней части пресс-формы. Затем в нижнюю
часть пресс-формы закладывают заготовку каркаса, на нее накла-
дывают верхнюю часть пресс-формы и запрессовывают алмазы
в каркас под давлением 36 кг/мм2. Запрессованную заготовку обез-
жиривают в этиловом спирте, подвешивают за два верхних отвер-
стия на медные крючки и погружают в сосуд с раствором соляной
кислоты, который очищает заготовку от окалины и ржавчины. Затем
заготовку перемещают в фарфоровую ванну, в которой находится
электролит, содержащий 100 г/л хлористого железа и 2 г/л соляной
кислоты, а также аноды из арматурного железа диаметром 18 мм,
обернутые гигроскопической ватой для предохранения от загряз-
нения.
Режим работы ванны; плотность тока 7 а!дц2, напряжение 6 в,
температура электролита 65—70°, продолжительность наращения
2 ч. 20 м. (через 1 ч. 10 м. заготовка повертывается на 180°).
Квадратная заготовка применяется потому, что при электролизе
происходит явление экранирования, т. е. осаждение большего слоя
железа по краям заготовки. Так как диаметр пилы составляет 73 мм,
то при вырезке ее из заготовки толстый слой отложения будет
отрезан.
Наращенную заготовку отжигают при 500° в течение 30 мин.
для уменьшения ее твердости, вырезают пилу на роликовых нож-
ницах, рихтуют на гидравлическом прессе при давлении 12—-
16,5 кг/мм2, потом рихтуют вручную и протачивают на ширину
0,11—0,15 мм до вскрытия алмазной массы.
При металлокерамическом методе металлокерамический поро-
шок, применяемый для изготовления пил, по составу бывает различ-
ным. Так, например, применяют порошки состава: 1) 88% меди и
12% олова; 2) 86% меди, 8% олова и 6% свинца; 3) 87*% меди,
5*% олова, 5% свинца и 3% никеля; 4) 75% меди и 25% никеля.
Считают, что введение в состав шихты свинца или никеля увеличи-
вает стойкость пильц На некоторых предприятиях металлокерами-
ческие порошки подвергают восстановительному отжигу в трубча-
той электрической печи в атомосфере водорода.
Смешивание металлокерамического и алмазного порошков про-
изводят вручную мли в смесителях.
Смесь порошков загружают в матрицу пресс-формы открытого
типа и прессуют под давлением до 50 кг/мм2 при одновременном
или отдельном нагревании до температуры, близкой к точке плавле-
ния металлокерамического порошка, и получают брикеты.
Для получения пилы одинаковой толщины прессование брикета
производят в два приема с поворотом пресс-формы на 1809.
Нагрев (спекание) производят в силитовых электропечах без
174
защитной среды при температуре 780—880° в течение 25—30 мин.
Пресс-форму предварительно смазывают графитом или тальком.
Если в печь загружают пакет из пресс-форм (обычно 5 шт.), то
между брикетами помещают прокладки. Брикеты, вынутые из печи,
охлаждают до 600—650° и подпрессовывают при давлении 15—
50 кг/мм2 в течение времени остывания пресс-формы до 450—500°.
Затем вынутую из пресс-формы пилу рихтуют между стальными
плитами при давлении 30—35 кг/мм2.
В целях экономии алмазного порошка его концентрируют в пре-
делах режущей кромки пилы, применяя для загрузки краев мат-
рицы на ширину 4—8 мм смесь алмазного и металлокерамического
порошков и загружая остальную поверхность матрицы металлоке-
рамическим порошком. Матрицу и пуансон изготовляют так, чтобы
при прессовании в них металлокерамического диска образовывалось
необходимое утолщение режущей кромки диска.
Так как металлокерамические пилы являются довольно хруп-
кими, то прочность их может быть увеличена путем комбинирова-
ния металлокерамики с листовым металлом. Пила такого типа пред-
ставляет собой диск из листового железа или меди с напрессован-
ным ободком из смеси алмазного и металлокерамического по-
рошков.
Пилы изготовляются также из пластмассового фенольного по-
рошка с армированной прокладкой из хлопчатобумажной ткани,
пропитанной бакелитовой смолой. Ткань находится между двумя'
тонкими металлическими дисками, равномерно выступая по их
краям на высоту режущей кромки пилы (1—1,5 мм). Для приготов-
ления пластмассовых пил используют наиболее мелкие алмазные
порошки. Наружный диаметр этих пил 70—120 мм.
Пилы изготовляются также и на бакелитовой основе. Они со-
стоят из оправы, сделанной обычно из алюминия; бакелитового'
кольца и рабочей фасонной части, которая состоит из бакелитовой
спрессованной массы с равномерно распределенным в ней алмаз-
ным порошком.
Металлическую оправу вставляют в пресс-форму, туда же засы-
пают бакелитовый порошок (для диаметра пилы 65 мм — 5 г, а для
150 мм — 25 г), который разравнивают и прессуют. На обжатый
слой бакелита засыпают смесь алмазного и бакелитового порошков
(один карат алмазов на 1 г бакелита), подогревают пресс-форму
до 160—180° и прессуют при давлении 5 кг!мм2 в течение 10—
12 мин.
Как видно, из приведенного выше, способы изготовления алмаз-
ных дисковых пил разнообразны. Объясняется это, с одной стороны,
применением их в различных отраслях промышленности, с другой,
стороны, отсутствием систематического исследования как способа
изготовления, так и условий эксплуатации этих пил.
Однако практика работы некоторых заводов показала, что стой-
кость металлокерамических пил несколько выше стойкости
пил, изготовленных методом механической набивки алмазного
порошка.
175
chipmaker, ru
Большой областью применения алмазных дисковых пил является
резка кварца. Применение кварца в промышленности осно-
вано на пьезоэлектрическом эффекте его как резонатора. Кварц
режут на пластины различной формы и размеров. Средняя удель-
ная производительность распила составляет 8000—10 000 см2 на
один карат алмазов.
С увеличением толщины пилы производительность процесса рас-
пиливания повышается, однако, при этом увеличиваются потери
кварца.
Для распиливания кварца на пластины применяют пилы толщи-
ной 0,6—0,8 мм при наружном диаметре их 150—200 мм, а для раз-
делки кристаллов на секции — пилы, толщиной .1,5—2 мм и диаме-
тром 250—400 мм. Пилу устанавливают на шпинделе, закрепляя
ее посредством специальных фланцев (шайб). При. этом пила не
должна иметь радиального торцового биения. Наружный диаметр
фланцев зависит от диаметра пилы и глубины пропила. Следует
помнить, что устойчивость пилы тем больше, чем меньше ее часть
выступает из фланцев.
В процессе эксплуатации толщина режущей кромки пилы умень-
шается, и бока пилы шлифуются плоскостями распила. В резуль-
тате пила принимает форму клина. Для предохранения от возмож-
ного заклинивания пилы рекомендуется регулярно пилу отбивать
легкими ударами молотка по торцу. Удары следует наносить между
насечками равномерно по всей окружности диска. Отбивка пилы
значительно увеличивает срок ее службы.
Большое влияние на стойкость алмазных дисковых пил в про-
цессе их эксплуатации оказывают величины подачи врезания, а так-
же вибрации системы: изделие — станок — инструмент.
При завышенных величинах подач имеет место вырывание из
тела диска механически закрепленных алмазных зерен, а также
их раскалывание. Для обеспечения стабильных режимов резания
алмазными дисковыми пилами, необходимо применять станки-
полуавтоматы, на которых величина давления пилы в месте кон-
такта с изделием контролируются специальными приборами.
На фиг, 84 показан станок для распиливания кварца, оснащен-
ный приборами для измерения и регулирования давления пилы
в процессе работы. Сравнение стойкости пил, используемых на стан-
ках с ручной и механической подачей, показало, что при работе
с ручной подачей их стойкость весьма нестабильна и зависит,
в основном, от искусства работающего.
При распиливании кварца необходимо обильное охлаждение
непрерывной струей эмульсии, состоящей из 10—15*% минерального
масла в мыльной воде или 30—35% минерального масла в керо-
сине.
Центральный научно-исследовательский институт технологии и
организации производства [42] ЦНИИТОП, исследовавший про-
цессы резки кварца, отмечает, что существующие методы разрезки
обеспечивают высокую производительность и необходимое качество
реза, но приводит к большому расходу алмазов и нерациональному
Г76
использованию кварцевого сырья, так как до 50% его расходуется
на пропилы.
С целью изыскания путей экономий алмазов и кварца
ЦНИИТОП были проведены исследования по определению возмож-
ности применения в кварцевом производстве ультразвука. Указан-
ными исследованиями установлено, что этот метод может быть
успешно использован при вырезке квадратной и круглой формы
пластин.
Производительность ультразвукового резания круглыми или
пластинчатыми инструментами при глубине реза до 3 мм равна 3— -
Фиг. 84. Станок для распиливания кварца.
4 см2/мин и значительно выше, чем у алмазных пил в этих же
условиях. При этом для устранения сколов при вырезке круглых
пластин необходимо пласты наклеивать на плитки из стекла или
стали с помощью обычной мастики, применяемой в кварцевом про-
изводстве, резать при оптимальной подаче, прекращая ее за 0,1 мм
до выхода инструмента. Для устранения сколов при вырезке пря-
моугольных пластин рекомендуется делать недорез, с последующим
отламыванием надрезанной пластины вручную.
Вместе с этим в указанной работе [42] отмечается, что при боль-
ших площадях и глубинах резания распиливание алмазным инстру-
ментом при больших площадях и глубинах резания остается
пока еще самым производительным процессом, по сравнению
с другими.
Для резки оптического стекла применяют пилы
диаметром 400—425 мм двух типов: а) с прямым бортиком, для
массовых неточных распилов и б) с закругленным бортиком, для
177
chipmaker.ru
точной распиловки без выколок. Пилы изготовляют из мягкой стали
с содержанием углерода до О, Г % толщиной диска 1 мм и бортика
готовой пилы 1,5 + 0,1 мм, шириной прямого бортика 5 + 0,5 мм и
закругленного бортика 0,6 + 0,2 мм.
Для набивки пилы применяют пасту, состоящую из 1,2—2,5 ка-
рата алмазного порошка размером 150—400 мк, 2—3 г твердого
сплава ВКЗ с зернами 25—40 мк, 1—3 г порошка карбида воль-
фрама с зернами 15—40 мк и 0,5—0,8 г порошка красной меди.
Средняя стойкость пилы — более 10 м2 оптического стекла.
Для раскроя рубина на плитки применяют алмаз-
ные дисковые пилы с алмазным порошком № 90 на металлокерами-
ческой основе с наружным диаметром 90 мм и толщиной после про-
точки для вскрытия алмаза 0,3—0,32 мм.
Стойкость пил составляет от 370 до 730 см2 на одну пилу или
740—1600 см2 рубиновой плитки на один карат алмазов при скоро-
сти резания от 25,3 до 35,8 м/сек.
Анализом работы пил, произведенным ВНИЛАЛМАЗом, уста-
новлено, что стойкость пил понижается с применением более фор-
сированных режимов резания, а также зависит от условий и режима
спекания и прессования. За счет более продолжительного времени
нахождения пил в печи без защитной среды происходит большее
окисление брикетов и создаются условия для большого выгорания
алмазов.
Избыточное удельное давление порядка 45—50 кг/мм2 при
прессовании приводит к раздавливанию алмазов (до 10%). При
этом весьма возможно, что алмазные зерна раздрабливаются на-
столько, что оказываются почти незакрепленными и при небольшом
усилии выкрашиваются, не производя работы.
Для раскроя рубиновых плиток на заготовки
применяют пилы, также изготовленные гальваническим путем.
В табл. 38 дана характеристика пил, примененяемых на трех раз-
личных заводах.
Стойкость пил на этой операции, как показала практика, значи-
тельно колеблется и составляет от 9000 до 19 600 шт. заготовок на
одну пилу или от 36 000 до 78 600 шт. на один карат алмазов при
скорости резания от 19,1 до 29,8 м/сек.
На этой операции стойкость пил также зависит от факторов,
приведенных выше по данным ВНИЛАЛМАЗа. Кроме того, она
зависит от материала, из которого изготовлена пила.
По заключению ВНИЛАЛМАЗа гальванические железные пилы
имеют на 35% меньшую стойкость, чем металлокерамические.
Раскрой рубина производят на камнерезных станках К-4.
Установлено, что полуавтоматическая подача позволяет на 30%
снизить расход пил.
Алмазные дисковые пилы применяются также при резке
природного камня (туф, мрамор и др.).
По сравнению с карборундовыми пилами их производительность
в 2—3 раза выше, а расход энергии примерно в 10 раз ниже. Од-
нако ими можно производить распил только на глубину 25—35 см,
178
Таблица 38
Данные о пилах для раскроя рубиновых плиток на заготовки
Параметры 1 2 3
Наружный диаметр пилы в мм .... Диаметр отверстия в мм Толщина пнлы после проточки в мм Состав шихты нли электролита .... Номер алмазного порошка Количество алма- зов в пиле в каратах Метод изготовле- ния Ширина алмазо- носного слоя в мм 75 12 0,22—0,24 86%Cu, 8%Sn, 6%Pb 180 0,25 Металлоке 4 75 23 0,18—0,22 88%Cu, 12%Sn 180/220 0,25 замический 6 73 12 0,11—0,15 100 г/л FeCl2 150 0,2 Гальванический 7
так как наибольшая величина реза дисковой пилы составляет около
30% ее диаметра.
Так как в современном индустриальном строительстве приме-
няют блоки камня высотой до 1,5 м, то большое применение для
резки камня таких размеров нашли алмазные канатные пилы.
Алмазная канатная пила состоит из металлических цилиндриков,
армированных алмазным бортом и закрепленных на бесконечных
металлических канатах. Скорость резания составляет 35 м!сек при
давлении на каждый резец 0,2 кг. Стоимость распила этой плитой
в 10—20 раз ниже, чем дисковой.
3. Алмазоносные инструменты для сверления и фрезерования
Детали из естественных и искусственных поделочных камней
(агат, яшма, искусственные рубин, сапфир и корунд) нашли широ-
кое распространение для всевозможных механизмов и точных при-
боров в качестве подшипников, втулок и опор, в том числе в часо-
вых механизмах, аналитических и других точных весах, компара-
торах, оптиметрах, гальванометрах, тахометрах, самопишущих и
других точных измерительных приборах.
Размеры этих деталей невелики. Так, например, аготовые и ко-
рундовые втулки для механизмов точных приборов имеют диаметр
1,5—5 мм с отверстиями диаметром 0,3—1 мм, диаметр агатовых
подушек для точных весов составляет 2—4 мм, а пазы в них
1,5—3 мм, рубиновые ангренажные камни для часов имеют диаметр
0,8—1,6 мм, высоту 0,27—0,45 мм и диаметр отверстия 0,09—
0,45 мм.
179
chipmaker.ru
При этом внешние и внутренние поверхности этих деталей дол-
жны быть точно обработаны, так как от этого зависит точность
приборов, в которые они поставлены. Например, допуски для руби-
новых часов ангренажных камней составляют: по внешнему диа-
метру +0,01 мм, высоте —0,04 мм и диаметру отверстий + 0,005 мм.
Учитывая необходимую высокую точность поверхностей деталей
и сравнительно большую твердость поделочных камней, для их обра-
ботки применяют различные алмазоносные инструменты в виде
сплошных полых сверл, зенковок и разверток — для получения
в деталях отверстий, цилиндрических, лобовых и угловых фрез —
для фрезерования плоскостей, фрез — для получения пазов, а также
других специальных инструментов, форма которых зависит от дета-
лей, подлежащих обработке.
Аналогичные инструменты применяются для фрезерования, свер-
ления и центрирования деталей из оптического стекла.
Основу алмазоносного инструмента составляет сталь или серый
чугун, но ту часть его, которая содержит в себе алмазный порошок,
изготовляют из меди или латунных сплавов, имеющих твердость
по Бринелю 55.
Вследствие мягкости и вязкости меди алмазный порошок хорошо
закрепляется в ней, а в процессе использования инструмента может
менять положение, что способствует рациональному использованию
всех граней алмазов.
Основные формы инструментов, которые можно получить на
обычных станках для обработки металлов, это плоские поверхности,
цилиндры, конусы, трубы, вогнутые и выпуклые сферы и т. п.
Перед нанесением алмазного порошка медную часть инстру-
мента покрывают насечками и пазами под углом около 30° к вер-
тикали и величиной угла паза 22—27°, которые наносят вручную
или на станке, так же как и при изготовлении алмазных дисковых
пил. На цилиндрические и плоские поверхности пазы наносят на
станках-автоматах.
Алмазный порошок наносят в пазы и насечки в виде пасты. При
этом зернистость применяемого алмазного порошка зависит от на-
значения инструмента, а от зернистости — размеры пазов и насечек,
а также плотность распределения алмазов в рабочей части инстру-
мента. В табл. 39 приведены указанные зависимости.
В инструменте для обработки оптического стекла и рубиновых
камней применяют алмазный порошок следующей зернистости
(в микронах): а) для фрезерования оптического стекла 90—150,
для изготовления фрез, применяющихся для шлифования и до-
водки часовых камней — 42; б) для центровки оптических линз
(выравнивания линз по размеру — диаметру и чистоте поверх-
ности) — 70—105 и в) для доводки линз — 53—75.
После нанесения алмазной пасты в насечки последние завальцо-
вывают стальными роликами. Так как поверхность инструмента при
завальцовке не должна терять заданных размеров, то в течение
этого процесса инструмент периодически измеряют, например, у ци-
линдра измеряют поверхность три помощи точной линейки, у за-
180
Таблица 39
Зависимость между назначением инструмента и зернистостью и плотностью
распределения алмазного порошка
Назначение инструмента Зернистость алмазного порошка в мк Размер пазов в свету в мм Плотность распределе- ния алмазного порошка на 1 см2 в каратах
Ширина Высота
Инструмент для центрирования До 70 0,3 0,4 0,035
70—90 0.35 0,5 0,04
Кольцевые и фасонные фрезы 90—120 0,44 0,6 0,045
Сверлильные инструменты 120—150 0,54 0,7 0,05
150—180 0,64 0,8 0,07
кругленных инструментов — закругления при помощи радиусного
шаблона и у инструмента для изготовления фасок — углы при по-
мощи угломера.
Такие же измерения инструментов производят в процессе их
использования.' При обнаружении дефектов их исправляют. Эти
дефекты могут возникнуть вследствие:
1) неправильного нанесения алмазного слоя из-за неравномер-
ных насечек (пазов);
2) плохой завальцовки насечек (пазов);
3) одностороннего износа алмазного слоя из-за неравномерного
использования инструмента;
4) значительного износа алмазного слоя из-за снятия слишком
большой стружки при фрезеровании;
5) выкрашивания алмазного слоя из-за неосторожного обраще-
ния с инструментом.
Эти дефекты могут быть устранены частичным ремонтом алмаз-
ного слоя или полной его заменой.
От перечисленных выше инструментов по конструкции значи-
тельно отличаются металлокерамические шпильки и агломериро-
ванные иглы, служащие для выборки масленок в часовых рубино-
вых камнях и углублений в деталях из поделочных камней для опор,
и подпятников.
Металлокерамическая шпилька состоит из безалмазного и ал-
мазного слоя, которые последовательно впрессовываются в матрицу
с предварительным спеканием шихты.
181
chipmaker.ru
Шихта и размеры металлокерамических шпилек приведены
в табл. 40.
Шихта и размеры металлокерамических шпилек
Таблица 40
Диаметр шпильки в мм Безалмазный слой Алмазный слой
Медный порошок в г Оловянный порошок в г Медный порошок в г ОЛОВЯННЫЙ порошок в г Алмазный порошок в каратах
3,0 2,8 0,35 0,98 0,14 1,75
2,4 1,4 0,175 0,653 0.0933 1,16
2,2 1.4 0,175 0,653 0,0933 1,16
Примечание. Алмазный порошок зернистостью М20.
Агломерированные иглы изготовляют из смеси порошка прока-
ленной буры (33%) и алмазного порошка зернистостью М5 (67%).
Шихту тщательно перемешивают, спекают и спекшуюся массу зака-
тывают в шарик, который затем при нагревании прокатывают
в цилиндр длиной 10 мм и диаметром от 0,75 до 2,5 мм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авдеев Б. А., Техника определения механических свойств материа-
лов, Машгиз, 1958.
2. Алмазы Сибири, Госгеолтехиздат, 1957.
3. Афанасьев П. П. и А в д о н и н а Н. А., Правка шлифовальных
кругов заменителями н алмазами, изд. ЦБТИ Министерства станкострое-
ния, 1950.
4. Бардин А. Н., Технология оптического стекла. Промстройиздат, 1953.
5. Безалмазная правка шлифовальных кругов, Машгиз, 1951.
6. Белецкий Д. Г., Прецизионная отделка поверхностей методом
алмазной обточки и расточки, Новейшие методы окончательной обработки
поверхностей, Машгиз, 1940.
7. Бетехтин А. Г., Курс минералогии, Госгеолтехиздат, 1956.
8. В а г а Б. И. Алюминиевые ведущие круги для бесцептровошлифоваль-
ных станков, Обмен опытом в автомобильной промышленности, ЦБТИ, № 1,1955.
9. В а с и л ь е в Н. Н., Экономия алмазов при правке шлифовальных
кругов, Машгиз, 1945.
10. В е с е л о в с к и й С., Алмазные резцы, «Авиапромышленность» № 3,
1937.
11. Волский Н. И., Обрабатываемость металлов шлифованием, Машгиз,
1950.
12. Вульф А. М., Основы резания металлов, Машгиз, 1954.
13. Выбор и применение алмазно-металлических карандашей для правки
шлифовальных кругов, ВНИЛАЛМАЗ, 1957.
14. Нормаль № ОН39-1-57. Алмазные круги на органической связке,
ВНИЛАЛМАЗ, 1957.
15. Г у м и л е в с к и й А. А., Исследование абразивных свойств техниче-
ского алмаза, рассортированного на группы по цвету флюоресценции в ультра-
фиолетовом цвете. Труды Федоровской научной сессии, изд. АН СССР, 1951.
16. Д н е с т р о в с к и й Н. 3., Волочильный инструмент, Госэнергонздат,
1954.
17. Дьяченко П. Е., Исследование процесса шлифования. Оборонгиз,
1941.
18. Д ь я ч е н к о П. Е., Свойства металлических поверхностей, Сб. пере-
водов, изд. Института Литературы, 1954.
19. Жаткевич Н. И., Усовершенствованный стеклорез И. В. Мякотных,
Промстройиздат, 1950.
20. 3 а л е с о в А. А., Костенко М. И. и Маргулис Д. К-, Безал-
мазная правка шлифовальных кругов, Машгиз, 1952.
183
chipmaker.ru
21. 3 алкин д Л. И., Шлифование деталей 11—12-го классов чистоты
кругами зернистостью 46—60, «Станки и инструмент» № 6, 1954.
22. Зарубин Н. М. и К о п ц и к А. Н., Производство тугоплавких метал-
лов, Металлургиздат, 1941.
23. К и р ю х и н Г. И., Способ продления срока работы алмазного каран-
даша, ЦБТЙ, МС, 1954.
24. Классен-Неклюдова М. В., Механические свойства кристаллов
корунда. Журнал технической физики, АН СССР, вып. 9, 1942.
25. Ковалев С. Н., Алмазные резцы, Оборонгиз, 1939.
25а. Кондашевский В. В., Автоматический контроль размеров дета-
лей в процессе обработки, Оборонгиз, 1951.
26. К р а с н и к о в П. П., Резка листового стекла, изд. ГИЛП, 1939.
27. Кузнецов В. Д., Физика твердого тела, том II, 1941 и том III, 1944.
28. К у д а с о в Г. Ф., Самозатачивается ли шлифовальный круг?, «Станки
и инструмент» № 3, 1940.
29. М а л к и н Б. М., Универсальное приспособление для безалмазной
и алмазной правки шлифовальных кругов, «Станки и инструмент» № 11, 1953.
30 М и н д л и н Я. Б., Важнейшие области применения технических алма-
зов, сборник материалов по технической информации и обмену опытом, Глав-
золото, вып. 54, 1957.
31. Муцянко В. И., Правка кругов при скоростном шлифовании, Абра-
зивы, Информационные материалы по научно-исследовательским и технологиче-
ским работам, ЦБТИ МСС, вып. 5, 1952.
32. Н е з н а н о в П. А., Обработка алмазными резцами. Ленинградский
инструментальный институт, Ленинград, 1938 (стеклогр.).
33. Неем ел ов А. Ф., Правка шлифовальных кругов, Машгиз, 1953.
34. Нормы стойкости шлифовальных кругов и расхода алмазного инстру-
мента, Машгиз, 1953.
35. О д и н ц о в Д. Я., ст. Опыт нарезки стекла для футеровки плоско-
стей скольжения, «Цветные металлы» № 4, 1952.
36. Перечень применяемости алмазного инструмента для правки шлифо-
вальных кругов, ВНИЛАЛМАЗ, изд. ЦБТН, 1957.
37. П ер ко в с к и й П. К., ст. Алюминиевые ведущие круги взамен абра-
зивных при бесцентровом шлифовании, «Станки и инструмент» № 9, 1953.
38. Рыбаков В. А., Корректировка формы абразивных верен, Абразивы,
вып. 3, 1952.
39. С а в и н В. Н., Твердосплавный инструмент в приборостроении, Маш-
гиз, 1954.
40. Сильвестров В. Д., Безалмазная правка шлифовальных кругов,
Оборонгиз, 1955.
41. Соколовский И. А., Режущий инструмент для приборостроения,
Машгиз, 1954.
42. Труды центрального научно-исследовательского института технологии
и организации производства № 4, Горький, 1956.
43. Т ю л ь и а н о в А. А., Технология производства кварцевых пластин,
М. —Л., 1955.
44. Ф е л ь д ш т е й н Э. И., Обрабатываемость сталей, Машгиз, 1953.
45. Франтишек ГАМР, Шлифование фасонных деталей, Профиздат,
46. Ф р е н к е л ь А. В., ст. О применении твердого сплава вместо алмаза
в наконечниках твердомеров, Заводская лаборатория, 1956, № 6, стр. 748—749.
47. X р у щ о в М. М. и Беркович Е. С., Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3
для испытаний на микротвердость, изд. АН СССР, 1950.
184
48. Шафрановский И. И. и Гумилевский А. А., О классифика-
ции абразивных алмазов. Труды Федоровской научной сессии, изд. АН СССР,
1951.
49. Шафрановский И. И., Алмазы, изд. АН СССР, 1953.
50. Энциклопедический справочник «Машиностроение», том. 3, Машгиз, 1948.
51. Якобсон М. О., Шероховатость, наклеп и остаточные напряжения
при механической обработке, Машгиз, 1956.
52. В о w d е n F. Р., Т а Ь о г D., Y. Inst. Petroleum, Vol. 40 (369) рр. 243,
1954.
53. Chemi ker Zeitung, Nr. 5, США, 1957.
54. Grodzinski P., Diamond Technology, London 1953.
55. G г о d z i n s k i P., Diamond Tools, New York 1944.
56. L e v e n g о о d W. C. and Swift H. R., Glass Ind., 30, 1949.
57. Machinist, 1952, December 20, Vol. 96, No. 51, pp. 2064—2065.
58. Machinery, New York 1956, January, Vol. 62, No 5, pp. 202.
59. Metall Bonded Diamond Profiling Tcols, Mechanical World, November,
Vol. 136, No. 3448, 1956.
60. The Mining Journal, No. 6271, October 28, 1955 and No. 6272, November, 1955.
61. Proceedings of the Indian Academy of Sciences, Vol. 19, No. 5 and Vol. 24,
No. 1, 1944—1946.
62. Tool Engineer, 1952, September, Vol. 29, No. 3, pp. 37—40; October No. 4,
pp. 53—54.
chipmaker.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ........................................................ 3
Глава I. Общие сведения об алмазах................................... 5
1. Месторождения алмазов....................................... 5
2. Методы добычи алмазов....................................... 7
3. Данные о мировой добыче и применении алмазов................ 8
4. Свойства алмазов............................................10
5. Классификация алмазов...................................... 14
6. Проблема получения искусственных алмазов................... 17
Глава И. Измерение твердости и микрогеометрии поверхности .... 20
1. Общие сведения о методах измерения твердости............... 20
2. Алмазные инструменты для измерения твердости................21
3. Алмазные инструменты для измерения микрогеометрии поверх-
ности ........................................................ 24
4. Технология изготовления алмазных наконечников и игл .... 26
5. Правила эксплуатации приборов с алмазными наконечниками . . 35
6. Методы измерения твердости без применения алмазных инстру-
ментов .............................................’. . . . 40
Глава III. Правка шлифовальных кругов................................43
1. Процесс правки шлифовальных кругов..........................43
2. Правка алмазными инструментами..............................46
3. Виды алмазных инструментов, используемых для правки шлифо-
вальных кругов.................................................49
4. Способы крепления алмазов в оправах.........................58
5. Установка алмазного инструмента при правке.................64
6. Режимы правки алмазными инструментами...................... 66
7. Перечень применяемости алмазного инструмента для правки
шлифовальных кругов............................................72
8. Пути экономии алмазных инструментов при правке шлифоваль-
ных кругов.................................................... 76
Глава IV. Контроль размеров деталей в процессе обработки.............84
1. Устройства активного контроля, основанные на прямом методе
измерения.................................................... 85
2. Приборы, основанные на косвенном методе измерений .... 87
3. Износ наконечников при прямом методе измерений..............91
Г лава V. Инструмент для волочения...................................96
1. Общие сведения о процессе волочения . ......................96
2. Изготовление алмазных волок................................100
3. Применение алмазных волок..................................108
186
Г лава VI. Алмазные резцы........................................... 116
1. Область применения алмазных резцов..........................118
2. Конструкция алмазного резца и технология его изготовления , . 119
3. Режимы резания..............................................127
4. Износ и восстановление алмазных резцов......................129
5. Алмазные инструменты для гравировальных работ...............130
Глава VII. Резка листового стекла....................................133
1. Процесс резания листового стекла............................133
2. Алмазные стеклорезы....................................... 135
3. Заменители алмазных стеклорезов.............................140
Глава VIII. Алмазные порошки и алмазоносный режущий инструмент . . 142
1. Виды абразивных материалов и их характеристика..............142
2. Характеристика абразивной способности алмазных порошков . . 144
3. Приготовление алмазных порошков.............................146
4. Приготовление и применение различных видов абразивных инстру-
ментов на основе алмазных порошков..............................162
Литература.................................................-.........183
chipmaker.ru
Алексей Федорович Несмелов
Нина Андреевна Авдонина
АЛМАЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ
Редактор издательства Н. А. Иванова
Технический редактор А, Ф. Уварова
Корректор Р. Ф. Цветкова
Обложка художника А. В. Петрова
Сдано в производство 11/XI 1958 г.
Подписано к печати 18/1II 1959 г. Т-01382
Тираж 4000 экз. Печ. л. 11,75
Уч.-изд. л. 11,25. Бум. л. 5,88 Формат 6Эх921/1в
________________Заказ № 345
Типография №6 УПП Ленсовнархоза
Ленинград, ул. Моисеенко, 10