Область применения абразивных инструментов из монокорунда

Введение

Абразивный инструмент, применяемый в лесопильно-деревообрабатывающих производствах, по назначению можно разделить на два вида: инструмент в виде шлифовальных шкурок для резания древесины и древесных материалов путем шлифования с целью получения поверхностей с высокой степенью гладкости под прозрачную и непрозрачную отделку, зачистки и снятия провесов в столярных изделиях; инструмент в виде шлифовальных кругов, головок, брусков для заточки и доводки дереворежущего инструмента шлифованием.
Шлифовальные круги в свою очередь подразделяются на обычные и алмазные. Обычные шлифовальные круги применяются для заточки инструмента из инструментальных сталей, а алмазные — твердосплавного инструмента. Режущим элементом любого абразивного инструмента является шлифовальное зерно. Для шлифования необходимо, чтобы шлифовальные зерна были более высокой твердости, чем обрабатываемый материал. При этом они должны обладать достаточной вязкостью — способностью сопротивляться ударам и давлению.
Твердость абразивных зерен оценивают по шкале Мооса. За единицу твердости по шкале Мооса принята твердость наиболее мягкого минерала — талька. Наиболее твердый минерал — алмаз. Его твердость равна 10. Абразивные инструменты характеризуются материалом шлифовальных зерен, связкой, зернистостью, твердостью, структурой, формой, размерами.


Физическая сущность метода

Монокорунд — разновидность электрокорунда. Различают два сорта монокорунда в зависимости от содержания Al2O3 — М7 (М97) иМ8 (М98).
Монокорунд отличается высоким содержанием А12О3 и большой чистотой, причем почти вся окись алюминия в монокорунде в минералогическом отношении представлена корундом. 
Зерна монокорунда имеют большое количество граней и выступов наряду с однородностью строения. В зернах нет остаточных напряжений, что значительно повышает его режущие свойства. Зерна монокорунда скалываются небольшими частичками, что способствует уменьшению расхода мощности, усилия резаний и нагрева обрабатываемых инструментов. Стойкость режущих инструментов, например фасонных резцов, заточенных монокорундовыми кругами, увеличивается до 30—40%.
Монокорунд производят из бокситов методом оксисульфидной плавки, сущность которой состоит в сплавлении боксита с сернистым железом (пиритом) в присутствии восстановителя. В результате плавки образуется шлак, состоящий из монокристаллов корунда и сульфидов кальция, кремния и частично алюминия.  
Монокорунд получают специальным методом измельчения технической породы в виде отдельных бесцветных прозрачных зерен монокристаллов. 
Электрокорунд хромистый получают плавкой глинозема с присадкой хромовой руды. Он содержит не менее 97% Al2O3 и 0,4—1,2% Cr2O3. Зерна его розовые или темно-вишневые, обладают более высокой по сравнению с ЭБ стабильностью физико-механических свойств и содержат больший процент монокристаллов.
Монокорунд, имея по химическому составу сходство с электрокорундом белым, отличается от него некоторыми специфическими особенностями, которые необходимо учитывать при связывании его керамическими связками, а именно монокристальность зерен с гладкими гранями, возрастающая изометричность зерен по мере уменьшения их крупности, а следовательно, увеличение объемного веса шлифзерна (объемный вес шлифзерна № 40— 1,71 г/см3, № 16 — 1,94 г/см3) и большее содержание примесей.
Все эти особенности снижают прочность сцепления зерна со связкой, и следовательно, необходимо применение связки, обладающей максимальной реакционной активностью. Из трех исследованных связок авторы предлагают связку К5 (516) |7()| (прочность образцов на разрыв составляет, МПа: на связке К8 — 15,0; 5 - 16,2; К5 (516) - 21,2).
При изготовлении инструмента из монокорунда и при переходе от мелкого зерна к более крупному авторы также рекомендуют уплотнять структуру круга.
В отечественной практике изготавливались круги из монокорунда диаметром до 600 мм, твердостью ВМ2—М3 (зернистостью 10—12) и М1-МЗ (зернистостью 40—16). Пример рецептур представлен в табл. 1 и 2.
Таблица 1 – Пример рецептуры абразивных кругов из монокорунда зернистостью 16—25 на связке К5 шестой структуры
Состав формовочной смеси Твердость 1

М М2
М3
Шлифзерно
100 100 100
Связка 2,9 4,1 5,3
Декстрин 2,3 2,0 1.8
Жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3 2,6 2,9 3,1
Вода
0.03 0.03
Плотность сырца у, г/см1
2,12 2,15 2,18

Таблица 2 – Пример рецептуры абразивных кругов из монокорунда зернистостью 10 на связке К5 восьмой структуры
Состав формовочной смеси Твердость 1

ВМ2
Ml
М2
М3
Шлифзерно
100 100 100 100
Связка 6,0 8,0 9,6 11,8
Декстрин 3,7 3,6 3,5 3,4
Жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3 2,1 2,5 2,6 2,9
Плотность сырца у, г/см1
2,02 2,07 2,11 2,15

Круги диаметром до 500 мм и высотой до 25 мм обжигались в электрических печах, остальные — в туннельных верхними кругами на кругах такого же диаметра.


Область применения

Монокорунд выпускают в виде шлифзерна, шлифпорошков и используют для изготовления абразивного инструмента для шлифования труднообрабатываемых легированных сталей и сплавов.
Монокорунд в зерне и порошке применяют для изготовления абразивного инструмента на всех видах связки

. В порошкообразном виде его применяют и для отделочных работ. 
Монокорунд применяется в тех же случаях, что и белый электрокорунд, но круги рекомендуется применять с большей степенью твердости из-за меньшей шероховатости его зерен. Для высоколегированных сталей с низкой теплопроводностью и теплоемкостью предпочтительно применять абразивные инструменты из монокорунда и спеченных абразивных материалов. Эти инструменты благодаря скалыванию мельчайших частиц зерен в процессе резания обладают высокой режущей способностью. За счет сохранения остроты режущих кромок снижаются потребляемая на резание мощность и соответственно нагрев обрабатываемой детали.
При осуществлении пескоструйной очистки монокорунд применяется в качестве струйного абразива или минеральной дроби для обработки и очистки деталей и конструкций из легированных, жаропрочных и кислотоупорных сталей и сплавов в тех случаях, когда необходимы повышенные показатели твёрдости и вязкости абразива. 
Широко применяется шлифзерно монокорунда для шлифования узлов автомобилей, например, коленчатых валов. Показатели прочности монокорунда во много раз превосходят обычный электрокорунд, поэтому абразивное зерно этого материала широко используется для шлифования закалённой стали, причем выполнение операции шлифования происходит за более короткий срок. 
Пескоструйная обработка стеклянных поверхностей традиционно производилась с помощью кварцевого песка. С появлением электрокорундов операции по матированию стекла стали производиться с применением электрокорундов, в том числе и монокорунда. Применяя разные марки и фракции электрокорундового абразива, добиваются декоративного эффекта бархатистой поверхности стекла, травления или грубой обработки.
Преимущества абразивных инструментов из монокорунда и спеченных абразивов проявляются в большей степени на операциях получистового и чистового шлифования, заточки режущих инструментов, шлифования тонких и длинных резьб, зубо- и шлицешлифования, шлифования колец подшипников. Однако, монокорунд в мире сейчас практически не выпускается для абразивного инструмента. Спеченные абразивы чрезвычайно дороги и используются, как правило, на прецизионных операциях.
Используемые инструменты, оснастка и оборудования

Абразивная масса в зависимости от зернистости, природы абразивных материалов и содержания связки обладает различной пористостью (рыхлостью), а следовательно, прессуемостью. В большинстве случаев это достигается за счет прессования абразивных изделий в специальных пресс-формах на прессах различной конструкции. Процесс формования состоит из ряда технологических операций, выполняемых последовательно или параллельно при помощи специальных механизмов и устройств.
Ее засыпной объем по отношению к спрессованному изделию составляет 1,6—1,8 для крупнозернистых масс и 2,5—2,8 для мелкозернистых масс.
Получение изделия заданного объемного веса достигается уплотнением массы в пресс-форме путем прессования за счет уменьшения высоты изделия.
Практически при достижении удельного давления, составляющего 20% от номинала, уплотнение изделия составит 60%. Таким образом, первый этап прессования целесообразно производить при помощи насоса низкого давления (обладающего высокой производительностью) и окончательное прессование, второй этап, производить насосом высокого давления. При определении производительности насоса на каждом из этапов следует руководствоваться обеспечением получения заданной скорости перемещения
Оборудование для изготовления абразивного инструмента:
- круги отрезные 115, 125, 150, 180, 230, 300, 355, 400 мм; - круги зачистные 115, 125, 150, 180, 230;
- круги лепестковые торцевые 115, 125, 150, 180 мм, профиль Т27, Т29;
- круги шлифовальные, 300, 350, 400, 450 мм толщиной 32-60 мм и посадочным размером 127 мм.
Комплекс включает в себя:
- пресс гидравлический AR 500 TR (05/1997 г.в., Италия) полуавтоматический, двусторонний, усилие 500 тн, производительность 300-800 шт/смена;
- пресс гидравлический 550T-L-2C (06/2009 г.в., Италия) автоматический, двусторонний , усилие 550 тн, производительностью 1600-4000 шт/смена;
- автоматическая линия FADM 6804 (2014 г.в., Китай) для изготовления лепестковых кругов производительность 600 шт/час;
- автоматический роторный пресс J6/500-450 (2014 г.в., Китай) шесть станций, усилие 500 тн.
Вспомогательное оборудование:
- смесительная машина JH21-100 (09/11/2010) на 200 кг смеси;
- печи NWL-64-4 (2010 г.в., Китай), объём 5,4 м3, мощность. 35 кВт, для термообработки продукции;
- печь для термообработки (2014 г.в., Китай), объём 1,5 м3, мощность 18 кВт, управляется микроконтроллером китайского производства;
- испытательное оборудование;
- печь (2014 г