Ждем Вас 14-18 мая 2018 года
в "ЭКСПОЦЕНТРЕ" г. Москва
в павильоне ФОРУМ
на  Международной выставке
"Металлообработка-2018"

 

+7 (343) 319-47-51
+7 (343) 328-37-54
E-mail: info@gidroabraziv.com

Абразивные материалы и их основные свойства

Технологические параметры струйной гидропневмоабразивной обработки в значительной мере зависят от свойств и характеристик абразивного материала.


Промышленность производит разнообразные шлифовальные материалы в зерне и порошках, которые отличаются строением материала, его прочностью, содержанием и характером примесей. В технологии двигателестроения при струйной ГПАО чаще всего применяют минеральные абразивные материалы, которые подразделяются на две большие группы; естественные (природные) и искусственные. В таблице 1 указаны разновидности абразивных материалов, марки и зернистости шлифзерна, шлифпорошков и микрошлифпорошков искусственного и естественного происхождения, наиболее часто применяемых в производстве.

Естественные абразивные материалы имеют промышленное применение, они изготавливаются из горных пород и минералов.

Алмаз (условное обозначение А) представляет собой кристаллическую модификацию углерода. Алмаз — самый твердый минерал из всех известных в природе. Он обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, значительной хрупкостью, небольшим сопротивлением изгибу и вибрационным нагрузкам.

Алмазные порошки представляют собой совокупность алмазных зерен различной величины и формы. Порошки делятся на две группы: шлиф- порошки и микрошлифпорошки. Из естественных алмазов выпускают микрошлифпорошки марок AM и АН. Марка АН имеет повышенную абразивную способность по сравнению с маркой АМ

Корунд (Е) — естественный материал, состоящий из кристалли­ческой окиси алюминия Аl2Оз с небольшой примесью кварца и других минералов, химически связанных с окисью алюминия,

Кремень (Кр) — однородная плотная горная порода, состоящая из кристаллического и аморфного кремнезема, SiO2 и микроскопических зерен кварца с примесью карбонатов глинистых веществ и органических остатков.

Гранат является крайне жестким и тяжелым абразивом с плотностью примерно 4,1 - 4,3 г/см. Твердость абразивного граната связана с кристаллическим строением и обеспечивает высокое сопротивление к разрушению. Благодаря этой способности гранатовый абразив является фактически устойчивым в течение всего времени использования.

Искусственные абразивные материалы обладают большей стабильностью физико-механических свойств, чем естественные, поэтому они ограничилиприменение последних, а в большинстве случаев вытеснили их на производстве.

Эльбор (ЛО, ЛП) — искусственный абразивный материал, состоящий в основном из кубического нитрида бора или модификации кубического нитрида бора, получаемый при высоком давлении и высокой температуре из гексагонального нитрида бора. Его кристаллическая решетка и физико-механические свойства близки к алмазу.

Карбид бора (КБ) — искусственный абразивный материал, полу чаемый восстановлением дуговых электропечах борного ангидрида. углеродом. Карбид бора характеризуется высокой твердостью, химической стойкостью, износостойкостью и абразивной способностью. Он хрупок, особенно в частицах крупного размера. Карбид бора перерабатывается на шлиф - микрошлифпорошки.

Карбид кремния — искусственный абразивный материал, со­стоящий в основном из кристаллов гексагонального карбида кремния SiC, получаемый в электрических печах из кварцевого и углеродистого сырья. Для абразивной обработки применяется зеленый и черный карбид кремния. Зеленый карбид кремния содержит меньше примесей, имеет повышенную хрупкость и большую абразивную способность по сравнению с черным. Карбид кремния зеленый обозначают 64С...62С, карбид крем ния черный — 55С...52С.

Электрокорунд — искусственный абразивный материал, состоящий из корунда (кристаллической окиси алюминия Аl2Оз) и получаемый в электрических печах из высокоглиноземного сырья. Промышленность производит несколько разновидностей электрокорунда.

Электрокорунд нормальный содержит 92...95 % Аl20з .Из нормального электрокорунда получают шлифзерно, шлифпорошки и микрошлифпорошки. Обозначают эти материалы 16А... 13А.

Электрокорунд белый получают плавкой или кристаллизацией технического глинозема. Из белого электрокорунда получают шлифзерно, шлиф- и микрошлифпорошки в широком диапазоне размеров. Обозначают эти материалы 25А...22А.

Электрокорунд хромистый — абразивный материал, получаемый при плавке в электропечах глинозема (не менее 97 %) с добавкой окиси хрома (до 2 %). Он выпускается в виде шлифзерна и шлифпорошков марок

34А...32А. Электрокорунд титанистый представляет собой соединение окиси алюминия с окисью титана; содержание: Аl203 — не менее 97 %, TiO2 — не менее 2 %. Титанистый электрокорунд выпускают в виде шлифзерна и шлифпорошков марки 37А.

Монокорунд — материал, представляющий собой монокристаллы корунда или их агрегаты и получаемый оксисульфидиым процессом. Зерна монокорунда имеют высокие значения механической прочности и абразивной способности. Монокорунд выпускается в виде шлифзерна и шлифпорошков различной зернистости марок 45А.

Основным параметром абразивного материала является его твердость, которая количественно оценивается по десятибальной шкале Мооса и по микротвердости. Абразивные материалы, имеющие твердость по шкале Мооса свыше 7, считаются материалами высокой твердости, 5...7 — средней твердости, менее 5 — низкой твердости.

При струйной гидроабразивной обработке деталей авиационных ГТД используются абразивные материалы высокой твердости, поскольку они обеспечивают высокую производительность обработки при более длитель­ной стойкости абразивного материала. Алмаз и эльбор в технологии и струйной ГАО не используются, а справочные данные в приведенных таблицах представлены для сравнения.

Твердость абразивных материалов, их строение и прочность объединяют обобщенной характеристикой работоспособности, которую называют абразивной способностью. В таблице 2 приведены физико-механические и тепловые свойства абразивных материалов высокой твердости. Абразивная способность зерен, определяемая как величина суммарного съема материала до полной потери работоспособности абразивной частицы, во многом зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий изнашивания. Одним из недостатков действующих методов оценки абразивной способности шлифпорошков является то, что при испытании не учитывается влияние скорости и угла атаки абразивных частиц, а также взаимное влияние этих факторов на процесс съема материала с поверхности.

Физико-механические свойства искусственных и естественных абразивных материалов.

Таблица 2.

Материал

Твердость
по шкале Мооса

Плотность, т/см3

Микротвердость, ГПа

Механическая прочность,

H

Абразивная
способность,

г

Режущая способность, г/мин

Насыпная плотность

г/см

Температура
устойчивости

оС

Зернистость

 

Алмаз искусс твенный

10

3,47…3,56

84,4…98,1

0,094…0,248

-

-

700…800

 

 

Эльбор

9,8…10

3,45…3,49

78,5…98,1

7,6…9,0

0,116…0,146

0,065

1,45

1,33…1,37

1400…1500

Карбид  бора

9,3

2,48…2,52

39,2…48.5

-

0,100…0,112

-

0,050

1,04

700…800

Карбид кремния:

9,2

 

 

 

 

 

 

 

 

зеленый

 

3,15…3,25

32,4…35,3

11,0…14,7

0,09

0,06

1,54

1,46

1300…1400

черный

 

3,15…3,25

32,4…35,3

11,0…14,7

0,09

0,057

1,48

1,40

1300…1400

Электро корунд:

9,0…9,1

 

 

 

 

 

 

 

 

нормаль ный

 

3,85…3,95

18,9…19,6

8,8…10.7

0,050…0,058

0,036

1,83

1,76

1250…1300

белый

 

3,90…3,95

19,6…24,5

8,8…10,4

0,040…0,051

0,031

1,83

1,72

1700…1800

хромо тита нистый

 

3,95…4,00

19,6…22,6

10,3…10,8

0,050…0,058

-

1,89

1,77

1750…1850

цирко ниевый

 

4,05…4,15

22,6…23,5

589*

-

-

1,95

-

1900…2000

Моно корунд

9,0

3,94…4,00

22,6…23,5

11,7…13,7

0,050…0,060

-

 

1,91

1,99

1700…1800

Сферо корунд

9,0

3,90…3,95

19,6…20,9

1,0…4,0

-

-

0,94

-

1700…1800

Алмаз естест венный (приро дный)

10,0

3,48…3,56

98,4

-

0,473

-

-

-

700…800

Корунд

9,0

3,90…4,1

17,7…23,5

5,5…13,7

0,039…0,076

0,032

-

1,54…1,85

1700…1800

* Для материала зернистостью 125

Важным параметром, влияющим на стабильность технологических показателей струйной ГПАО, является зернистость абразивного материала и процентное содержание различных функций.

В соответствии с ГОСТ 3647—80 абразивные материалы, кроме алмаза и кубического нитрида бора, подразделяются на 4 группы; каждой группе соответствуют свои номера зернистости (таблицы 2, 3).

Классификацию шлифзерен и шлифпорошков осуществляют ситовым методом, а микрошлифпорошков -.гидроклассификацией.

Каждый номер зернистости характеризуется следующими фракциями: предельной, крупной основной, комплексной и мелкой (первой и второй). Комплексная фракция для шлифзерен и шлифпорошков, в свою очередь, состоит из трех фракций: крупной, основной и смежной; для микро шлифпорошков — из двух фракций: основной и смежной.

Определяющей характеристикой зернистости абразивного материала является его основная фракция.

Крупность основной фракции абразивного материала определяется размерами двух смежных сеток, через первую из которых все зерна основной фракции проходят и задерживаются на второй. За зер­нистость принимают номинальный размер стороны ячейки сетки в свету, на которой задерживается частица абразивного материала. Например, для шлифпорошка основной фракции 125...100 мкм зернистость равна 10. Номер зернистости микрошлифпорошков определяют по верхнему пределу зерен основной фракции.

Для каждого номера зернистости абразивного материала устанавливаются не только размерные параметры отдельных фракций, но и их содержание. Содержание основной фракции может быть различным. В зависимости от ее процентного отношения к номеру зернистости может добавляться буквенный индекс. При этом содержание отдельных фракций в абразивном материале изменяется в зависимости от его зернистости и способа классификации.

В процессе струйной ГАО большое значение имеет масса абразивных зерен, находящихся в объеме суспензии. Этот показатель зависит не только от физико-механических свойств абразивного материала, но и от размеров абразивных зерен (зернистости). С уменьшением размеров абразивных зерен изменяется насыпная масса. При струйной ГАО большое значение имеют не только физико-механические свойства абразивного материала, но и форма абразивных зерен, а также состояние их режущих кромок. Основными геометрическими параметрами, определяющими режущие способности абразив ного зерна, являются форма зерен, число вершин (режущих кромок) зерна, углы при вершинах и радиусы скругления вершин. Известно, что форма зерна в значительной степени зависит от условий кристаллизации, роста кристаллов и их структуры. Многие кристаллы искусственного происхождения не имеют правильной геометрической формы. Даже природные абразивные материалы часто не являются кристаллами правильной формы. Кроме того, кристаллы таких распространенных абразивных материалов, как электрокорунд и карбид кремния, не имеют плоскостей спайности. Вследствие этого при их дроблении не обеспечивается получение однородной и определенной формы зерен. У абразивных зерен, как правило, отсутствует правильная геометрическая форма.

Встречаются зерна, форма которых подобна октаэдру, тригональному трапецоиду, ромбическому тетраэдру, трехгранной призме, шаровидным многогранникам. Некоторые из зерен бывают удлиненными, иглообразными, мечевидными, пластинчатыми. Зерна карбида кремния зеленого имеют гладкую поверхность граней, больше прямолинейных режущих кромок и более сложную и разнообразную их конфигурацию, зерна электрокорунда шероховатую поверхность и более простую конфигурацию.

Работоспособность, абразивного зерна во многом определяется его формой. Зёрна игольчатые, пластинчатые быстро разрушаются, так как имеют недостаточную прочность. Зерна неправильной формы, обычно являющиеся соединениями двух и более зерен, также имеют малую прочность и быстро разрушаются при работе.

Абразивный материал содержит крупную и более мелкие фракции. При струйной ГПАО абразивные частицы в момент удара имеют скорость более 60 м/с и могут разрушиться при первом же взаимодействии с обрабатываемой поверхностью. Исследования показывают, что абразивная способность зерен снижается в течение первых 3...4 часов обработки, в дальнейшем этот процесс замедляется.

Заказать звонок