Основные характеристики сверхтвердых шлифовальных материалов

Шлифовальный инструмент, изготовленный из суперабразивных материалов - эльбора и алмаза, нашел широкое применение в различных областях промышленности.

Алмаз является самым твердым из всех известных в природе минералов. Его абразивная способность значительно выше, чем у всех применяемых абразивных материалов. Эльбор (кубический нитрид бора, КНБ) - синтетический сверхтвёрдый материал, который алмазоподобную кристаллическую решетку и по твердости уступает только алмазу, но имеет более высокую температурную стойкость.

Свойства абразивных материалов

Материал

 Микротвердость, х 102МПа    

Температурная устойчивость, °С

Алмаз

1000

650.. .700

Эльбор

800...900

1200...1400

Карбид кремния

300...320

1200...1300

Электрокорунд

180...220

1500...1700



Алмаз имеет низкую температурную стойкость (~650°С) и высокое химическое сродство с железом. Эти недостатки не позволяют эффективно применять алмазные круги для шлифования основного машиностроительного материала — стали, основой которой является железо.

Наиболее широко используют инструмент из алмаза в производстве режущего инструмента из твердых сплавов, режущей керамики и композитов, в производстве деталей из технической керамики, в радиоэлектронной и оптической промышленности.

Относительно новой областью применения алмазных кругов является шлифование режущих пластин из композитов на основе кубического нитрида бора и алмаза (названия в зарубежной литературе соответственно PCBN и PCD).

Алмазные круги широко используются при шлифовании и разрезке стекла, в том числе кварцевого и оптического, полупроводниковых материалов, драгоценных, полудрагоценных и синтетических камней, материалов на основе графита.

Высокая твердость эльбора, в 3...4 раза превосходящая твердость традиционных абразивов, является важным преимуществом, так как значительно уменьшает износ зерен эльбора при шлифовании и длительное время сохраняет их остроту.

Другим важным свойством и преимуществом эльбора является температурная устойчивость: заметное окисление поверхности зерен эльбора начинается с 1100... 1200°С. Такие температуры при шлифовании являются мгновенными (время контакта зерна с обрабатываемой поверхностью заготовки составляет 10'4...10'6 с) и возникают только при очень жестких режимах шлифования. Очевидно, что зерна эльбора очень мало изнашиваются от термических нагрузок.

Важным свойством и преимуществом эльбора является также его высокая химическая инертность. Эльбор не реагирует с кислотами и щелочами, инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и сплавов. Особо следует отметить инертность эльбора к железу, являющемуся основой всех сталей, тогда как алмаз активно взаимодействует с железом, что является причиной интенсивного износа алмазных кругов при шлифовании сталей.

Таким образом, эльбор, как абразивный материал, обладает следующими преимуществами при шлифовании:

  • длительно сохраняет остроту зерен, что обуславливает высокую режущую способность и стойкость кругов;

  • выдерживает высокие термические нагрузки, что позволяет интенсифицировать режимы шлифования;

  • позволяет шлифовать сложнолегированные стали и сплавы без адгезионного и диффузионного износа зерен эльбора.

Наиболее широко инструмент из КНБ применяют в автомобильной промышленности, подшипниковой промышленности, станкостроении, авиационной промышленности, в производстве режущего инструмента, штампов, прессформ и измерительных инструментов.

Таким образом, эльбор и алмаз не являются конкурентами в технологии шлифования, а имеют существенно разные области эффективного применения.

Ниже приведены обобщенные данные по применению абразивных материалов для шлифования различных групп материалов.