Алмазный и эльборовый (CBN) инструмент WINTER

Уже более чем 160 лет торговая марка WINTER (Германия) имеет заслуженную репутацию производителя высокоточного и высокопроизводительного алмазного и эльборового (суперабразивного*) инструмента.

Компания WINTER входит в состав концерна Saint-Gobain Abrasives (Франция), мирового лидера по производству абразивного инструмента. Многие производители станков комплектуют своё оборудование при продаже кругами и правящим инструментом WINTER (например, такие как WALTER, Schutte, Gleason, Loroch, Schmidt, Rekord, Vollmer, GOCKEL, REFORM).

Широкий спектр стандартных кругов для станков, наиболее распространённых в Европе и России, всегда имеется на складах производителя и в кратчайшие сроки может быть доставлен покупателю. Также завод WINTER выполняет круги под заказ по техническим требованиям заказчика.

Наша компания с привлечением специалистов Saint-Gobain и WINTER осуществляет подбор спецификаций кругов под технологию обработки – клиент сообщает, каким оборудованием и деталью располагает, что надо получить в итоге и мы, в течение 1…3-х дней, даём предложение по кругам, их стоимости и условиям поставки.
Спектр продукции WINTER можно разделить по сферам производства, где его применяют:

• инструмент (производство и заточка)
• автокомпоненты
• электроника
• аэрокосмонавтика
• подшипники
• плоское стекло
• оптические стёкла

Техническая информация WINTER

• Основные рекомендации по применению кругов WINTER
• Основные сведения по алмазным и эльборовым кругам
• Расшифровка спецификаций кругов WINTER
• Параметры кругов
• Профили
• Таблица сопоставления размера зёрен в разных стандартах
• Таблица концентраций зерна

*Суперабразивы – весь спектр абразивного инструмента на основе алмазного и эльборового (CBN) зерна

Основные рекомендации по применению кругов WINTER

• Для шлифовки твёрдого сплава используем круги алмазные
• Для шлифовки быстрорежущей стали (HSS) используем круги эльборовые (CBN)
• Для изготовления инструмента используются круги на органической связке
• Ширина алмазного слоя должна быть меньше, чем ширина шлифуемой поверхности
• Толщина абразивного слоя не влияет на параметры шлифовки и качество получаемой поверхности, но круги с большей толщиной экономически более выгодны
• Размер зерна выбирают крупным насколько допустимо по технологии для получения нужной чистоты поверхности
• Концентрация зерна должна соответствовать типу операции (см. ниже о концентрациях)

Алмазные шлифовальные круги
Эльборовые шлифовальные круги

Из Основного каталога WINTER

Термин "Шлифование" определён в Немецком Промышленном стандарте DIN 8589 как абразивное резание с геометрически неопределёнными режущими краями. Все шлифовальные круги имеющие абразивный слой с алмазами или кубическим нитридом бора (CBN) согласно данному стандарту DIN 8589 являются шлифовальным инструментом. Их режущие края образованы абразивными зёрнами алмаза или CBN.

Шлифовальные алмазные и CBN круги WINTER известны и используются по всему миру. Их репутация, как продукции высшего качества выстроена интенсивными исследованиями и широчайшим опытом в производстве и глубиной знаний в сферах их применения.

Алмазный абразив отличает непревзойдённая твёрдость и износостойкость, поэтому их используют при абразивной обработке твёрдых, хрупких материалов и материалов со стружкой надлома при резании таких как стекло керамика, кварц, ферриты, полупроводниковые материалы, графит, износостойкие нанесённые распылением или сваркой сплавы, пластики армированные стеклом и подобные труднообрабатываемые материалы. В особых случаях алмазный инструмент может быть экономически оправдан при обработке литых сталей и чугуна.

Свойства шлифовальных кругов можно изменять, чтобы они могли обеспечивать как черновое шлифование, так и чистовое и тонкое. Алмазные круги характеризует низкий износ даже при высоких скоростях съёма металла, соответственно с ними можно получать необходимую форму детали, размер и допуска даже для трудно шлифуемых материалов.

Сравнение ценового уровня между обычными абразивами (оксид алюминия и карбид кремния) и алмазными показывает, что алмазные, используемые на соответствующем шлифовальном оборудовании, являются более экономически выгодными при шлифовании спечённых карбидов и труднообрабатываемых материалов.

Охлаждающая жидкость должна использоваться всегда, когда возможно, чтобы достичь высокой скорости съёма материала при сохранении низкого износа алмазного круга.

Кубический нитрид бора (CBN), подобно алмазам, получают методом высокотемпературного синтеза при высоком давлении. Процесс производства круга с CBN абразивом почти аналогичен производству алмазных кругов. CBN является вторым по твёрдости материалом из абразивов, уступая лишь алмазу. По сравнению с алмазом он имеет экономические преимущества при шлифовании чёрных металлов, таких как сталь. По сравнению с обычными абразивами CBN имеет преимущества, особенно в шлифовании трудно обрабатываемых сталей с большим легированием и твёрдостью от 55 HRC и выше, например быстрорежущих и хромистых сталей. CBN круги отличаются значительно меньшим износом, что облегчает достижение требуемого профиля детали и точности размеров. Особое преимущество CBN кругов в шлифовании труднообрабатываемых материалов заключается в том, что они вызывают меньшее повреждение целостности поверхности детали, поэтому инструмент из быстрорежущей стали (HSS), прошлифованный CBN кругами, зачастую имеет более долгий срок службы, чем инструмент, прошлифованный кругом с обычным абразивом.

Данные для заказа – критерии выбора

Данные для заказа
Пример ниже показывает для профиля круга 6A2, какие детали необходимы для полного описания шлифовального круга. Соответствующие данные применимы для всех других профилей круга. Если у Вас есть артикул (многозначный номер, указанный на упаковке или самом круге), то обязательно его укажите в своём заказе.

Пример расшифровки спецификации кругов WINTER
(первый алмазный круг, второй CBN)

Зелёным выделено отличие в обозначении этих групп кругов. То, что красным может совпадать.

Отличия в обозначениях алмазного и CBN кругов:

1/ зерна
для алмаза - D54, D64, D126, и др.
для эльбора - B54, B64, B107, B126, и др.

2/ связки
для алмаза –
"K-plus", "K-plus 1412", "W+3060", "Gresso" для органической связки,
"BZ, ST, T и H", "M-plus 789", "VFF VF и VP" для металлической связки,
"S" для гальванической (есть и другие)

для эльбора –
"KSS" для органической связки,
"MSS", "B-MS" для металлической связки,
"VSS" для керамической
"GSS" для гальванической (есть и другие)

3/ концентрации
для алмаза - С75, С100, С125, и др.
для эльбора - V120, V240, V320, и др.

Параметры круга

Материал основы круга и профили основ

Основа круга в большинстве случаев является определяющим фактором статической и динамической прочности круга. В зависимости от типа абразива и желаемых параметров шлифования основа может быть изготовлена из алюминия, композита алюминия со смолой (стандартное решение для кругов на органической связке), различной синтетической смолы, стали или керамического материала. Правильный выбор материала основы позволяет произвести круги с более высокими скоростями резания – их скорость разрушения лежит выше интервала современных методов испытаний для повышенных периферийных скоростей. В экспериментах с CBN кругами была продемонстрирована скорость резания в 200 м/с.

Наиболее важные профили кругов закодированы в Стандарте FEPA для Алмазных и CBN шлифовальных кругов, который был принят ISO как ISO 6104-1979 и DIN как DIN 69800ff. Специфические параметры каждого применения кругов должны быть учтены. Материал основы имеет основное влияние на вибрацию и тепловые характеристики круга; это качественно показано в таблице ниже для кругов на органической связке.

Ширина алмазного слоя (W)

Ширина алмазного слоя влияет не только на экономические показатели, но и на характеристики шлифования.
При шлифовании съём металла идёт в пределах контактной площади А, получаемой пересечением кольца абразивного круга с шириной W и участком детали с высотой h.
В общем случае площадь контакта должна быть как можно меньшей, т.е. ширина кольца алмазного слоя должна стремиться к минимуму.

 

Высота абразивного слоя (X)

Более высокий слой является более экономически оправданным, поскольку этот параметр не так существенно влияет на стоимость производства круга. На практике это значит, что круг, имеющий в два раза выше слой, стоит меньше, чем в два раза дороже. Высота слоя, как правило, не оказывает влияния на процесс шлифования.

Специальные размеры

Нестандартные размеры круга могут быть выполнены по специальному заказу, что приедёт к увеличению срока поставки и дополнительным затратам.

Посадочное отверстие (Н)

Круги WINTER производятся в соответствии с квалитетом H6, это обеспечивает оптимальные параметры шлифования сразу же после монтажа круга на станок, при условии точности фланцев с минимумом отклонения от концентричности и параллельности поверхностей.

Размер зерна

Размеры зёрен для алмаза и CBN приведены в таблице ниже. Видно, что Стандарт FEPA одну и ту же систему для обоих типов зёрен. Обозначение зерна отличается – буква D для алмаза и B для CBN, которая ставится перед индексом зерна. Стандарт FEPA для обозначения зёрен по принципу "ячейки сита" (индекс зерна по FEPA показывает, сколько ячеек приходится на один дюйм чтобы просеять в них зерно определённого размера) заканчивается на зерне D 46 и B 46, как на самом мелком. Далее идут "микронные порошки". Стандарт FEPA также существует для микронных размеров, но с обозначением уже по другому принципу, однако WINTER использует свой стандарт с обозначением D 25 … D 0.25 для алмаза и B 30 … B 1 для CBN.
Существует значительная разница между микронными зёрнами и зёрнами с индексами по "ячейки сита". Даже когда данные по распределению зерна одинаковы, допуски для микронных зёрен намного меньше. Это приводит к меньшим скоростям съёма и более однородному и лучшему финишу поверхности детали при работе круга с микронным зерном. Обозначение зерна, введённое FEPA, было одобрено организациями ISO в стандарте ISO 6106-1980 и DIN в стандарте DIN 848 T 1, 1980.

У круга, работающего в правильных условиях шлифования, вершины зёрен должны выступать над поверхностью связки около 1/5…1/3 диаметра зерна; удаление материала шлифуемой детали невозможно с выступанием зёрен меньше этих значений. Следовательно, размер зерна является ограничивающим фактором для скорости поперечной подачи (на врезание) при возвратно-поступательном шлифовании и для величины поперечной подачи при глубинном шлифовании.

На практике это значит: - Избегайте больших скоростей поперечной подачи с мелкозернистыми кругами
- Используйте круги с крупным зерном для чернового шлифования
- Чрезмерно высокие скорости поперечной подачи вызывают ускоренный износ связки, быстро увеличивающий выступание зёрен над связкой. Это ослабляет силы удерживания зерна в абразивном слое круга и их зёрна раньше времени выпадают из связки, что существенно сокращает срок службы круга.

Справедливо следующее утверждение – круг с более крупным зерном, как правило, имеет больший срок службы, причём без дополнительных затрат, поскольку размер зерна не влияет на стоимость круга.

Главное правило выбора размера зерна:
- Не "мелкое, насколько возможно", а " крупное, насколько допустимо"

Выбор размера зерна CBN круга не настолько сильно влияет на качество поверхности обрабатываемой детали как для алмазного зерна. Поэтому для CBN зёрен нет широкого выбора по размеру отдельно для чернового и чистового шлифования, обычно выбирается средний размер зерна, например B 91 … B 151.

Таблица сопоставления стандарта FEPA для алмазных и CBN зёрен и обозначений WINTER для микронных размеров

Связки

Удерживающая сила связки определяет характеристики шлифовального круга. Для алмазных или CBN частиц, находящихся в связке, этот параметр важен, поскольку в процессе шлифования они находятся под силовым и температурным воздействием. С другой стороны, связка также должна обеспечивать пространство для удаления стружки. Для различных операций шлифования требуются разные связки:

Органические связки (на основе синтетических смол)
WINTER их обозначает следующим образом:
- “K-plus”, “GRESSO” для алмаза
- “KSS” для CBN.
Органические связки используют при сухом шлифовании и с использованием СОЖ, при ручной и автоматической подаче станка, так как они обладают способностью частично адаптироваться к требуемым параметрам операции шлифования. В основе таких связок лежит фенольные или полиамидные смолы. Их интенсивное исследование и работы по развитию привели к тому, что на данный момент более 50% всех производимых кругов с алмазным и CBN зерном имеют органическую связку.

Металлические связки
WINTER их обозначает следующим образом:
- “BZ, ST, T и H” / “M-plus 789” / “VFF, VF и VP” для алмаза
- “MSS” / “B-MC” для CBN.
Металлические связки наиболее распространены на основе бронзы (BZ и ST), и в особых случаях твердосплавные связки (T + H). Связки D-MC и B-MC подобны бронзовым связкам, но в отличие от остальных металлических связок их можно профилировать дроблением. Круги со связкой VFF используют в основном для шлифовки поликристаллического алмаза. Металлические связки обеспечивают высокий срок службы круга, но существенно проигрывают органическим связкам по скорости съёма материала детали. Исключением являются связки D- и B-MC.

Гальванические связки
WINTER их обозначает так:
- “S” для алмаза
- “GSS” для CBN
Связывание одиночного слоя абразивных зёрен с телом корпуса круга происходит в процессе гальванического нанесения слоя металла. Частицы зёрен могут выступать из связки на 30…50% от их диаметра, в зависимости от толщины гальванического покрытия.

Керамические связки
WINTER обозначение:
- “VSS” для CBN
Этот наименее распространённый вид связок подходит для материалов, образующих длинную стружку ввиду их пористости, используется только для CBN кругов при шлифовке определённых видов сталей с использованием СОЖ.

Связки на органической и керамической основе имеют диапазон твёрдостей. В рамках одного типа (названия) связки доступно несколько твёрдостей, это сделано для более точного соответствия круга конкретным условиям шлифования. Индекс твёрдости характеризует поведение круга или эффективную твёрдость шлифовального круга, другими словами, это характеристика сил резания и температур эксплуатации круга при шлифовке, но не характеристика поверхности круга сопротивления к проникновению

Основные закономерности изменения параметра твёрдости для разных связок

Характеристики связки

Критерии выбора связки

Износ связки и эффект самозатачивания
Частицы абразивного зерна не выступают из связки сразу после производства круга, за исключением кругов на гальванической связке. Выступающие зёрна абразива появляются в ходе дополнительного процесса обработки круга, когда связка вырабатывается. Как правило, это достигается правкой кругом с зерном из карбида кремния.

Шлифовальный слой нового круга (состояние при поставке)
После правки частицы абразива выступают над поверхностью связки примерно на 20…30% их диаметра. Такое выступание позволяет им внедряться в материал детали и начать шлифовать. Круги с гальваническим покрытием производятся таким образом, чтобы связка, фиксирующая зёрна к корпусу круга оставляла их на 30…50% свободными. Эти круги сразу готовы к шлифованию деталей.

Износ связки в процессе работы, эффект самозатачивания
Круг может работать непрерывно, без правки, если абразивные зёрна и связка изнашиваются равномерно, это происходит, когда спецификация круга подобрана правильно (размер зерна – связка – концентрация) и верно выбраны режимы шлифования. Такое шлифование сопровождается эффектом самозатачивания. Он может быть описан как процесс, при котором круг непрерывно обновляется сам и освобождается от частиц, которые уже не могут резать. Самозатачивание обусловлено вырыванием частиц связки круга деталью в процессе шлифовки, что приводит к обнажению острые краёв новых зёрен, так что круг остаётся в состоянии свободного резания.

Шлифовальный круг с плохим эффектом самозатачивания
Недостаточный износ связки или чрезмерное осыпание зерна из абразивного слоя круга делает круг "тупым", зёрна недостаточно выступают над связкой или не выступают совсем. Это вызывает торможение, следы вибраций, термическую и механическую перегрузку с соответствующими повреждениями круга и детали.
И, наоборот, излишне агрессивный круг имеет слишком сильный износ связки. Круг изнашивается очень быстро и не экономичен.

Исключение: однослойные круги с гальванической связкой
На кругах с гальванической связкой, имеющих один слой, зёрна выступают над связкой в различной степени, в пределах их размеров, интервалов распределения и в зависимости от случайного расположения на корпусе круга. Такие новые круги имеют очень агрессивные характеристики шлифования, но они уменьшаются в процессе работы с естественным износом. Говорить об эффекте самозатачивания для них не приходится, так как новых частиц по мере износа связки не появляется.
Для многослойных кругов характер износа аналогичен кругам со спечённой металлической связкой и эффект самозатачивания возможет.

Заключение
Оптимальной связкой является та, которая обеспечивает корректные характеристики износа, а не более износостойкая. Можно сказать, что круг с неизнашивающейся связкой не может сохранять способность к шлифованию детали.

Концентрация зерна

Значение концентрации определяет пропорцию алмаза или CBN в абразивном слое круга. Основное правило выбора соответствующей концентрации – более высокие концентрации для малой зоны контакта при шлифовке и более крупных зёрен, низкие концентрации при большой площади контакта со шлифуемой деталью и мелком зерне.
Основное значение концентрации C100 для алмаза означает, что каждый см3 слоя абразива содержит 4.4 карата алмазного зерна (1 карат=0.2 грамма), что соответствует 25% объёма.
Для CBN кругов основное значение концентрации V240 означает, что 24% слоя абразива занимает CBN зерно.
Эти значения концентраций не применимы для кругов с гальваническим покрытием.

Концентрация – это один из наиболее важных параметров круга. Он определяет скорость удаления материала детали (производительность операции) и срок службы круга, а также влияет на форму и точность размеров шлифуемой детали. Однако, это не означает, что более высокая концентрация более эффективна для любой операции шлифования, значение концентрации должно соответствовать другим параметрам круга, оборудованию и параметрам операции шлифования.
Чем выше концентрация, тем выше цена круга.

Основные критерии для выбора концентрации зерна:

Высокие концентрации C100…C125 / V240…V300 когда есть:
- высокие требования к точности профиля и стабильности края круга
- малая ширина алмазного слоя
- твёрдость связки высокая
- грубое зерно
- глубинное шлифование

Стандартные концентрации C50…C75 / V120…V180 когда:
- прямой профиль круга для плоского и круглого шлифования
- чашечный круг, например для заточки инструмента
- большая ширина алмазного слоя
- мягкая связка
- мелкое зерно

Низкие концентрации C25…C38 / V90…V120:
- чашечный круг с очень большой шириной алмазного слоя
- круг со сверхмелким зерном