Неоспоримой популярностью на обрабатывающих производствах пользуется алмаз. До определенного периода он считался незаменимой составляющей режущего инструмента. С развитием научно-технического прогресса на рынке абразивных и режущих материалов появился эльбор. Эльборовый инструмент не уступает по твердости и плотности своему конкуренту.
Особенности вещества эльбор
Графитоподобная модификация получена при нагревании бора и азота в одинаковых пропорциях при температуре 1700 — 1800°C и давлении от 8 до 12 ГПа в присутствии катализаторов. Технологию получения вещества разработали в Научно-исследовательском институте абразивов и шлифования во времена существования Советского Союза. Работа осуществлялась совместно с сотрудниками Ленинградского . Отечественный материал получил аббревиатуру КНБ. Химическая формула вещества BN дает ему втрое название – боразон.
Виды эльбора, отличающиеся по цвету:
- Марки ЛКВ60 и В5 имеет желтые прозрачные кристаллы октаэдрической формы, синтезируемые в системе Li-B-N.
- Марки ЛКВ40 и ЛКВ50 образуются в присутствии Mg и N и содержат в кристаллической решетке избыток бора, который дает веществу черно-коричневый цвет.
Зарубежные аналоги боразона принято обозначать cBN.
Достоинства эльбора
Показатели твердости материала почти не уступают популярному природному минералу, в 3-4 раза превосходят абразивы карбида кремния и электрокорунда. Эльборовые зерна обладают повышенной износостойкостью, в процессе эксплуатации они долгое время сохраняют остроту.
Окисление зернистой поверхности боразона начинается при 1000 — 1200°C, у алмаза при 600-700°C. Инструмент на основе КНБ может работать при возникновении критических температур при шлифовании в жестких режимах. Термическая и химическая стойкость вещества позволяет выдерживать температурные нагрузки без преждевременного изнашивания абразивных зерен.
Алмаз подвергается быстрому изнашиванию при шлифовании сталей. Эльбор хорошо зарекомендовал себя при выполнении таких задач, не теряет своих прочностных характеристик. Материал инертен почти ко всем химическим элементам. Наряду с природным абразивом он не вступает в реакцию с кислотами и щелочами.
Промышленные способы производства позволяют получать боразон с необходимыми физическими и техническими свойствами в зависимости от назначения.
Инструмент из эльбора
Боразон применяется для изготовления отдельных элементов и составных частей шлифовальных машин, а также в качестве самостоятельного орудия для обработки поверхностей. По срокам эксплуатации эльборовый инструмент превосходит орудия из алмаза и других абразивов. Характерной особенностью КНБ является более мягкая шлифовка поверхностей.
Эльборовый круг
Шлифовальные круги из боразона производятся в соответствии с требованиями ГОСТ 24106- 80. В документе обозначены величины всех показателей качества. В его таблицах для каждой марки указываются следующая информация:
- относительная концентрация эльбора;
- степень твердости;
- предельные отклонения высоты круга;
- диаметр посадочного отверстия;
- ширина, высота;
- зернистость слоя.
Круги из эльбора маркируются с поочередным указанием данных параметров. Это облегчает выбор требуемого шлифовального круга.
В качестве ознакомительного материала о размерах и типах кругов можно использовать информацию ГОСТ 17123 — 79. Однако необходимо учитывать, что данный документ утратил силу в Российской федерации.
Маркировка абразивного инвентаря должна иметь следующие обозначения:
- тип, размеры;
- материал;
- зернистость абразивного слоя;
- твердость;
- рабочая скорость;
- концентрация эльбора;
- используемая связка.
На кругах диаметром больше 225 мм, перечисленная информация наносится на корпус. На инструменте меньшего диаметра присутствуют показатели первостепенной важности. Для продукции размером до 50 мм предусмотрено использование этикеток.
Корпус круга делают из металла или керамики. От используемого материала напрямую зависит максимальная скорость. Для металлического корпуса она составляет 125 м/с, керамического 60 м/с, метало-керамического 80 м/с.
Перед транспортировкой шлифовальный инструмент обворачивается упаковочным материалом для защиты абразивного слоя от повреждений, укладывается в коробки с прокладками, предохраняющими его от перемещения внутри.
Применение эльборовых кругов в зависимости от состава связок
Вещество, превращающее абразивные зерна шлифовального инструмента в однородную плотную массу, называется связкой. Для каждого вида обрабатываемого материала используется свой вид связующих элементов. Эти составляющие определяют, для какого вида работ предназначен шлифовальный инвентарь. Существует три основных типа связок.
- Органическая. На инвентарь с таким связующим веществом наносится маркировка в виде буквы «О». Данный вид наполнителя используют для производства кругов, предназначенных для заточки стального режущего инструмента, шлифования направляющих станин, плоского шлифования труднообрабатываемых сталей. Инструментом из боразона на органической связке проводят обработку стружечных канавок, прорезку пазов.
- Керамическая. Обозначается буквой «К» или латинской «V» . Эльборовые круги на данной связке применяются для шлифования высокоточных деталей из сталей и сплавов. Их используют при круглой внутренней и плоской обработке изделий с резьбой и зубцами, отверстий, дорожек малогабаритных прецизионных подшипников.
- Металлическая. Имеет маркировку в виде буквы «М». Походит для шлифовки резьбы с малым шагом, чистового хонингования сталей. Инструмент с таким типом вязки может использоваться для обработки деревянных, каменных, керамических и композитных поверхностей.
Круги из боразона могут применяться для выравнивания поверхности раскаленных и охлажденных металлов. Они подходят для финишной обработки изделий. Шлифование инструментом с любым видом вязки проводят с сухим охлаждением или с использованием жидкостей. В роли охладителя применяют воду, специальные эмульсии и индустриальное масло.
Преимущества эльборовых кругов
Октаэдрическая структура материала позволяет проводить обработку мягко и доводить шлифованные поверхности до зеркального состояния.
Преимущества:
- Структура боразона по твердости уступает только алмазу.
- Стоимость инвентаря из КНБ ниже, чем у кругов из природного минерала.
- Высокий уровень износостойкости за счет долгого сохранения остроты зерен.
- Стойкость к высоким термическим нагрузкам.
- Возможность шлифовать легированные стали со сложным химическим составом.
Перечисленные преимущества способствуют повышению спроса на данный инструмент в промышленности, станкостроении и машиностроении.
Эльборовый резец
Данный инструмент предназначен для снятия слоев поверхности с деталей. Форма резца может быть прямолинейной и радиусной. Углы заострения передней и задней кромок тоже разные.
Резцы из эльбора выпускаются длиной от 40 до 125 мм с шагом от 20 до 80 мм и более. Величина рабочей части режущего элемента определяет диаметр основы, имеет размеры от 10 до 40 мм. Толщина внутреннего стержня резца от 6 до 12 мм. Производятся массивные резцы для грубой обработки и коррекции формы детали. Технические характеристики описаны в ГОСТ Р 50302-92 или ГОСТ 13297-67.
Применение и преимущества эльборовых резцов
Данный инструмент предназначен для врезания, выполнения прохода при фрезеровании, точения деталей, шлифования на токарных и расточных станках, оборудовании с ЧПУ и встроенном в автоматические линии.
Форма режущих кромок и тип резца зависит от назначения, вида станков и обрабатываемого материала. Свойства резцов из боразона обязательно учитываются при выборе эффективного способа применения. Востребованность эльборовых резцов и вставок обеспечивают следующие преимущества:
- сохранность остроты во время эксплуатации;
- способность зерен к самозатачиванию;
- высокая режущая способность;
- стойкость к термическим нагрузкам, отсутствие прижогов обрабатываемой детали;
- удобный отвод снимаемой стружки;
- качество чистоты поверхности превышает класс точности алмазных резцов.
Благодаря этим достоинствам при работе инструментом из боразона появляется возможность выбора ускоренного режима операции. Это значительно повышает производительность труда.
Качественные характеристики эльборовых резцов:
- Прочность кристаллов, полная инертность к железу позволяет использовать резцы для тонкого чистового и получистового точения и растачивания деталей из закаленных сталей с повышенной твердостью и чугунов.
- Высокая износостойкость боразона дает возможность проводить обработку деталей, требующих сохранения геометрической точности.
- Эльборовыми инструментом полируют и шлифуют резьбы, зубцы, твердые сплавы, жаропрочные стали, стекла, кремний. Резцы находят применение для обработки керамики, мрамора, гранита, драгоценных камней.
Обработку металлов, обладающих низкими показателями твердости, не рекомендуется проводить инструментами из боразона. В процессе шлифования мягких сплавов может произойти деформация поверхности.
Применение эльборовых кругов
Основная область использования инструмента – шлифование и заточка, применяется он и как самостоятельное орудие, и как элемент шлифовальных машин. Эффективны круги при обработке малых отверстий, профильных, зубчатых, винтовых и резьбовых направляющих, других изделий, для которых важно соблюдение заданной геометрической точности.
С помощью эльборовых кругов выполняется доводка и заточка режущего инструмента, изготовленного из быстрорежущих сталей (в том числе ленточных пил), суперфиниширование сталей закаленных, прецизионное зубошлифование и резьбошлифование.
Эльборовые шлифовальные круги лучше других абразивных материалов служат при обработке деталей из цементированных, сложнолегированных, подшипниковых, азотированных, и штамповых сталей с высоким содержанием кобальта, ванадия, вольфрама, молибдена.
Высокопористые круги эффективны при работе и с менее твердыми сплавами, основой которых служит никель, и износостойкими покрытиями: детонационных, плазменных, закаленного чугуна и хрома.
Использование боразоновых кругов повышает качество и точность обработки, увеличивает производительность и приносит значительную экономию.
Требования ГОСТ
Шлифовальные эльборовые круги изготавливаются в соответствии с ГОСТом 24106-80, в котором обговариваются требования к эльборосодержащему слою и корпусу, указывается относи тельная концентрация, зернистость и марка эльбора. Размеры и типы кругов определяются ГОСТом 17123, а скорости, при которых используется инструмент, определяются его механической прочностью и могут соответствовать 60, 50, 45 или 35 метрам в секунду.
Основные технические характеристики
К основным относятся четыре характеристики:
- тип круга согласно ГОСТа 17123;
- наружный диаметр (до 10мм, 100-200мм, 30-135мм и т.д. с максимальным значением 500мм);
- зернистость;
- степень твердости.
К другим данным относятся возможность работы всухую или с применением охлаждающей жидкости, максимальный параметр шероховатости, измеряемый в микрометрах, наработка инструмента в квадратных метрах и период стойкости в минутах.
Корпус круга
В качестве материала корпуса используется керамика или металл, по прочности и жесткости отвечающие требования безопасности. От материала корпуса зависит максимальная скорость работы станка:
- керамический корпус — до 60 м/с;
- керамика, в которой вклеен корпус из стали — 80 м/с;
- металлический корпус — 125 м/с.
Применение кругов с различными связками
| Связка | Обозначение | Примечание |
| Органическая | О | Заточка режущего инструмента из быстрорежущих сталей. Шлифование направляющих станин. Плоское шлифование труднообрабатываемых сталей |
| Керамическая | К | Круглое внутреннее и плоское шлифование режущего инструмента и других деталей из труднообрабатываемых сталей. Резьбошлифование и зубошлифование. Шлифование отверстий и беговых дорожек малогабаритных прецизионных подшипников |
| Металлическая | М | Шлифование резьбы с малым шагом. Чистовое хонингование сталей |
CBN-круги с керамической связкой высокопористые, это позволяет снизить их засаливаемость, уменьшить частоту правок и улучшает подачу охлаждающей жидкости при мокром способе работы. В результате рабочий интервал температур может повышаться без появления прижогов. Эти круги эффективны при выполнении профильного и глубинного шлифования, обработке сталей с пониженной твердостью, жаропрочных т вязких сплавов. Обычная для кругов с керамической связкой концентрация зерна – 100%, если этот показатель выше, увеличивается и срок службы круга, а так же его режущая способность.
Органические связки предназначены для кругов, используемых при выполнении следующих работ:
- чистового шлифования и заточки инструмента, изготовленного быстрорежущих сталей (вольфрамовых – Р9, Р19, Р18, вольфрамо-молибденовых — P6M5), легированных кобальтом и ванадием с повышенной производительностью (Р12Ф4К10М2, Р12Ф5К5, P9Ф5);
- окончательного и чистового шлифования прецизионных деталей изготовленных из высокотвердых сталей (HRS55 и более), конструкционных высоколегированных, нержавеющих и жаропрочных сталей, высокоточная обработка которых обычным абразивным инструментов невозможна;
- окончательного и чистового шлифования ходовых винтов направляющих станов и других прецизионных крупногабаритных деталей, при обработке которых значительно увеличивается температура, приводящая к деформации;
- окончательного и чистового шлифования на станках, действующих в полуавтамотаческом и автоматическом цикле.
От вида связки зависит зернистость эльборосодержащего слоя. Так, для керамической связки ее показатели должны быть равны 250/200 -14/10. А для связки органической — 250/200 -3/2.
Вне зависимости от вида связки эльборовые круги могут работать как с водяным охлаждением, так и с применением сухого метода. В качестве охлаждающей жидкости используется специальная эмульсия, индустриальное масло (с добавлением сульфофрезола или без него), водяной раствор нитрата натрия и т.д.
Зернистость эльбора
Эльбор для кругов может быть в виде шлифпорошка, микропорошка или зерна. От размеров зерна зависит применение круга, это распределение можно увидеть в таблице:
| Зернистость | Размер зерна основной фракции, мкм | Применение |
| ЛМ1 | 0-2 | Доводка |
| ЛМ3 ЛМ5 ЛМ7 ЛМ10 ПМ14 ЛМ20 | 1-3 3-5 5-7 7-10 10-14 14-20 | Полирование |
| ЛМ28 ЛМ40 Л4 Л5 | 20-28 28-40 40-50 50-63 | Тонкое шлифование, суперфиниширование |
| Л6 Л8 Л10 | 63-80 80-100 100-125 | Тонкое шлифование |
| Л12 Л16 Л20 Л25 | 125-160 160-200 200-250 250-315 | Шлифование |
Концентрация эльбора
Кроме зернистости, имеет значение и концентрация эльбора. Максимальный показатель концентрации составляет 150%, минимальный – 25%, кроме того, выпускаются круги с показателями концентрации 125, 100, 75 и 50%. В кругах с концентрацией 100% (самых распространенных) в абразивном слое содержится 0,878 мг эльбора на 1 мм3.
Выбор этой характеристики зависит от условий использования и других данных:
- высокая концентрация материала в кругах , зернистость которых 150/125 и больше, с диаметром меньше 50мм, чашечного профиля и шириной рабочего слоя меньше 5мм, предназначенных для профильного шлифования;
- средняя применяется в кругах с зернистостью 125/106 — 63/53, с чашечным профилем и широким рабочим слоем (7-20мм), для большинства операций;
- низкая концентрация используется в мелкозернистых кругах (40/28 и меньше).
Твердость
Твердость характеризует прочность, с которой зерна удерживаются в связке. Этот показатель определяет работоспособность инструмента. Маркируется согласно стандартам ISO или по российским стандартам:
| Группы твёрдостей | Мягкие | Средние | Твёрдые | |||||||
| Стандарт России | М3 | СМ1 | СМ2 | С1 | С2 | СТ1 | СТ2 | СТ3 | Т1 | Т2 |
| Стандарт ISO | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S |
Марки эльбора
Для эльборосодержащего слоя кругов используется материал различных марок, каждая из которых предназначена для определенного вида работ:
| Марка ЭЛЬБОРА | Характеристика материала | Связка | Применение |
| ЛО | материал средней прочности | керамическая | чистовое шлифование |
| ЛП | материал повышенной прочности | керамическая | чистовое шлифование |
| ЛКВ | материал высокой прочности | керамическая, металлическая | хонингование, высокопроизводительное шлифование |
| ЛКВ30 | материал высокой прочности | керамическая | чистовое шлифование закалённых легированных сталей, подшипниковых сталей |
| ЛКВ40 | материал высокой прочности | керамическая, металлическая | высокопроизводительное шлифование закалённых легированных сталей, подшипниковых сталей, хонингование |
| ЛКВ50 | материал очень высокой прочности | керамическая, металлическая | высокопроизводительное и глубинное шлифование закалённых легированных сталей, подшипниковых сталей, специальных сплавов. |
| ЛОС, ЛПС | материал с керамическим покрытием | органическая | заточка режущего инструмента |
| ЛКВ40М, ЛКВ50М | материал с металлическим (никелевым) покрытием | органическая | заточка режущего инструмента, заточка на станках с ЧПУ, вышлифовка стружечных канавок |
| ЛМ | микропорошки | керамическая, органическая | суперфиниширование, полирование, притирка |
Типы эльборовых кругов
Для выполнения различных работ выпускается множество эльборовых кругов с разными профилями и типами, каждый из которых обозначается своей аббревиатурой:
| Обозначение типа | Описание |
| 1A1 | Плоские прямого профиля |
| A8 | Плоские прямого профиля без корпуса |
| 1E1, 1E6Q, 1D1 | Плоские с двухсторонним коническим профилем |
| 1V1, 1R1 | Плоские с односторонним коническим профилем |
| 1А2 | Плоские прямого профиля |
| 1F1X | Плоские с полукругло-выпуклым профилем |
| 4V9 | Профильные |
| 6A2 | Плоские с двухсторонней выточкой |
| 9A3 | 1A1 |
| 12A2-45, 11A2, 12V5-45, 12B2, 12C2 | Чашечные конические |
| 12R9, 12V9, 12A2-20, 12R4, 12V5-20 | Тарельчатые |
| 14A1 | Плоские прямого профиля |
| 14EE1 | Плоские с двухсторонним коническим профилем |
