Природа эффективности нового инструмента. В настоящее время приоритетной тенденцией повышения работоспособности шлифовальных кругов на керамических связках из традиционных абразивов — корунда и карборунда является более существенное увеличение номера структуры, объемной пористости и диапазона их возможной твердости в сравнении с аналогичными параметрами, используемых в кругах с брендом «высокопористые».
Принципиальная новизна высокоструктурного инструмента с повышенной пористостью заключается в том, что в его составе снижается объемное содержание абразивного зерна: с 38…42% при структурах 10…12 ,применяемых при изготовлении высокопористых кругов, до 10…36% при более высоких номерах структуры 13…26. За счет варьирования рецептурными составами и использования специальных технологий производства высокоструктурных кругов возможно повысить их объемную пористость до 75% ( у высокопористых кругов она составляет 45…51,5%) и обеспечить степень твердости при повышенной пористости круга в пределах F…P ( у высокопористого инструмента только F…H).
  Объемно — структурное строение абразивного инструмента с минимальным содержанием зерна, однородно распределенных в объеме, и повышенной пористостью создает предпосылки для существенного расширения его технологических возможностей для реализации эффективных условий шлифования, включая освоение новых сем обработки.
С повышением структурности инструмента количество зерен в контактной зоне шлифования уменьшается, но при этом пропорционально возрастает средневероятное расстояние между ними и дискретность их распределения на площади контакта. Как следствие на одно режущее зерно в этом случае приходится больший объем удаляемого металла. Чем больше расстояние между режущими зернами, тем быстрее наступает так называемый «порог резания» — физический критерий, при котором начинается процесс диспергирования обрабатываемого материала. Происходит кардинальное перераспределение структуры работающих зерен: существенно снижается доля зерен, которые не режут, а только трут и деформируют металл, инициируя интенсивное теплообразование и формиро- вание шлифовочных дефектов, и до 90% возрастает количество зерен, выполняющих полезную работу удаления материала. В совокупности оказывается, что у круга, например, со структурой 16 на рабочей поверхности в зоне шлифования число абразивных зерен, выполняющих полезную работу резания, в 3,6 раз больше, чем у круга со структурой 6.
  В этом заключается физическая природа эффективного применения высокоструктурных кругов с повышенной пористостью. В результате создаются физические предпосылки снижения общей энергоемкости процесса формообразования детали с уменьшением на 30…50% термодинамического воздействия на её обработанную поверхность и практически исключения риска образования на ней прижогов, микротрещин и других дефектов шлифовочного характера. Особо надо отметить, что при правильном назначении характеристики высокоструктурного инструмента появляется также гарантия отсутствия не только визуально наблюдаемых шлифовочных дефектов на обработанной поверхности детали, но и скрытых дефектов на ней в виде слабых ожогов металла, отпущенного разупрочненного слоя и подповерхностных микротрещин. Появляются резервы интенсификации обработки увеличением параметров режима с более экономичной правкой инструмента без ущерба для качества шлифованной детали.
  Эффект повышенной надежности высокоструктурного инструмента, обусловленный благоприятными физическими условиями микрорезания, позволяет также использовать при необходимости более высокую степень твердости для качественного выполнения проблемных операций шлифования, где требуется повышенная его кромкостойкость и износостойкость. Наличие объемной разветвленной системы пор с карманами на поверхности круга способствует также активному охлаждению его и обрабатываемой детали, складированию стружки в поверхностных порах во избежание засаливания и в целом обеспечивает дополнительное улучшение комфортности процесса шлифования.
Для экономичной обработки высокоструктурным инструментом с его правкой алмазным роликом благоприятным является фактор уменьшения до 2-х раз абразивных зерен, подвергаемых восстановлению, при сопутствующем снижении интенсивности изнашивания алмазных зерен правящего инструмента и повышения его рабочего ресурса.

  Эльборовые круги. У шлифовальных кругов на основе сверхтвердых материалов — алмаза и кубического нитрида бора (элъбора) стандарты на их характеристики изначально предусматривали пониженное содержание зерна : при 50%-ной концентрации — 12,5% объема, при 100%-ной концентрации — 25% объема круга. Оптимальное сочетание самой высокой твердости зерен, благоприятной их морфологии для микрорезания и высокая структурность инструмента (по аналогии с кругами из корунда и карборунда — 19 и 25) обеспечивают ему и высокую режущую способность. Ограничением их эффективного применения является повышенная химическая активность к большинству конструкционных материалов для алмазных кругов и пониженная прочность эльборовых зерен. Но главным препятствием в назначении инструмента из сверхтвердых материалов сохраняется их очень высокая стоимость и отсутствие эффективных методов восстановления режущей способности при шлифовании.
  По указанным причинам область их рационального использования, например, для алмазных кругов на металлических связках оправданна при обработке неметаллических материалов и металлокерамических сплавов, или мелкоразмерных (диаметром до 100 мм и высотой до 20 мм) эльборовых кругов на керамических связках — при шлифовании деталей из сложнолегированных сталей и труднообрабатываемых сплавов на основе никеля, титана и др.
  В качестве альтернативы кубическому нитриду бора была предложена модификация электрокорунда белого — микрокристаллический корунд с торговой маркой «синтеркорунд», который представляет собой спеченный конгломерат микрокристаллов корунда. Ожидалось, что этот абразив, ориентированный на самообновление своей режущей способности путем скалывания отдельных микрокристаллов с поверхности зерна, повысит стойкость шлифовального круга до уровня работоспособности эльборового инструмента. Однако многолетний опыт исследований и производственных испытаний показал, что круги на основе микрокристаллического корунда на керамических связках не стали достойной заменой инструменту на основе кубического нитрида бора. Более того оказалось, что они по своей работоспособности незначительно превосходят высокоструктурные круги с повышенной пористостью и только на операциях чистового шлифования деталей из различных сталей (для черновой обработки синтеркорунд не пригоден из-за недостаточной прочности зерен ).К этому можно добавить ,что микрокристаллический корунд и круги на его основе в нашей стране не производятся, а зарубежные аналоги из синтеркорунда заметно дороже качественного отечественного инструмента из электрокорунда и его других известных модификаций.
  Альтернативой эльборовому инструменту на операциях чистового шлифования могут быть высокоструктурные круги из электрокорунда. Например, для достижения шероховатости азотированной поверхности детали диаметром 200 мм с Ra=0,05 мкм после шлифования эльборовым кругом зернистостью ЛО 80/63 на керамической связке требовалась дополнительная операция ручной доводки полировальной пастой для её выглаживания и удаления шлифовочных рисок., После замены эльборового круга на высокоструктурный круг из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F120 жесткие требования по качеству обработки детали были выполнены без дополнительной её доводки.

  Область и эффективность применения высокоструктурного инструмента с повышенной пористостью. Высокоструктурные круги с повышенной пористостью, как показала практика их промышленного применения, безусловно эффективны на операциях как маятникового, так и глубинного шлифования. Их достоинства проявляются при всех методах шлифования: круглом наружном и внутреннем, плоском, планетарном и др. С увеличением площади контактного взаимодействия инструмента с деталью и закрытости зоны шлифования от принудительного охлаждения поливом эффект от применения высокоструктурных кругов возрастает. Особое значение имеют технологические схемы глубинного бездефектного шлифования с большими глубинами обработки-до 10 мм и более и с большими площадями контакта до 2000 мм2 и более (например, при шлифовании крупногабаритных лопаток турбин), которые можно реализовать только ими. Бездефектное шлифование без охлаждения сказочно-охлаждающей жидкостью-это тоже прерогатива высокоструктурных кругов с повышенной пористостью.
  Многолетний опыт производственных испытаний и внедрения высокоструктурного инструмента с повышенной пористостью свидетельствует о его безусловной эффективности на операциях шлифования разнообразных деталей из закаленных высокоуглеродистых и высоколегированных сталей и сталей после химико-термической обработки (цементация, азотирование), а также чугунов, при обработке которых всегда велика вероятность появления шлифовочных дефектов. В качестве примеров можно назвать кольца, втулки, муфты, распредвалы, гильзы и головки блока и другие детали двигателей, резьбовые детали и др.
  Наиболее востребованной и эффективной областью применения высокоструктурных кругов с повышенной пористостью стала обработка сложнофасонных деталей из трудообрабатываемых сталей и сплавов и особенно на операциях профильного маятникового и глубинного шлифования. К ним относятся детали из жаропрочных никелевых и титановых сплавов, зубчатые колеса и шлицевые соединения из нормализованных и закаленных сталей, фасонный режущий инструмент и другие ответственные детали машиностроения с возможностью как их предварительного формообразования (взамен методов лезвийной обработки-фрезерования, протягивания и др.), так и финишной точной обработки.
  Важное направление использования высокоструктурных кругов — это эффективная реализация кинематических преимуществ схемы профильного глубинного шлифования деталей горячего тракта газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, управляя которой можно направлять вектор давления и теплового потока от обрабатываемой поверхности детали в удаляемый припуск для формирования заданных физико-механических свойств поверхностного слоя детали.
При производственных испытаниях высокоструктурный круг с характеристикой 25А F80 G 16 V на заводском режиме глубинного шлифования елочного профиля хвостовика турбинных лопаток, предельном для высокопористого круга с характеристикой 25А 12П ЗИ32 10 К , показал меньшую токовую нагрузку, чем высокопористый круг. Исследованиями также было установлено, что по своей работоспособности высокоструктурный круг с повышенной пористостью в состоянии обеспечить качественную обработку елочного профиля на более форсированном режиме, экономичном по расходу абразива и за время в 2,2 раза меньшее, чем высокопористый круг. Специальным металлографическим исследованием было также зафиксировано, что во всех случаях применения высокоструктурного круга микротрещины на шлифованных поверхностях и микроструктурные изменения в поверхностном слое отсутствовали. Величина и характер распределения сжимающих остаточных напряжений, а также степень и распределение наклепа по глубине поверхностного слоя детали оптимальным образом соответствовали отраслевому стандарту по условиям эксплуатации турбинных лопаток, в отличие от других кругов. По производительности и качеству обработки высокоструктурным кругом полученные результаты оказались лучше, чем отечественным высокопористым кругом и зарубежными высокоструктурными аналогами.

  Особенности назначения высокоструктурного инструмента. При использовании кругов с высокими номерами структуры появляется ещё один важный параметр его характеристики-количество абразивных зерен, которое дополняя их размеры (зернистость) и прочность соединения керамической связкой (степень твердости), существенно расширяет технологические возможности назначения оптимальной работоспособности инструмента, а при необходимости- и её улучшения. Оптимизация ключевой триады взаимосвязанных параметров характеристики высокоструктурного круга, регламентирующих его режущие свойства — зернистости абразива, твердости и номера структуры, позволяет в большинстве случаев нивелировать их неблагоприятные сочетания, влияющих на эффективность шлифования.
  Например, круг из электрокорунда белого марки 25А зернистостью F100 …F120 на керамической связке К5 cо структурами 6…8 , обычно рекомендуемый для чистового шлифования стали, при малой производительности процесса склонен к прижогам и трещинообразованию на поверхности обрабатываемой детали. Повышение его структурности до 10…14 указанные проблемы снимает, При назначении структуры инструмента необходимо также учитывать рекомендуемый диапазон её оптимальных значений в зависимости от зернистости абразива: для F46 — 8…10; для F60 — 10…12; для F80…150 — 10…18.

  Кто изготавливает высокоструктурный инструмент. К настоящему времени при научно-технической поддержке специалистов МГТУ “Станкин” производство высокоструктурных шлифовальных кругов повышенной пористости различных типоразмеров и характеристик освоено и серийно производится на ООО “Волгашлиф Плюс”. Изготовление инструмента на данном предприятии организовано по усовершенствованной эксклюзивной технологии, в которой учтен предшествующий опыт его производства на других заводах, включая зарубежные инновации. Накоплен большой опыт их качественного адресного изготовления для конкретных операций шлифования большой номенклатуры деталей для российских и зарубежных машиностроительных предприятий. Оригинальность рецептурных составов инструмента и технологии его изготовления подтверждена Патентами РФ, выданными заводу.
  ООО “Волгашлиф Плюс”, например, для обработки деталей горячего тракта газотурбинных двигателей на профилешлифовальных станках зарубежных фирм Elb-Schliff, Blohm, Magerle и др., а также отечественных станках фирмы Станковендт разработало и освоило изготовление по оригинальной технологии (подтверждено Патентами РФ) шлифовальных кругов из электрокорунда белого зернистостью F46…F120 с структурами 10…18, твердостью F…L(ЗИ27…49) и тверже на керамических связках с рабочей скоростью до 63 м/с. Круги изготавливаются диаметром от 300 до 500 мм с высотой 15…63 мм и более. Возможно использование других модификаций электрокорунда, включая микрокристаллический корунд(синтеркорунд), и карбид кремния.
  Составы разработанных кругов адаптированы к специфичным условиям одно- и двухстороннего многопроходного глубинного шлифования елочного профиля замка лопатки с непрерывной правкой, обработки переднего и заднего торцов, лабиринта бандажной полки и др. Специальные круги созданы для многокоординатной автоматизированной обработки лопаток сопловых аппаратов и других сложнофасонных деталей газотурбинных двигателей, включая инструмент с повышенной кромкостойкостью для шлифования с его циклической правкой, например, точных радиусных пазов на сопловых лопатках.
  Сравнительным анализом результатов испытаний и внедрения высокоструктурных кругов с повышенной пористостью при обработке деталей газотурбинных двигателей на нескольких заводах было установлено, что они более производительны и экономичны по энергопотреблению и расходу абразива на операциях профилирования замка турбинной лопатки и обеспечивают более качественный поверхностный слой елочного профиля, чем аналоги австрийской фирмы Tyrolit и фирмы CGW (Израиль). На операциях многокоординатного шлифования подтверждена их идентичность c инструментом фирмы Tyrolit по работоспособности, производительности, точности и качеству обработки при экономии 4 млн руб. в год на один станок.
ООО “Волгашлиф Плюс” разработало и освоило производство большой номенклатуры инструмента для высокопроизводительного шлифования цилиндрических и конических зубчатых колес и шлицевых соединений, который по своим эксплуатационным свойствами не уступает лучшим мировым аналогам.
Оригинальные по составу шлифовальные круги изготавливаются также по запатентованной технологии, которая обеспечивает их работоспособность, адекватную жестким требованиям точной и бездефектной обработки зубчатых колес и шлицевых соединений на станках различного типа по технологическим схемам копирования и периодического обката.
  Для оснащения зубошлифовальных станков фирм Hofler, Gleason-Pfauter, Klingerberg-Oerlikon, Kapp- Niles и др. предлагаются круги прямого профиля или предварительно отпрофилированные (по требованию заказчика) на заданный модуль обрабатываемого колеса диаметром от 40 до 450 мм, а также круги кольцевого профиля стандартных размеров и с размерами необходимыми заказчику.
Возможные характеристики инструмента на керамических связках из электрокорунда белого и карбида кремния зеленого и их модификаций с зернистостостью F46…F220 и менее, твердостью F…L и тверже; по номеру структуры от 8 до 16…18; по рабочей скорости от 25 до 63м/с.
  Принципиальная особенность кругов для зубошлифования — это оптимальное сочетание зернистости абразива и твердости с более высокими чем у зарубежных аналогов, показателями по структурности и пористости. Это позволяет получать круги с повышенной износостойкостью для экономичного цикла зубошлифования с минимальным числом правок и гарантией отсутствия прижогов и трещин на обработанной поверхности детали. Их специальный состав также учитывает применение акустических датчиков, например, у станков Hofler Rapid для экранирования сигнала от рабочей поверхности круга при его настройке на заданный размер шлифования.
  Многолетняя промышленная практика применения инструмента ООО «Волгашлиф Плюс» на операциях зубошлифования подтверждает, что по своей работоспособности он конкурентоспособен аналогам, изготовленным на австрийских фирмах Winterthur и Tyrolit, немецкой фирме Burka Kosmos и др., а их стоимость в зависимости от типоразмера и характеристики — до 2-5 раз меньше.
Можно также отметить, что полученные технологические наработки позволили указанному предприятию освоить изготовление шлифовальных кругов на керамической связке на основе кубического нитрида бора (зарубежного и отечественного зерна).
  Постоянно накапливаемый опыт промышленной эксплуатации высокоструктурных шлифовальных кругов с повышенной пористостью дает полезную информацию для дальнейшего улучшения их работоспособности, поиска и разработки новых характеристик инструмента для выполнения более сложных требований обработки и постоянного совершенствования технологии его экономичного и экономичного изготовления.
  Последняя разработка ООО «Волгашлиф Плюс»- это уникальный по своему составу и эксплуатационным свойствам инструмент с характеристикой 25А F150 G 26 V, в объеме которого содержится всего 10% абразивных зерен. Сложная комбинация исходных компонентов его состава, их морфологические свойства и оригинальный регламент приготовления абразивно-керамической композиции позволил создать сверхлегкий режущий инструмент с плотностью легче воды. Новая разработка успешно протестирована на отделочно-полировальной операции восстановления электронных плат после электролитического меднения керамических и пластмассовых подложек. Кругом с их поверхностей удалялся слой меди толщиной в несколько микрон для вскрытия медного рисунка, предварительно сформированного точной гравировкой.
  Ещё одна уникальная разработка фирмы — это освоение производства оригинального по составу и конструкции шлифовального круга с двумя режущими поверхностями с вариативными характеристиками, успешно заменяющего зарубежный инструмент, например, для заточки ленточных и циркулярных пил. В России такой инструмент ранее не производился.