Poradnik doboru ściernic

Wybór użytego spoiwa określa rodzaj technologii, w której ściernice mają być wykonane. Natomiast jego ilość w masie ściernej ma wpływ na twardość ściernicy, czyli jej zdolność do utrzymywania ziarna. Ściernice twarde posiadają wysoką zdolność do trzymania ziarna natomiast miękkie słabszą.

Tabela poniżej przedstawia rodzaje używanych spoiw :

Powyższe symbole z tabeli muszą się pojawić przy zamawianiu danego asortymentu ściernicy. Przykłady prawidłowych  oznaczeń znajdują się w przykładach zamówień poszczególnych asortymentów

Rodzaj użytego ziarna ściernego określa rodzaj materiału obrabianego przez ściernicę.

Generalnie jeśli chodzi o rodzaj obrabianych materiałów można przyjąć zasadę, iż borazon jest supertwardym odpowiednikiem elektrokorundu a diament węglika krzemu

Ściernice posiadają usystematyzowaną strukturę oznaczeń składającą się z trzech części:

Tworzenie typu ściernicy podlega ściśle określonym zasadom.
Reguły tworzenia poprawnego symbolu typu tarczy przedstawia poniższa tabela

KSZTAŁT KORPUSU • KSZTAŁT WARSTWY ŚCIERNEJ • POŁOŻENIE WARSTWY ŚCIERNEJ

Kształt korpusu	Kształt warstwy ściernej		Położenie warstwy ściernej
1	A	F	1
3	B	FF	2
4	BT	H	3
6	C	L	9
9	D	M
11	E	Q
12	EE	U
14	ET	V

Przykład: 14A1

Ściernica ta posiada korpus o kształcie /14/, warstwę ścierną o przekroju prostokątnym /A/ umieszczoną na obwodzie korpusu /1/

Przykład: 11V9

Ściernica ta posiada korpus kształcie stożka ściętego /11/, warstwę ścierną o przekroju równoległoboku /V/ umieszczoną w jego narożu /9/

Rozmiar ziarna w decydujący sposób wpływa na proces obróbki szlifierskiej, zatem jego właściwy dobór ma decydujący wpływ na osiągane rezultaty.

Prawidłowy dobór wielkości ziarna gwarantuje poprawną pracę ściernicy oraz osiąganie zamierzonych gładkości szlifowanych powierzchni. Ogólnie rzecz biorąc im mniejsza wielkość ziarna tym gładsza powierzchnia obrabiana. Nie powinno się jednak zawsze dążyć do uzyskania jak najgładszej powierzchni, lecz zawsze do osiągnięcia pożądanych rezultatów w jak najkrótszym czasie. Oznacza to, że należy stosować jak najgrubsze ziarno, które umożliwia osiągnięcie akceptowalnej gładkości.
Nie należy stosować zbyt dużych naddatków podczas szlifowania ściernicami o drobnym ziarnie, ponieważ powoduje to wzrost zużycia warstwy ściernej oraz pogorszenie jakości obrabianych powierzchni. W przypadku obróbki zgrubnej należy zawsze dobierać jak najgrubsze ziarno w celu uzyskania jak największej efektywności szlifowania.

Zaleca się stosowanie głębokości szlifowania nie większej niż 1/3 nominalnej wielkości ziarna podanej w charakterystyce ściernicy. Przykładowo dla ziarna D126 wg FEPA wielkość naddatku szlifierskiego nie powinna przekraczać 0,042 mm.

Dobierając wielkość ziarna należy brać pod uwagę następujące kryteria:
– rodzaj obróbki (zgrubna, wykańczająca)
– pożądana gładkość obrabianej powierzchni
– oczekiwana wydajność obróbki szlifierskiej

Ziarna poniżej granulacji 46 nazywane są mikroproszkami. Tabela rozmiarowa tych ziaren przedstawia się następująco:

Koncentracja określa ilość ziarna diamentowego lub borazonowego w jednostce objętości warstwy roboczej ściernicy. Standardowe wartości koncentracji ziarna w ściernicach o spoiwie żywicznym zostały przedstawione w poniższej tabeli.

Koncentracja ziarna ściernego w warstwie roboczej jest jednym z najważniejszych parametrów ściernicy. Wpływa ona na zdolność ściernicy do szlifowania, jej żywotność, temperaturę obrabianego elementu, a także na dokładność obróbki. Jak każdy parametr, koncentracja powinna być właściwie dobrana do warunków procesu szlifowania. Należy pamiętać, że optymalna wartość koncentracji uzależniona jest od pozostałych parametrów ściernicy tj. wielkości ziarna, twardości spoiwa, itd.

Wysoka koncentracja (K100, K125; V240, V300) zalecana jest w przypadku:
– wysokich wymagań odnośnie zachowania profilu ściernicy podczas pracy,
– małej wysokości warstwy ściernej,
– twardego spoiwa,
– grubego ziarna,
– głębokiego szlifowania.

Standardowa koncentracja (K50, K75; V120, V180) zalecana jest w przypadku:
– szlifowania płaszczyzn i powierzchni cylindrycznych,
– średniej wysokości warstwy ściernej,
– miękkiego spoiwa,
– drobnego ziarna.

Niska koncentracja (K25; V60) zalecana jest w przypadku:
– bardzo szerokich warstw ściernych,
– bardzo drobnego ziarna.

Wysoka koncentracja ziarna zwiększa trwałość narzędzia, co jest szczególnie ważne przy szlifowaniu kształtowym oraz przy szlifowaniu detali o bardzo małych średnicach. Korzyści wynikające z wysokiej żywotności narzędzia wyrównują z reguły wyższy koszt narzędzia.

Niekorzystnym zjawiskiem przy wysokiej koncentracji ziarna jest występowanie wyższych sił skrawania oraz wzrost temperatury procesu obróbki. Wysoka koncentracja ziarna nie zawsze stanowi najkorzystniejsze i technologicznie najlepsze rozwiązanie, ale z pewnością wymaga dobrego chłodzenia.

Materiał korpusu
Korpus ściernicy może być wykonany z różnych materiałów. Materiał korpusu poprzez własności tłumienia drgań czy rozpraszania ciepła w zasadniczy sposób wpływa na proces szlifowania. Dlatego też jego wybór powinien być uzależniony od oczekiwanych parametrów obróbki.

Dostępne są następujące materiały:
– aluminium, narzędzia żywiczne, ceramiczne
– tłoczywo, narzędzia żywiczne
– stal
– ceramika, narzędzia ceramiczne

Porównanie cech dostępnych materiałów przedstawia poniższa tabela:

Podstawowym kryterium doboru średnicy jest typ używanej szlifierki. Jeśli istnieje możliwość wyboru należy stosować ściernice o dużych średnicach. Zaletą takiego rozwiązania jest lepsza jakość obrabianej powierzchni oraz wyższa ekonomiczność ich pracy dzięki wyższej wydajności obróbki.

Podczas szlifowania otworów należy pamiętać, aby średnica ściernicy stanowiła od 60 do 80% średnicy szlifowanego otworu. Ściernice o mniejszych średnicach uniemożliwiają osiągnięcie wysokiej jakości obrabianej powierzchni, natomiast większe ściernice utrudniają odprowadzanie urobku.

Twardość ściernicy definiujemy jako zdolność ściernicy do utrzymywania ziarna. Ściernice twarde posiadają wysoką zdolność do trzymania ziarna natomiast miękkie słabszą.
Wybór twardości ściernicy uzależniony jest od wielu parametrów pracy ściernicy. Powszechnie stosowane kryteria doboru prezentuje poniższa tabela:

Regularny azotek boru (CBN) wytwarzany jest podobnie jak syntetyczny diament. Borazon jest drugim pod względem twardości sztucznie wytworzonym materiałem ściernym. W odróżnieniu od diamentu nie ulega on niekorzystnym przemianom pod wpływem działania żelaza, dzięki czemu doskonale nadaje się do obróbki wszelkiego rodzaju stali stopowych.

Narzędzia borazonowe cechują się większą odpornością na zużycie w porównaniu z konwencjonalnymi, przy ich użyciu łatwiej jest uzyskać pożądane wymiary i jakość powierzchni obrabianych przedmiotów. Powyższe cechy sprawiają, że używając narzędzi borazonowych można uzyskać znacznie wyższą wydajność i mniejsze koszty procesu obróbki szlifierskiej.

Diament cechuje się najwyższą twardością wśród wszystkich materiałów ściernych znanych człowiekowi. Jego twardość i odporność na zużycie oraz wysoka wytrzymałość termiczna szczególnie predestynują go do użycia przy szlifowaniu trudno obrabialnych materiałów.
W obecnych czasach 90% diamentu przemysłowego wytwarzane jest syntetycznie z grafitu. Pod działaniem wysokiego ciśnienia i temperatury w obecności katalizatorów siatka krystalograficzna grafitu ulega przemianie, wskutek czego otrzymuje się diament syntetyczny. W wyniku kontrolowanego procesu można uzyskać diament o różnych właściwościach, umożliwiających precyzyjny dobór rodzaju ziarna ściernego do wymagań klienta.

Elektrokorund jest syntetycznym materiałem ściernym składającym się z krystalicznego tlenku glinowego (α-Al2O3) zwanego korundem i niewielkiej ilości domieszek. W zależności od zawartości obcych tlenków TiO2, Si02, Fe2O3, CaO, MgO czy NaO2 rozróżnia się następujące rodzaje elektrokorundu:

Węglik krzemu oprócz elektrokorundu należy do powszechnie stosowanych materiałów ściernych. Węglik krzemu występuje w dwóch odmianach:

Rodzaje węglika krzemu

Pod względem składu chemicznego i właściwości fizycznych obie odmiany węglika krzemu różnią się nieznacznie, jednakże zielony węglik krzemu zawiera mniej domieszek przez co jest bardziej kruchy i ma lepsze właściwości ścierne.

Ogólne zalecenia wskazują na potrzebę stosowania tak małych szerokości warstwy W jak to tylko możliwe. Szerokość warstwy roboczej ściernicy musi być zawsze mniejsza od obrabianej szerokości przedmiotu. W przeciwnym przypadku tworzy się uskok na powierzchni roboczej ściernicy przyczyniający się do wzrostu jej zużycia:

Wysokość warstwy ściernej narzędzia nie wpływa zasadniczo na proces szlifowania a jedynie na cenę samego narzędzia. Uwzględniając aspekt ekonomiczny korzystnym rozwiązaniem jest stosowanie wyższej warstwy X, jeśli tylko warunki obróbki na to pozwalają.

Chłodzenie podczas obróbki
Proces szlifowania na mokro (z chłodzeniem) góruje nad procesem szlifowania na sucho (bez chłodzenia) zarówno pod względem żywotności ściernicy jak i wydajności skrawania. Chłodzenie przyczynia się do poprawy warunków szlifowania poprzez lepsze usuwanie urobku oraz obniżenie temperatury w strefie szlifowania. W związku z tym wszędzie tam gdzie to możliwe należy stosować szlifowanie na mokro. Jako chłodziwo używane są kilkuprocentowe emulsje olejowo – wodne lub oleje mineralne z pewnymi dodatkami zwiększającymi skuteczność chłodzenia.

Podczas obróbki szlifierskiej bardzo dużą rolę odgrywa prędkość szlifowania, która jest liniową prędkością ziaren znajdujących się na powierzchni warstwy ściernej. Właściwy dobór tej prędkości w zależności od materiału obrabianego oraz rodzaju obróbki jest podstawową kwestią podczas szlifowania.
Zalecane prędkości szlifowania dla spoiw typu 'B’, 'P’, 'M’, 'G’ w zależności od warunków szlifowania podane są w poniższej tabeli:

Uwaga, dla spoiw typu 'V’ ceramicznych wykonanych na korpusach 'KC’ ceramicznych nie należy przekraczać prędkości szlifowania  35 m/s. W przypadku prędkości szlifowania powyżej 35 m/s, należy stosować korpusy ściernic typu 'KA’, aluminiowe.

Prędkość obrotowa oznaczana jako ’n’ określa ilość obrotów/minutę narzędzia ściernego, tj. ile obrotów wykonuje narzędzie ścierne w czasie jednej minuty. Prędkość szlifowania oznaczona jako ’Vc’ jest prędkością z jaką pojedyncze ziarno ścierne skrawa obrabiany materiał.
Obie prędkości powiązane są następującym wzorem

π – ~3,14
d [mm] – średnica tarczy
n [obr. ⁄ min] – obroty wrzeciona maszyny z narzędziem ściernym

Dla diamentu lub borazonu prędkość obwodowa ’V_c’ powinna być w zakresie: 20/30 [m/s]

Przykład – obliczenia prędkości obrotowej [obr./min]
dla średnicy narzędzia ściernego d = 22mm, przy założeniu, że tarcza szlifuje obwodem

Wydajność ściernicy może być określona jako stosunek
objętości materiału usuniętego w danej operacji szlifowania
do zużytej objętości warstwy ściernej ściernicy:

G = VuVz

gdzie:
G,  współczynnik wydajności szlifowania
V_u, objętość usuniętego materiału [mm ]
V_z, zużyta objętość warstwy ściernej ściernicy [mm ]

Wyższy stosunek tych wartości oznacza wyższą wydajność
danej ściernicy, co wpływa na obniżenie jednostkowych
kosztów wytwarzania danego wyrobu

W prawidłowo użytkowanej ściernicy ziarno „wystaje” ponad powierzchnię spoiwa, co umożliwia jej właściwą pracę. W przypadku „zaklejenia” powierzchni roboczej efektywność szlifowania drastycznie spada. W takim przypadku należy „otworzyć” strukturę ściernicy za pomocą osełki ceramicznej. Istotę operacji prezentuje rysunek

Ściernice na koniec procesu produkcyjnego są dynamicznie
wyważane w celu zapewnienia:
– optymalnej żywotności ściernicy
– minimalizacji zużycia łożysk szlifierki
– pożądanych dokładności obróbki

Podczas pracy niewyważoną ściernicą występuje częściowy kontakt warstwy ściernej z przedmiotem obrabianym. Powoduje to w krótkim czasie zużycie ściernicy w danym miejscu, co potęguje niewyważenie i zwiększa chropowatość powierzchni obrabianej.

Za wyważoną ściernicę uważa się taką ściernicę, której środek ciężkości pokrywa się z geometrycznym środkiem osi obrotu tarczy.

W przypadku gdy efekty obróbki szlifierskiej nie dają oczekiwanych rezultatów należy upewnić się, czy parametry procesu zostały dobrane prawidłowo. Jeśli tak, a problemy nadal występują należy ustalić przyczynę.
Wykaz najczęściej występujących problemów podczas obróbki otworów oraz możliwe sposoby ich eliminacji prezentuje tabela:

Podane obok prawdopodobne przyczyny nie są jedynymi, które mogą wywoływać określone nieprawidłowości, wymienione powody są najczęściej spotykanymi.

Schemat doboru ściernicy jest następujący:
należy określić parametry geometryczne takie jak:
– typ ściernicy, wymiary warstwy ściernej oraz średnicę otworu lub trzpienia
– w zależności od obrabianego materiału oraz obróbki należy dobrać rodzaj, koncentrację i wielkość ziarna oraz twardość spoiwa
– należy określić warunki pracy z chłodzeniem (na mokro) lub bez chłodzenia (na sucho)

Jeśli to możliwe prosimy podać w zamówieniu rodzaj materiału oraz obróbki a także jej warunki oraz typ maszyny, do której dobierane są ściernice. Pozwoli to w maksymalnym stopniu dostosować ściernicę do Państwa potrzeb i skrócić czas jej doboru.

Jeżeli interesująca ściernica nie występuje na naszej stronie możemy ją wykonać na specjalnie Państwa zamówienie. Strona zawiera przykłady najpopularniejszych produktów z naszej oferty.