Полые корундовые микросферы в абразивном инструменте

В абразивном инструменте важным параметром является наличие поры (пустого пространства между соседними
абразивными частицами) заданного размера. Благодаря заданному размеру поры, формируется структура абразивного
инструмента и его режущие свойства. Формирование открытой пористости в абразивном инструменте можно получить
несколькими способами – все открытые поры в абразивах создаются за счет взаимного расположения частиц зерен
абразива относительно друг друга и за счет выгорающих добавок – дробленых фруктовых косточек (скорлупа абрикоса,
грецкого ореха и т.д.), нафталина и подобных материалов. Закрытые поры формируются за счет невыгорающих
добавок – стеклянных и алюмосиликатных микросфер.     
Использование полых корундовых микросфер (англ. Hollow Corundum Microspheres, далее – HCM) заданного размера в абразивном инструменте позволяет решить сразу несколько задач:
Рассмотрим более подробно основные эффекты при использования полой корундовой микросферы.

Механическая прочность и сферичность HCM

Сферическая форма и относительно высокая прочность корундовой микросферы (40-120 МПа) обеспечивает прекрасную
текучесть сырой керамической массы при виброформовке, а при формовке в гидравлическом прессе снижается усилие
прессования в 1,5-2 раза. Снижение усилия прессования связано с уменьшением внутреннего трения компонентов
керамической массы при их перераспределении и уплотнении в пресс-форме. Снижение энергоемкости данной операции
позволяет сэкономить достаточно большое количество электроэнергии на стадии производства абразивного инструмента.

Объемная деформация и коэффициент температурного расширения НСМ

При обжиге абразивного инструмента с добавлением НСМ в 2-3 раза снижается объемная деформация. Это происходит
за счет низкого коэффициента температурного расширения корундовой микросферы при нагреве и охлаждении. Снижение
объемной деформации конечного абразивного изделия позволяет снизить количество сырой керамической массы, которая берется с определенным запасом для
последующей механической обработки обожженного абразивного инструмента до требуемого по чертежу размера. Количество сэкономленной сырой массы при
массовом производстве абразивного инструмента составляет десятки тонн в год.

Эффект самозатачивания НСМ

Полая корундовая микросфера имеет внутреннюю закрытую полость определенного размера, размер полости зависит от
размера микросферы и толщины стенки. При добавлении в керамическую массу НСМ размещается между острыми
ограненными частицами абразива и создает пору вокруг себя самой. Прочность частицы абразивного зерна (плавленый
электрокорунд, карбид кремния) намного выше, чем прочность микросферы НСМ, поэтому режет металл в основном зерно
абразива, а вскрывшаяся микросфера "мягко" подрезает образовавшиеся мелкие заусенцы и разрушается, образуя новые
острые кромки. Таким образом вскрывшаяся микросфера самозатачивается, за счет такого эффекта получается, что
поверхность обрабатываемой детали имеет:
  1. меньшую шероховатость обрабатываемой детали за один проход абразивного инструмента;
  2. снижение засаливаемости за счет очистки полости корундовой микросферы и соседних пор потоком охлаждающей жидкости и ее самозатачиванием, что позволяет реже перетачивать абразивный инструмент и повышает количество обработанных деталей на один абразивный инструмент;
  3. лучшее охлаждение абразивного инструмента за счет заданной пористости приводит к снижению теплового перегрева абразивных зерен и обрабатываемого материала, что позволяет снизить брак в виде прижогов на ответственных деталях.

Размер и химическая инертность микросферы НСМ

За счет того, что НСМ изготовлены из оксида алюминия, соответственно они однородны по химическому составу основным зернам абразива (как правило, это
плавленый оксид алюминия) и инертны химически агрессивным добавкам (связке) в абразивном инструменте, в отличие от других наполнителей – стеклянной
или алюмосиликатной микросфере, которые растворяются в химически активной связке и тем самым повышают твердость абразивного инструмента.
Развитая поверхность полых корундовых микросфер, а также возможность смешивания микросфер различного диаметра (5-125 микрон) и зерен стандартных
абразивных материалов (электрокорунд, карбид кремния SiC или кубический нитрид бора (CBN)) позволяет получить уникальные свойства для производства
высокопористого абразивного инструмента.
Сочетание зерна F180, например, хромистого электрокорунда и полых корундовых микросфер в объёмном соотношении 70/30% или зерна хромистого
электрокорунда F80 и полых корундовых микросфер в объёмном соотношении 85/15% позволяет получить заданную пористость и высокие механические
свойства в высокопористых шлифовальных кругах.
Pink alumina grain and HCM, big and small size Grain and HCM_normal_normal
Распределение частиц хромистого электрокорунда и полых корундовых микросфер:
слева – электрокорунд F80 (85%) микросферы HCM-180 (15%), справа – электрокорунд F180 (70%) микросферы HCM-180 (30%).

Высокая температура обжига и экологическая чистота использования НСМFused alumina and HCM in grinding wheel

При высокотемпературной обработке абразивного инструмента с добавкой НСМ – обжиге и
спекании – в окружающую среду не выделяется вредные вещества, а микросфера не
разрушается из-за своей сферической формы и высокой температуры размягчения –
1600-1800 °С.