Ściernice z CBN (regularnego azotku boru) są przeznaczone do szlifowania stali obrobionych cieplnie o twardości co najmniej 56 HRC, w szczególności stali szybkotnących, stali narzędziowych o wysokiej zawartości dodatków stopowych zwiększających twardość, niektórych materiałów napawanych – np. stelitu, stali spiekanych, żeliw utwardzanych itp.
Jako charakterystyczne przykłady operacji można wymienić następujące:
- Produkcja i ostrzenie narzędzi z ostrzami wstawianymi ze stali szybkotnących.
- Produkcja i ostrzenie narzędzi wykonanych w całości ze stali szybkotnących.
- Produkcja i ostrzenie narzędzi z ostrzami tworzonymi przez napoiny stelitowe.
- Produkcja form i narzędzi tłocznych ze stali narzędziowych.
- Obróbka części z żeliw hartowanych.
- Produkcja łożysk tocznych, niektórych części samochodowych itp.
Ściernice z CBN nie są przeznaczone do szlifowania miękkich stali niepoddanych obróbce cieplnej. Nie tylko może dojść tutaj do łatwiejszego zapychania się ściernicy urobkiem, ale samo zastosowanie jest, ze względu na wyższą cenę CBN w porównaniu z klasycznymi ścierniwami (z korundu), nieekonomiczne. Podobnie zastosowanie CBN nie jest efektywne technologicznie ani finansowo przy szlifowaniu twardych materiałów narzędziowych, które można obrabiać diamentowymi ściernicami.
Porównanie z klasycznym ścierniwem korundowym:
Ściernice z CBN mają wyższą twardość, a tym samym znacznie dłuższą żywotność. Kolejną zasadniczą różnicą jest stabilność termiczna. Korund podczas szlifowania stali hartowanych generuje znaczną ilość ciepła, co może spowodować odpuszczenie materiału lub powstanie mikroskopijnych pęknięć. Z kolei CBN posiada doskonałą przewodność cieplną i zapewnia tzw. „szlifowanie na zimno”. Ciepło jest odprowadzane z miejsca styku, dzięki czemu chroniona jest integralność powierzchni szlifowanego narzędzia. Mimo że cena zakupu ściernic CBN jest wyższa, biorąc pod uwagę oszczędność czasu, niższe koszty obciągania i eliminację braków wynikających z przegrzania, jest to najbardziej ekonomiczne rozwiązanie dla nowoczesnego przemysłu maszynowego. Oprócz odporności mechanicznej, CBN wyróżnia się również swoją stabilnością chemiczną. Oznacza to, że podczas szlifowania nie dochodzi do chemicznego zużycia ściernicy ani do niepożądanych zmian w strukturze powierzchni obrabianego przedmiotu. Właściwość ta jest kluczowa dla zachowania czystości i precyzji krawędzi tnących w przypadku stali wysokostopowych i szybkotnących.
Oznaczenie ściernic CBN:
Właściwości użytkowe ściernic diamentowych i CBN są określone przez podstawowe parametry techniczne, których wymienienie powinno w pełni specyfikować ściernicę. Co najmniej te parametry charakterystyczne należy podawać przy zamawianiu ściernic. Zgodnie z normą europejską EN 13236 i jej polskim odpowiednikiem, dane te są zaznaczone na każdej ściernicy lub na jej opakowaniu.
Kształty ściernic CBN:
Kształt i wymiary ściernicy są głównymi kryteriami jej prawidłowego wyboru. Zależą od nich możliwości zastosowania ściernicy zarówno dla danego typu maszyny i jej parametrów technicznych, jak i dla sposobu zastosowania technologicznego. Oznaczanie kształtów jest dostosowane do normy EN 13236:2001. Ściernice wykonane według specyficznych wymagań klienta mogą być oznaczone w inny sposób, np. numerem rysunku.
Oznaczanie kształtów ściernic CBN według normy:
Ziarnistości ścierniwa CBN w ściernicach:
Wybór odpowiedniej ziarnistości jest kluczowym krokiem, który definiuje efektywność całego procesu szlifowania. W przypadku superścierniw, takich jak regularny azotek boru (CBN), ziarnistość określa się według międzynarodowej normy FEPA. Podczas gdy przy zwykłym korundzie jesteśmy przyzwyczajeni do oznaczania liczbą oczek sita (np. 60, 80, 120), przy CBN stosujemy oznaczenie literą B (od Boron) oraz liczbą, która podaje średnią wielkość ziarna w mikrometrach (µm).
Ziarnistość ścierniwa wybieramy przede wszystkim według wymaganej operacji (obróbka zgrubna, szlifowanie zwykłe, wykańczanie i polerowanie). Ważną wskazówką jest również zastosowane spoiwo. Spoiwo galwaniczne zawsze tworzy bardziej chropowatą powierzchnię.
Przegląd podstawowych ziarnistości ściernic CBN:
| Ziarnistość CBN wg FEPA | Wymiary ziaren w μm | Typ operacji | Chropowatość powierzchni Ra (żywica) | Chropowatość powierzchni Ra (ceramika) | Chropowatość powierzchni Ra (galwanika) |
|---|---|---|---|---|---|
| B251 | 212–250 | Ekstremalne usuwanie materiału | 1,20–2,00 | 1,50–2,50 | 2,50–4,00 |
| B213 | 180–212 | Ciężka obróbka zgrubna | 1,10–1,60 | 1,30–2,00 | 2,00–3,20 |
| B181 | 150–180 | Ciężkie szlifowanie | 1,00–1,50 | 1,20–1,80 | 1,80–3,00 |
| B151 | 125–150 | Standardowy szlif konstrukcyjny | 0,80–1,20 | 1,00–1,50 | 1,50–2,50 |
| B126 | 100–125 | Szlif półwykańczający i ostrzenie | 0,60–1,00 | 0,80–1,20 | 1,20–2,00 |
| B91 | 75–90 | Precyzyjne szlifowanie narzędzi | 0,40–0,60 | 0,50–0,80 | 0,80–1,20 |
| B76 | 63–75 | Precyzyjne prace wykończeniowe | 0,30–0,50 | 0,40–0,65 | 0,60–1,00 |
| B64 | 53–63 | Gładka powierzchnia / wykańczanie | 0,20–0,40 | 0,30–0,50 | 0,50–0,90 |
| B46 | 38–45 | Bardzo precyzyjne szlifowanie / docieranie | 0,10–0,25 | 0,15–0,35 | 0,30–0,60 |
Powyższa tabela ma jednak charakter wyłącznie orientacyjny i nie zawsze musi odpowiadać rzeczywistości. Chropowatość powierzchni zależy nie tylko od ziarnistości i spoiwa ściernicy, ale także od sposobu szlifowania (wgłębne, kłowe, płaszczyzn itp.), zastosowanego typu ziarna CBN (jego struktury, klastra i powłoki), warunków skrawania oraz sztywności szlifierki.
Spoiwa ściernic CBN:
1. Spoiwo żywiczne (Resin Bond)
Jest to najczęściej stosowany typ do ostrzenia narzędzi i operacji wykańczających.
Właściwości: Jest bardziej elastyczne niż inne spoiwa. Oznacza to „miększy” proces szlifowania z mniejszym ryzykiem powstania pęknięć termicznych na obrabianym przedmiocie.
Zalety: Doskonała jakość powierzchni, wysoka skrawalność i zdolność do częściowego samoostrzenia (zużyte ziarna wypadają, odsłaniając nowe).
Wady: Niższa stabilność termiczna w porównaniu ze spoiwem ceramicznym, wymaga dokładniejszego monitorowania temperatury podczas szlifowania na sucho.
Zastosowanie: Zazwyczaj do szlifowania „z ręki” lub na szlifierkach CNC do produkcji wierteł, frezów i rozwiertaków z HSS.
2. Spoiwo ceramiczne (Vitrified Bond)
Reprezentuje szczyt wydajności i precyzji, szczególnie w produkcji seryjnej.
Właściwości: Bardzo sztywne i porowate. Właśnie pory są kluczowe – działają jak kieszenie na chłodziwo i przestrzeń do odprowadzania wiórów.
Zalety: Pozwala na profilowanie (obciąganie) ściernicy bezpośrednio na maszynie. Posiada ekstremalnie długą żywotność i trzyma kształt nawet przy wysokich naciskach.
Wady: Bardzo kruche i o zerowej elastyczności – nie wybacza uderzeń ani błędów w ustawieniu maszyny, cena zakupu jest wyższa, a konserwacja profilu wymaga specjalnych obciągaczy diamentowych.
Zastosowanie: Przemysł motoryzacyjny (wały rozrządu i korbowe), produkcja łożysk i wszędzie tam, gdzie priorytetem jest dokładność wymiarowa i wysoka wydajność usuwania materiału.
3. Spoiwo galwaniczne (Electroplated)
Tutaj ziarna CBN są zamocowane w jednej warstwie za pomocą powłoki niklowej na stalowym korpusie.
Właściwości: Agresywne cięcie i sztywny korpus. Ziarna wystają ze spoiwa znacznie bardziej niż w przypadku żywicy czy ceramiki.
Zalety: Nie ma potrzeby obciągania – ściernica ma precyzyjny kształt od momentu produkcji. Posiada najlepsze odprowadzanie ciepła (dzięki stalowemu rdzeniowi) i wysoką zdolność szlifowania od pierwszego kontaktu.
Wady: Gdy tylko jedna warstwa ziaren ulegnie zużyciu, ściernica staje się „tępa” i warstwa musi zostać poddana regeneracji u producenta.
Zastosowanie: Szlifowanie skomplikowanych profili, szlifowanie wewnętrzne małych otworów i obróbka zgrubna bardzo twardych materiałów.
Porównanie właściwości spoiw ściernic CBN:
| Właściwość | Żywiczne | Ceramiczne | Galwaniczne |
|---|---|---|---|
| Sztywność | Niska | Wysoka | Bardzo wysoka |
| Samoostrzenie | Doskonałe | Dobre | Brak |
| Obciągalność | Ograniczona | Doskonała | Niemożliwa |
| Żywotność | Średnia | Bardzo wysoka | Ograniczona |
| Odprowadzanie ciepła | Dobre | Doskonałe | Bardzo dobre |
