Абразивный отрезной круг и круг с внутренней режущей кромкой: в чём разница

Два способа разделить хрупкую заготовку

Абразивная отрезка и резка кругом с внутренней режущей кромкой решают одну задачу - разделить материал по плоскости. Устроены они противоположно, и различие лежит не в марке абразива и не в мощности привода, а в двух вещах: какой кромкой инструмент работает и откуда он берёт жёсткость.

Абразивный отрезной круг режет наружной кромкой. Он закреплён по центру, а материал встречает периферией, то есть на максимальном удалении от места зажима. Чем глубже уходит рез, тем длиннее рабочий вылет и тем сильнее любое боковое усилие уводит круг из плоскости.

Круг АКВР работает внутренней кромкой. Это кольцо из нержавеющей стальной ленты толщиной 0,1–0,2 мм, натянутое на барабане станка по наружному контуру; алмазный слой нанесён на внутреннюю кромку, обращённую к центру. Заготовка входит в отверстие кольца, и точка резания всегда остаётся вблизи натянутого контура - вылет по самой схеме минимален и не растёт с глубиной реза.

Дальше всё вытекает из этой геометрии: ширина пропила, состояние кромки, требования к станку и то, какому материалу какая схема подходит. Физика метода резки кольцеобразной пилой подробно разобрана в отдельной статье, здесь речь только о сравнении двух схем.

Откуда инструмент берёт жёсткость

Это ключевой пункт, из которого выводится всё остальное. Инструмент должен идти по плоскости, не уклоняясь под боковой составляющей усилия резания. Способов обеспечить это ровно два.

Абразивный круг: жёсткость из толщины

У отрезного круга единственный ресурс устойчивости - собственное сечение и жёсткость связки. Тонкий круг на вылете начинает «гулять»: рез уходит, стенки пропила получаются неровными, а на хрупком материале добавляется скол. Поэтому толщину назначают из условия устойчивости, а не из желания сэкономить материал. Вся эта толщина целиком превращается в шлам.

Есть и вторая сторона: связка изнашивается вместе с зёрнами, круг постепенно меняет размер и профиль. Для заготовительной операции это нормальный режим работы, для прецизионного реза - источник дрейфа геометрии внутри партии.

Круг АКВР: жёсткость из натяжения

У круга с внутренней режущей кромкой жёсткость создаётся извне - натяжением на барабане станка. Натянутая лента ведёт себя как мембрана на ободе: сопротивление уходу из плоскости обеспечивается растягивающим усилием, а не толщиной металла. Поэтому полотно делают из ленты 0,1–0,2 мм, а толщина алмазного слоя режущей кромки лежит в диапазоне 0,2–0,9 мм в зависимости от назначения круга.

Отсюда следует и обратное: качество реза напрямую зависит от станка. Натяжение задаёт станок, соосность и биение обеспечивает шпиндель, траекторию - привод подачи. Круг без правильного натяжения не работает вовсе. Устройство инструмента, обозначение типоразмера вида 422×152×0,32×76 и подбор круга под материал разобраны на странице кругов АКВР. Круги АКВР применяются на станках «Алмаз-6», «Алмаз-12», ТС-23 и аналогичных, поэтому под УМКР280 подходит та же номенклатура типоразмеров, что и под эти станки.

Ширина реза и потери материала

Ширина пропила - первое, что расходится между двумя схемами. У абразивного круга её задаёт толщина диска, у круга АКВР - толщина алмазного слоя кромки. Это разные по природе величины: первая продиктована устойчивостью инструмента, вторая - только тем, сколько абразива нужно для резания.

Считать выигрыш имеет смысл не в миллиметрах, а в доле заготовки. Число пластин, которое выйдет из одной заготовки, приблизительно равно её высоте, делённой на сумму толщины пластины и ширины пропила. В этой дроби пропил стоит рядом с самой пластиной: чем тоньше пластина, тем большую часть заготовки забирает рез.

Паспорт УМКР280 задаёт рамки такого расчёта. Наибольшие размеры разрезаемой заготовки - длина 90 мм, ширина 50 мм, высота 50 мм, диаметр 70 мм; минимальная толщина отрезаемой заготовки - 1 мм. Когда пластина выходит толщиной около миллиметра, ширина реза сопоставима с ней самой, и доля пропила в высоте заготовки перестаёт быть мелочью.

К пропилу добавляется припуск на снятие нарушенного слоя: он удаляется с обеих сторон каждой пластины, то есть входит в потери дважды на каждый рез. Сколько именно снимать, зависит от материала и режима, поэтому величину получают замером на своей детали. Методика расчёта потерь, с разложением на пропил и припуск, приведена в материале о потерях материала на пропиле.

Отсюда практическое правило: пока материал дешёвый, ширина реза - второстепенный параметр. Как только заготовка стоит дороже операции, приоритеты меняются, и разговор о схеме резки начинается именно с ширины пропила.

Нарушенный слой и скол по кромке

Второе расхождение касается того, что остаётся под поверхностью реза и на его кромке.

Абразивный круг работает наружной кромкой, на вылете, с постоянной боковой составляющей усилия. Материал он не столько режет, сколько разрушает микрообъёмами, а увод круга добавляет к нагрузке на хрупкую заготовку изгибающую составляющую. На выходе из реза, когда остаётся тонкая перемычка, это выражается сколом.

У круга АКВР нагрузка организована иначе: точка резания находится вблизи натянутого контура, вылет не растёт с глубиной, а сама кромка тонкая. Это не отменяет ни нарушенного слоя, ни скола - они определяются свойствами материала и режимом, - но убирает главный источник боковых нагрузок. Что именно образуется под поверхностью реза, как эта зона измеряется и чем она снимается, разобрано в статье о нарушенном слое.

Смысл различия в том, попадают ли дефекты кромки в припуск последующей обработки. Если после реза деталь всё равно шлифуется с заметным съёмом, скол уйдёт вместе с припуском. Если пластина после реза идёт сразу на доводку в размер, состояние кромки становится параметром приёмки.

Сравнение по критериям

Где абразивная отрезка остаётся на своём месте

Абразивную отрезку никто не вытесняет: перевести на резку кольцеобразной пилой всю номенклатуру - значит платить за точность там, где она не нужна. Схема остаётся рабочей там, где её ограничения не мешают:

• Заготовительные операции. Разделить пруток, отрезать литник или технологический припуск, поделить заготовку на удобные части перед основной обработкой. Требования к резу здесь минимальны - важна скорость и простота.
• Толстые детали и крупные габариты. Всё, что не помещается в паспортные размеры станка для резки кольцеобразной пилой, режется другими методами по определению.
• Дешёвый материал. Когда стоимость заготовки не доминирует в себестоимости, широкий пропил не создаёт проблемы, а простота оснастки экономит время.
• Большой припуск на следующем переделе. Если после отрезки идёт шлифовка со съёмом, перекрывающим нарушенный слой, платить за узкий рез бессмысленно.
• Разовые и ремонтные работы. Абразивная отрезка не требует подбора инструмента под конкретный материал и долгой подготовки операции, поэтому под единичный рез она обходится дешевле специализированной схемы.

Где абразивная отрезка проигрывает

Обратная граница видна так же ясно. Абразивная отрезка перестаёт справляться там, где сходятся дорогое сырьё, тонкая деталь и жёсткие требования к геометрии:

1. Дорогое хрупкое сырьё. Сапфир, кварц, гранаты, оптические кристаллы, пьезокерамика, монокристаллы полупроводников. Здесь цена заготовки определяет себестоимость пластины, и материал, ушедший в широкий пропил, оплачивается напрямую.
2. Тонкие пластины. Чем тоньше отрезаемая деталь, тем меньше она сама сопротивляется боковой нагрузке. У УМКР280 минимальная толщина отрезаемой заготовки - 1 мм.
3. Требования к геометрии. Непараллельность сторон, клиновидность, разброс толщины внутри партии - параметры, которые задаются станком, а не инструментом. Износ круга и работа на вылете действуют против их стабильности: геометрия реза дрейфует вместе с инструментом.
4. Резы под углом. Когда ориентация плоскости реза относительно кристаллографических направлений задана чертежом, нужен управляемый разворот, а не подбор оснастки под каждый угол.
5. Серийность с воспроизводимой настройкой. Пропил, меняющийся вслед за износом круга, не даёт стабильности от партии к партии.

Как эти требования складываются на конкретном материале, разобрано на странице по резке технической керамики.

Что требуется от станка под круг АКВР

Тонкий инструмент сам по себе узкого и ровного реза не даёт - его обеспечивает станок. Поэтому в паспорте полуавтомата для резки кольцеобразной пилой нормируют величины, напрямую привязанные к геометрии будущей пластины.

У УМКР280 - полуавтомата для резки кольцеобразной пилой типа «Алмаз-4» - нормированы:

• торцевое биение посадочного места на шпинделе под инструмент - не более ±0,01 мм;
• непараллельность плоскости вращения диска относительно направления поперечной подачи - не более 0,01 мм на длине 100 мм;
• наименьший шаг изменения продольной подачи - 0,02 мм, непостоянство величины продольной подачи - 0,03 мм;
• способ изменения продольной и поперечной подачи - шаговый;
• скорость вращения шпинделя - 1500–2500 об/мин с бесступенчатым регулированием;
• угол разворота поворотной головки - ±10° в вертикальной и ±10° в горизонтальной плоскости.

Каждая строка работает на конкретный параметр пластины. Биение и непараллельность определяют, останется ли рез в плоскости и не получится ли клин по толщине. Шаговый привод даёт воспроизводимость настройки: шаг записывается числом, а не положением рукоятки, и восстанавливается в другой смене.

Бесступенчатое регулирование оборотов позволяет встать точно в найденную рабочую точку и менять по одному параметру за раз. Поворотная головка переводит угол реза в настройку станка: плоскость задаётся разворотом в пределах ±10° по двум осям, а не подбором оснастки под каждый угол. Полный перечень величин приведён на странице характеристик станка.

Когда резка кольцеобразной пилой избыточна

Обратная сторона сравнения не менее важна. Станок для резки кольцеобразной пилой не нужен, если выполняется хотя бы одно из условий:

• Материал недорогой, а деталь толстая. Экономия на пропиле не окупит ни станок, ни инструмент, ни требования к участку.
• Следующий передел снимает большой припуск. Всё, что даёт узкий рез по кромке и нарушенному слою, будет удалено на шлифовке и не дойдёт до готовой детали.
• Заготовка не проходит по габаритам. Длина свыше 90 мм, ширина или высота свыше 50 мм, диаметр свыше 70 мм - паспортное ограничение, которое не обходится оснасткой.
• Нужен профильный или фигурный рез. Схема формирует плоскость; криволинейные траектории - не её задача.
• Объём работы не образует серии. Под разовую партию разумнее разместить заказ на стороне, чем ставить оборудование, которое будет простаивать.
• Материал пластичный. Круг АКВР рассчитан на твёрдые и хрупкие материалы - сапфир, гранат, кварц, керамику, стекло, арсенид галлия, кремний и другие полупроводниковые материалы, а не на всё подряд.

Если сходится несколько пунктов, вопрос закрыт: абразивной отрезки достаточно, и разбираться дальше в паспортных величинах смысла нет.

Как выбрать между двумя схемами на своей детали

Решение принимается не по описанию методов, а по трём числам, которые считаются заранее.

Первое - доля стоимости сырья в себестоимости детали. Если она невелика, ширина пропила не аргумент. Если сырьё дороже всей последующей обработки, узкий рез окупается на первой же партии.

Второе - припуск на следующем переделе. Он показывает, попадают ли дефекты после реза в удаляемый слой. Если да, платить за состояние кромки после резки не нужно. Если припуск задан жёстко, требования к резу переносятся на операцию разделения.

Третье - фактический разброс геометрии. Здесь смотрят не паспорт, а серию: режут подряд несколько деталей и меряют каждую, отдельно сравнивая первую и последнюю. Разброс внутри партии показывает, держит ли выбранная схема требуемый допуск.

Дальше сравнение переводится в деньги на годовую программу: стоимость потерянного в пропиле сырья, стоимость доработки, стоимость брака при настройке. Порядок такого расчёта и вопросы, которые задают поставщику до подписания договора, собраны в материале о том, как выбрать станок резки.

УМКР280 выпускает ООО «ТОСС» - предприятие, образованное в ноябре 1995 года в Саратове на базе экспериментальной группы Саратовского НИИ машиностроения. На счету коллектива более 50 авторских свидетельств и патентов, среди заказчиков - предприятия Ростеха и Росатома. Отдельная деталь: ТОСС сам производит стеклянные изоляторы, трубки и капилляры, то есть режет на своём оборудовании собственную продукцию.

Цена станка - 6 700 000 рублей с НДС 22%. Срок поставки при отсутствии станка на складе - 7 месяцев с даты подписания договора; в стоимость входят доставка, пусконаладочные работы и инструктаж персонала.

Семь месяцев - срок, который закладывают в план участка вместе с решением о том, какая схема резки этому участку нужна и по каким позициям номенклатуры абразивной отрезки по-прежнему достаточно.