Основными характеристиками абразивного материала являются форма абразивных зерен, их крупность, твердость и механическая прочность, абразивная способность, минеральный и гранулометрический составы. Форма абразивных зерен определяется природой абразивного материала, характеризуется их длиной, высотой и шириной. Абразивные зерна можно свести к следующим видам: изометричные, пластинчатые, мечевидные. Для отделочных работ предпочтение отдается изометричной форме зерен.
Абразивные зерна характеризуются состоянием поверхности (гладкая, шероховатая), кромок и выступов (острые, закругленные, прямолинейные, зазубренные и др.). Зерно с острыми углами значительно легче проникает в обрабатываемый материал. Зерна — сростки, неплотные по структуре, выдерживают меньшие усилия резания и быстрее разрушаются.
Для определения твердости установлены шкалы, в которых определенные материалы расположены в порядке возрастающей твердости, где любое последующее тверже предыдущего и может его царапать (таблица).
Сравнительные данные о твердости по различным шкалам
Из всех видов абразивных материалов алмаз и кубический нитрид бора обладают наибольшей твердостью. Ниже приведена средняя микротвердость алмаза, кубического нитрида бора, а также инструментальных и конструкционных материалов (в МН/м2 при 20° С): алмаз — 98 000; кубический нитрид бора — 91 000; карбид бора — 39 000; карбид кремния — 29 000; электрокорунд — 19 800; твердый сплав ВК8-17500; сплав ЦМ332 — 12 000; сталь Р18-4 900; сталь ХВГ — 4500; сталь 50-1960.
С повышением температуры твердость материалов снижается. Так например, при нагреве электрокорунда от 20 до 1000 °С его микротвердость снижается от 19 800 до 5880 МН/м2
В качестве абразивов используют минералы естественного и искусственного происхождения: алмазы; кубический нитрид бора, встречающийся под названиями эльбор, кубаиит, боразон, карбид бора и карбид кремния; электрокорунды белый, нормальный и легированный хромом и титаном и др. Условно относятся к этой группе «мягкие» абразивные материалы: крокус, окись хрома, диатомит, трепел, венская известь, тальк и др. В производственной практике гидрополирования в качестве абразива используют вибротела — отходы кирпича, стекольной и керамической промышленности, косточки плодовых фруктов.
Естественный алмаз — минерал, состоящий из одного химического элемента — углерода. Встречается в виде небольших кристаллов различной формы от 0,005 до нескольких карат (карат равен 0,2 г). Алмазы бывают бесцветные или окрашенные в различные тона: желтые, темно-зеленые, серые, черные, фиолетовые, красные, голубые и др. Алмаз является наиболее твердым минералом.
Высокая твердость обеспечивает алмазному зерну весьма высокие режущие свойства, способность разрушать поверхностные слои твердых металлов и неметаллов. Прочность алмаза на изгиб невысокая. Одним из существенных недостатков алмаза является сравнительно низкая температурная устойчивость. Это значит, что при высоких температурах алмаз превращается в графит, такое превращение начинается в обычных условиях при температуре близкой к 800 °С.
Искусственный (синтетический) алмаз. Синтетические алмазы получают из графита при высоких давлениях и высокой температуре. Они имеют те же физические и химические свойства, что и природные алмазы.
Кубический нитрид бора. (КНБ) — сверхтвердый материал, впервые синтезированный в 1957г, содержит 43,6% бора и 56,4% азота. Кристаллическая решетка КНБ является алмазоподобной, т.е. она имеет такое же строение, как и решетка алмаза, но содержит атомы бора и азота. Параметры кристаллической решетки КНБ несколько большие, чем решетки алмаза; сказанным, а также меньшей валентностью атомов, образующих решетку КНБ, объясняется его несколько меньшая твердость в сравнении с алмазом.
Кристаллы кубического нитрида бора имеют теплостойкость до 1200° С, что является одним из главных достоинств по сравнению с алмазом. Эти кристаллы получают путем синтеза гексагонального нитрида бора при наличии растворителя (катализатора) в специальных контейнерах на гидравлических прессах, обеспечивающих требуемое высокое давление (порядка 300-980 МН/м2) и высокую температуру (около 2000 °С).
В отличие от алмаза, кубический нитрид бора нейтрален к железу и не вступает с ним в химическое взаимодействие. Высокая твердость, термостойкость и нейтральность к железу, сделали кубический нитрид бора весьма перспективным сверхтвердым материалом для обработки различных железосодержащих сплавов (легированных сталей и др.) обеспечивающим резкое снижение адгезионного и диффузионного износа инструмента (по сравнению с алмазным).
Из кубического нитрида бора приготавливаются шлифпорошки и микропорошки, из которых изготовляют абразивно-доводочные и полировальные пасты (пасты «Эльбора», пасты «Кубонита»).
Карбид бора представляет собой соединение бора с углеродом. Твердость и абразивная способность зерен карбида бора ниже твердости алмазов и зерен из КНБ, но выше зерен из электрокорунда и карбида кремния. Карбид бора используется в порошках и пастах для доводки изделий из твердых материалов. Практикой установлено, что карбид бора, рационально применять для притирки точных конических и фасонных поверхностей.
Электрокорунды , куда входят электрокорунд белый, электрокорунд нормальный и электрокорунд с присадкой хрома — электрокорунд хромистый, с присадкой титана — электрокорунд титанистый и др.
Благодаря высокой твердости, прочности и острым краям зерна, электрокорунд белый интенсивно снимает слой металла с поверхностей закаленных, цементированных и азотированных сталей. Электрокорунд белый используют для приготовления абразивно-доводочных абразивных материалов.
Электрокорунд хромистый имеет розовую окраску, обладает постоянством физико-механических свойств и высоким содержанием монокристаллов. Форма зерен преимущественно изометрическая. При осуществлении окончательной операции замечено, что электрокорунд хромистый заметно улучшает светоотражательную способность обработанных поверхностей.
Электрокорунд титанистый близок к электрокорунду нормальному, но отличается от последнего большим постоянством свойств. Присадки титана увеличивают вязкость абразивного материала.
Электрокорунд нормальный — искусственный абразивный материал, имеющий высокую твердость (ниже алмазов, зерен КНБ и карбида бора), применяется при приготовлении полировальных паст.
Карбид кремния представляет собой химическое соединение углерода с кремнием. В зависимости от содержания примесей, карбид кремния бывает двух марок: зеленый, содержащий не менее 97% карбида кремния, и черный, в котором карбида кремния — 95-97%.
Зеленый карбид кремния по сравнению с черным более хрупок. Возможно, что это и определяет превосходство зеленого карбида кремния над черным при обработке твердых и сверхтвердых материалов. Абразивная способность зеленого карбида кремния примерно на 20% выше, чем черного.
Естественный корунд представляет собой горную породу, состоящую в основном из кристаллической окиси алюминия. В лучших образцах корунда содержится до 95% окиси алюминия. Цвет корунда различный: розовый, бурый, синий, серый и др. Корунд более вязок и менее хрупок, чем наждак, и обладает большей твердостью. Корунд широко применяют в виде порошков и микропорошков; он входит в состав абразивных смесей, используемых при доводке и полировке, а также чистке поверхности.
Наждак представляет собой горную породу, содержащую до 60% кристаллической окиси алюминия (глинозема). Этот вид абразивного материала черного или черно-серого цвета. Вследствие значительного содержания примесей, по абразивной способности наждак уступает корунду. Наждак идет на изготовление абразивно-доводочных материалов.
Окись хрома представляет собой порошок темно-зеленого цвета. В виде порошков используется для приготовления мягких полировальных паст, применяющихся при тонкой обработке стальных деталей и деталей из цветных металлов и неметаллов (например, полировальная паста ГОИ).
Окись алюминия (глинозем) представляет собой порошок белого цвета, полученный прокаливанием окиси алюминия с примесью других веществ. Размолотый, промытый и хорошо отшлифованный порошок просушивают. Окись алюминия в виде порошков идет для приготовления тонких паст, используемых для обработки стальных, чугунных деталей, а также деталей из стекла и пластмасс.
Крокус в основном состоит из окиси железа (до 75-97%), является очень тонким полирующим технологическим материалом, используется при полировании оптических стекол и благородных металлов.
Диатомит (кизельгур, инфузорная земля) очень легкая осадочная порода, которая состоит главным образом из кремнезема в виде частично или полностью сохранившихся скелетов макроскопических водорослей — диатомей. Хорошие сорта диатомитов содержат 80% и более кремневой кислоты, имеющие различную окраску: белую, серую, желтоватую, коричневую и зеленоватую. Для получения высококачественного диатомита его размалывают, отмачивают, сушат и обжигают.
Трепел состоит в основном из кремниевой кислоты, часто встречается вместе с диатомитом и весьма схож с ним, но отличается тем, что интенсивно поглощает влагу. Трепел различают по окраске: золотистый, серебристый, белый, желтый, серый, красный и т.п. Для получения высококачественного мелкозернистого трепела его, как и диатомит, подвергают перемалыванию, обогащению и обработке.
Технический мел представляет собой порошкообразный продукт, который получают из природного известняка или мела. Он состоит в основном из мельчайших аморфных частиц углекислого кальция. При химическом способе мел получают осаждением при насыщении известкового молока углекислым газом или смешением растворов хлористого кальция с углекислым натрием. Мел бывает комовой и молотый, а в зависимости от физико-химических свойств разделяется на три марки (А, Б, В). Мел используют для приготовления полировальных материалов по обработке благородных, а также цветных металлов и их сплавов.
Венская известь состоит из окиси кальция с небольшими примесями окиси магния, окиси железа и другими, приготавливается из отборной извести и доломита, очищенных от примесей глины и песка. Количество примесей в этом виде абразивного материала не должно превышать 5,5%, а содержание влаги и углекислоты должно быть не более 2%. Для полирования берут средние слои прокаленного известняка, который измельчают и просеивают. Отдельные мягкие куски используют для нанесения глянца. Венскую известь используют также в качестве основного твердого составляющего при приготовлении полировальных паст. Венская известь, поглощающая влагу и углекислый газ, превращается в пушонку, не обладающую никакими полирующими свойствами. Чтобы избежать этого, венскую известь упаковывают в герметичную тару.
Тальк представляет собой минерал вторичного происхождения из силикатов магнезии, который встречается в виде волокнистых агрегатов или шестиугольных листочков. Тальк очень мягкий абразив, который применяется при полировании гальванических покрытий.
Материалы, созданные на основе абразива, применяются в качестве основного инструмента для пескоструйной обработки. Очень важным является правильно выбрать материал.
Если абразив будет выбран неверно, качество обработанной поверхности может получиться неудовлетворительным, а пескоструйные процессы относятся к достаточно дорогим.
Чаще всего, причиной получения покрытия плохого качества становится неверно выбранный абразивный материал. В таких условиях, даже применение самого дорогостоящего оборудования этого не компенсирует.
Для создания глубокопрофильных рисунков и удаления твердой поверхности материала лучше всего использовать гранатовую крошку и кремень, которые относятся к наиболее острым веществам и обладают большой прочностью. Их можно просеивать и брать в обработку вторично.
Кварц содержится в гранате в свободном виде в маленьком количестве, в кремне же его очень много - более девяноста процентов. Именно поэтому, в пескоструйной обработке использовать его не рекомендуется.
Разновидности
- Природного происхождения - песок, цирконий, гранат, а также, иные минеральные вещества.
- Производственного происхождения - эти материалы изготавливаются специально для такого типа обработки: дробь, пластик, крахмал из пшеницы, шарики из стекла, оксид алюминия и другие.
- Из побочных продуктов - являются отходами производства: шлак от выплавки металла, остатки из сельского хозяйства.
Для струйной обработки не стоит пользоваться песком из реки, особенно, если процесс происходит в закрытом помещении. Это вредно для здоровья из-за образующейся пыли.
Материалы природного происхождения
Шире всего применяется песок, так как он эффективен, доступен и недорог. Однако, при обработке образуется пыль.
Сразу же после первого этапа обработки большая часть песка становится пылью. Если процесс идет при использовании материала на основе кварца, мелкие частицы остаются в воздухе длительное время и угрожают дыхательным органам человека.
Материалы производственного происхождения
Металлические абразивы могут быть изготовлены на основе стали, железа и чугуна. В работе они используются в виде крошки. Этот вид материалов используется чаще других, потому что его можно применять многократно.
Чугун стоит дешевле стали, он используется, когда много материала утрачивается в процессе обработки. Железо является более ломким и разрушается на частицы, в результате чего его применение становится более эффективным.
Частицы стали изменяют свою форму при ударе, могут использоваться, пока их размеры не станут слишком маленькими. Для того, чтобы создать нормальные условия обработки, нужно постоянно добавлять некоторое количество нового абразива.
Самым дорогим, твердым и острым материалом является карбид кремния. Применяется для удаления нагара после закалки.
Следующим по своим качествам является оксид алюминия. Чаще всего, им обрабатывают сложные покрытия. Стоит довольно дорого, применяется в закрытых камерах, которые предоставляют возможность рециркуляции. Является одним из самых твердых.
Шарики и стекла используют для удаления загрязнений, однако, при этом не происходит изменение отклонений размеров поверхности. Ими, как правило, полируют и упрочняют изделия, снимают напряжения. В качестве материала для их производства используется натриевое стекло без примесей. Являются весьма ломким абразивом, работа должна вестись под низким давлением для увеличения срока службы.
Побочные продукты
Шлаки производятся при плавке металла и работе электростанционных котельных. В последнее время эти материалы применяются чаще, так как они обладают чистящими свойствами, доступны, содержат мало кварца, имеют разные размеры частиц и недорого стоят.
При применении, частицы шлаков могут развивать высокую скорость и хорошо режут поверхность. В связи с вышесказанным, при помощи этих материалов может выполняться широкий спектр задач. Однако, здесь нужно внимательно следить за давлением.
Никельшлак
Такой вид шлака является продуктом, который получают в медеплавильной отрасли. В разных отделах промышленности этот материал называют по-разному: купрошлак, минеральная дробь или шлифзерно. Чаще всего применяется первое обозначение.
Это наиболее распространенный материал на данный момент. Он обладает высокой плотностью и твердостью. У гранул острая форма с большим количеством углов, позволяющая получить высокую степень очистки. Такой шлак создает хороший профиль поверхности и адгезионные свойства. Применяется для удаления ржавчины, окалины и старого покрытия.
Применение такого материала безвредно для здоровья человека и окружающей среды. Он не запрещен инстанциями, занимающимися экологическими и санитарно-гигиеническими вопросами. В шлаке нет кварца в чистом виде.
Под заказ может быть изготовлен купрошлак с различными размерами фракций. У материала высокая удельная масса и плотность. Кинетическая энергия от удара частиц о поверхность достаточно велика. Рекуперация абразива достигает пяти раз, однако, размер кусочков будет уменьшаться, а количество примесей - возрастать, снижая качество чистки.
Чем мельче фракция шлака, тем мягче должен быть металл для очистки. Применяется для создания профиля и удаления глубоко проникшей ржавчины.
Способ обработки при применении купрошлака может быть абразивоструйным, а может - с применением воды.
У шлаков есть несколько недостатков: они очень ломкие, вторичное их применение ограничено, они образуют пыль. Перед тем, как брать материал в работу, надо удостовериться в отсутствии в нем загрязняющих примесей.
Абразивные материалы (абразивы) - материалы, которые используются для зачистки и шлифования поверхностей из металла, пластика, минералов, стекла, дерева и т.д. Они обладают повышенной твердостью, поэтому широко применяются для порезки, хонингования, суперфиниша.
Изготовление любых деталей в производственных условиях предполагает обработку поверхностей абразивами. Доводка готовых изделий осуществляется с помощью абразивного инструментария - наждачной бумаги, шлифовальных кругов, полировальных дисков и т.д. Выбор абразива и метода обработки определяются степенью твердости материала и целями его дальнейшего применения.
Что такое абразивные материал
Абразивными называются материалы, обладающие высокой степенью твердости по сравнению с обрабатываемыми поверхностями. Они предназначены для механической зачистки, порезки, шлифования, полирования или заточки других материалов. Условно все абразивы подразделяют на два типа:
- природные;
- искусственные (синтетические).
Существует множество материалов с высокими абразивными свойствами, которые применяются в промышленности. Работоспособность абразивов определяется несколькими параметрами:
- материалом зерна ;
- степенью зернистости ;
- конфигурацией инструментария.
Износоустойчивость шлифматериала зависит от показателей твердости, химической неактивности резцовых составляющих, их термостойкости и т.д. Зачастую под абразивами понимают сверхпрочные материалы, такие как кварц или алмаз . Но в некоторых случаях даже мягкие абразивные материалы могут использоваться для шлифования или полирования.
Абразивной способностью обладают все материалы, имеющие определенную степень твердости, вязкости, износоустойчивости и форму абразивных зерен . Именно на существенном различии степени твердости основаны механические принципы шлифования, порезки и полирования материалов.
Технические характеристики абразивов определяют двумя способами:
- по минералогической шкале (шкала Мооса);
- вдавливанием пирамиды из алмаза в испытуемый материал.
Под абразивной способностью следует понимать возможность одних материалов обрабатывать другие. В производстве используются только те инструменты , которые обладают достаточной механической прочностью. Это позволяет минимизировать затраты на частую замену разрушившихся абразивов.
Виды абразивных материалов
Абразивные материалы классифицируют по нескольким критериям:
- степень твердости - сверхтвердые, твердые и мягкие;
- размер шлифовальных частиц - грубые, средние и тонкие;
- химический состав - природные и синтетические.
Пригодность абразивных материалов к механической обработке определяется кристаллографическими, термическими, химическими и физическими свойствами. Немаловажное значение в определении степени износоустойчивости абразивов имеет их способность к истиранию, разламыванию и плавлению во время обработки.
Вид абразивного материала определяют по степени его зернистости. Для этого его просеивают через сито с определенным размером ячеек. Величина абразивных зерен характеризуется фракцией. Она может быть мелкой, крупной, предельной, комплексной или основной. После просеивания материала определяется процентное содержание основной фракции, которая впоследствии обозначается индексами Д, Н, В И П.
Твердость абразивных материалов влияет на сферу их применения и особенности механической обработки. Сверхтвердые абразивы с крупными зернами используют для грубой шлифовки и зачистки поверхностей, а более мягкий абразивный материал применяют для полировки и финишной обработки деталей.
Природные абразивные материалы
В большинстве случаев естественный абразивный материал по своим техническим характеристикам - износоустойчивости, твердости , термостойкости - уступает синтетическим абразивам. Тем не менее, многие из них используются в промышленности для порезки и шлифования материалов. К наиболее распространенным из них относятся:
- гранат - природный минерал, состоящий из смеси изоморфных рядов, используется для резки и шлифовки;
- алмаз - минерал, обладающий алмазоподобной кубической формой углерода, который применяется для резки сверхпрочных материалов;
- корунд - бинарное соединение из кислорода и алюминия, использующееся для шлифовки в виде порошка;
- мел - углекислый кальций, который применяется для очень тонкой абразивной обработки;
- красный железняк - минерал железа, использующийся для полирования поверхности стекол и металла;
- пемза - пористая вулканическая порода, которую чаще используют для грубой шлифовки;
- трепел - сцементированная осадочная порода, которая используется в форме порошка для обработки металла и камней;
- кварц - диоксид кремния, который используется только в сочетании с водой для пескоструйной обработки камней;
- наждак - минеральное вещество, в состав которого входит корунд и магнетик; применяется для зачистки, шлифования и полирования поверхностей.
Природные абразивные материалы используют при изготовлении ручного и стационарного оборудования для механической обработки заготовок или готовых деталей. Сфера их применения определяется техническими и абразивными свойствами. Наиболее износоустойчивым и прочным является алмаз, который может использоваться как для порезки материалов, так и для шлифования поверхностей.
Искусственные абразивные материалы
Широкое применение в промышленности нашли синтетические абразивные материалы . В отличие от природных, они обладают лучшими эксплуатационными характеристиками. Большая однородность основных фракций обеспечивает качественную обработку поверхностей из металла, пластика, стекла, дерева, камня и т.д.
В производственных условиях для шлифования и порезки материалов могут использоваться:
- эльбор (боразон) - обработка стали и металлических сплавов;
- купрошлак - механическая очистка деревянных, металлических и бетонных покрытий;
- бор-углерод-кремний - шлифование стекла, камней, цветных и черных металлов;
- искусственный алмаз - обработка металлических деталей и камня;
- карборунд - обработка титана, цветного металла, стали и других сплавов;
- карбид бора - шлифование черного металла и поверхностей стекла;
- электрокорунд - преимущественно обработка черных металлов;
- диоксид титана - полирование деталей из цветных металлов;
- фианит - обработка металлических поверхностей;
- диоксид олова - полирование стекол и металлов;
- стальная дробь - шлифование мягкого камня (мрамора).
Сыпучие абразивные материалы используются в пескоструйной обработке, а также при изготовлении шлифовальных и полировальных кругов. Сверхпрочные абразивы применяют для порезки древесины, стекла или металлических сплавов.
Методы абразивной обработки
Природные и синтетические абразивные материалы успешно применяются в следующих видах механической обработки:
- круглое шлифование - механическая обработка отверстий, сферических и цилиндрических поверхностей;
- бесцентровое шлифование - механическая обработка обоймы подшипников, наружных или внутренних поверхностей;
- плоское шлифование - механическая обработка вертикальных и горизонтальных поверхностей несложной геометрии;
- ленточное бесцентровое шлифование - обработка сложных профилей и других наружных поверхностей;
- разрезание - демонтаж и затоговительное производство;
- притирка - механическое притирание поверхностей;
- гидроабразивная обработка - струйная очистка различных поверхностей;
- ультразвуковая обработка - изготовление штампов и пробивка сквозных отверстий в металле;
- пескоструйная обработка - грубая очистка поверхностей от ржавчины, краски и других типов загрязнений;
- магнитно-абразивная обработка - очистка и шлифование материалов в магнитном поле с помощью намагниченного сыпучего абразива;
- хонингование - шлифование отверстий в металлических насосах, трубах, цилиндрах;
- полирование - устранение шероховатостей на поверхности;
- суперфиниш - сверхтонкая полировка готовых изделий из металла, стекла, камня и т.д.
Для вышеперечисленных типов обработки используются разные абразивные материалы . Шлифование, пескоструйная очистка и другие типы механической отделки позволяют добиться желаемой степени ровности и гладкости поверхностей.
Виды абразивных инструментов
Качество шлифования и порезки материалов во многом зависит от способа применения абразива. В промышленности все абразивные материалы закрепляются в специальных установках, обеспечивающих максимальную точность производимых работ. К числу наиболее распространенных абразивных инструментов можно отнести:
- шлифовальные диски;
- шлифовальные ленты;
- полировальные круги;
- наждачную бумагу;
- бруски для заточки;
- отрезные круги;
- галтовочные тела;
- мелкозернистые пасты;
- стальную вату;
- крупные зерна (для пескоструйной обработки).
Абразивными инструментами также считаются абразивные материалы , изготовленные в определенной форме - заточный брусок, отрезной диск и т.д. Их износоустойчивость и эксплуатационные характеристики во многом зависят от качества их крепления к стационарным станкам или ручному инструменту.
Если в инструменте абразив закреплен плохо, то во время работы он будет испытывать избыточную нагрузку, что приведет к выпадению зерен и ухудшению его абразивных свойств. В связи с этим при производстве многих их них стали использовать армирующие сетки из металла и стекловолокна.
Человечество знало об абразивах в течение многих тысячелетий. Люди пользовались помощью камней и песка, чтобы сформировать и заточить ножи, копья и наконечники стрел и рыболовных крючков. Первым абразивом был песчаник, в котором роль действующего вещества играли мельчайшие зерна кварца. Вплоть до открытия способов обработки металла этот материал абразивный обусловил возможность развития всего человечества, так как у людей тогда попросту не было других способов делать инструменты для работы и оружие.
Что это такое с физической точки зрения
Обычно абразивы являются очень твердыми полезными ископаемыми, которые располагаются в верхнем краю шкалы твердости Мооса - от кварца до алмаза. Но даже мягкие материалы могут выполнять эту функцию. Губки, пищевую соду и фруктовые косточки можно с полным на то основанием называть абразивами. С ними мы сталкиваемся ежедневно, и значение их в повседневной жизни человека велико.
В каких процессах они могут использоваться?
Зачастую называется так не из-за его физических свойств, а из-за особенностей использования. Существует несколько классов таких процессов. В частности в пескоструйной машине может быть использовано наибольшее количество материалов, которые в обычных условиях выраженными абразивными свойствами не обладают. Это оборудование использует мощный поток воздуха или воды, в котором с огромной скоростью движутся мелкие частицы каких-то веществ. В некоторых случаях применяется сетка абразивная, играющая роль фильтра-измельчителя.
Пескоструйные машины используются для полировки и окончательной доводки деталей и готовой продукции. При этом может браться фактически любой материал абразивный: от скорлупы орехов и косточек плодовых культур, раковин моллюсков и прочей органики до мельчайших кусочков стали, шлака, стекла или даже пищевой соды.
Основные компоненты
Кварцевый песок является самым популярным абразивом для пескоструйной обработки мостов и других стальных конструкций. При этом происходит очень эффективная очистка от ржавчины, что значительно повышает долговечность инженерных сооружений. Этот процесс требует абразивов с высокой плотностью. Как правило, очистка металлических конструкций предполагает использование сжатого воздуха. Он исполняет роль ускорителя частиц и не оказывает дополнительного корродирующего воздействия.
Впрочем, в некоторых случаях может использоваться и вода. В частности при очистке бетонных сооружений. Практически все конструкции, построенные в зоне прибрежной полосы, периодически в этом нуждаются. Дело в том, что на их поверхности со временем нарастает толстый слой соли и прочих агрессивных соединений. Пресная вода, в которую предварительно добавили соответствующий материал (абразивный), не только убирает их с бетона, но и производит «обессоливание». Опять-таки, это мероприятие значительно повышает срок службы строений.
Полировка готовых изделий
Полировка - вот важнейший процесс, в котором абразивы востребованы крайне широко. Как правило, для доведения до совершенства готовых изделий или каких-то деталей применяют специальные пасты или мягкие диски, а также соединения на основе синтетических смол. Востребована даже простая абразивная губка. Оксид церия, алмаз, кварц, оксид железа и окиси хрома - соединения, которые на сегодняшний день используются чаще всего.
Новакулит (плотная кремнистая порода) - также хорошее сырье для производства полировочных материалов. Оксид церия является наиболее распространенным минералом, используемым для полировки стекла. Это соединение его не царапает, но придает особую гладкость и блеск. В последние годы, однако, карбид кремния и искусственные алмазы для этого применяют чаще. На их основе производится особо дорогая и эффективная Она очень хорошо подходит для обработки особо «капризных» материалов.
Использование магнитных полей
В последние годы все чаще и шире в промышленности начинают практиковать процесс абразивного затачивания. Для этого используется не вода под давлением и не сжатый воздух: мельчайшие частицы абразивов парят в мощном магнитном поле, которое и формирует «точильный круг». Этот метод применяется в точном машиностроении, так как с его помощью можно отполировать или заточить те детали, которые в обычных условиях обрабатывать слишком дорого и/или долго. В качестве абразива чаще всего применяют соединения алюминия с теми металлами, которые обладают этим свойством.
Магнитореологические методы полировки
При реологическом методе полировки «физический» абразивный инструмент вообще не используется. Материалы смешиваются с жидкостями, в толще которых они движутся под действием электрических полей. Этот метод во многом схож с описанным выше, он также используется для обработки некоторых деталей в точном машиностроении и подобных отраслях промышленности.
Вообще, в последние годы в производстве все чаще начинают использовать абразивы, предварительно смешанные с жидкостями или синтетическими смолами. Хороший пример - увлажненная абразивная паста ГОИ на основе Она известна уже давно, но только в последние годы на нее обращают особое внимание. Причина проста - низкая стоимость этого соединения и его высокая эффективность при полировке. Кроме того, абразивная паста мягко действует на обрабатываемый материал, не царапая и не повреждая его.
Абразивные круги для УШМ («болгарок»)
Их применяют не только для полировки. Абразивами еще можно разрезать особо прочные материалы. Для этого пользуются тонкими шлифовальными кругами, сделанными на основе оксида алюминия и фенольных смол. В редких случаях применяется металлический абразивный диск. Такие инструменты незаменимы в частности при добыче мрамора в карьерах. Дело в том, что этот минерал очень плотный, плохо поддается распиливанию обычными пилами.
Как мы уже говорили, для распиливания используют оксид алюминия, карбид кремния, искусственные алмазы и карбид бора. Из них может быть сделан абразивный диск, из них же формуют специальные пилы для особо прочных материалов.
Основные инструменты, используемые для промышленности
Таким образом, эти соединения необходимы для затачивания, полировки, разрезания материалов. Современная промышленность чаще всего использует абразивный инструмент искусственного происхождения. Причина этого - сравнительно низкая стоимость синтетики. Соединения природного происхождения намного дороже. К их числу относится неоднократно упомянутый нами оксид алюминия, а также карбид кремния, двуокись циркония и так называемые суперабразивы (алмаз или нитрид бора).
Исключения редки и представлены в основном корундом. Он очень дорог, да и применение его в производстве достаточно ограниченное. В еще более редких случаях используют природные алмазы, непригодные для огранки ввиду предельно малых размеров или структурных дефектов.
Эволюция промышленных абразивов
История промышленных абразивов для шлифовальных кругов началась с природных минералов - кварца и кремния, а также корунда. Именно последний, к слову сказать, впервые и получил название «наждак». Это был первый Отказ от природных минералов начался еще в первой половине двадцатого века и был практически полностью завершен к его концу. И дело тут было не только в дороговизне природных материалов. Дело в том, что все они обладают строго определенными свойствами, которые изменить уже никак не получится. Синтетические же абразивы, созданные при определенных условиях, могут быть совершенно иными и лучше подходить для решения каких-то нетипичных задач.
К примеру, посредством новых технологий может быть создано соединение с формой частиц, напоминающих щепку. Такой материал идеален для нанесения на поверхность полировочных кругов. Кроме того, можно создавать совершенно новые материалы, комбинируя, к примеру, оксид титана с соединениями алюминия. Эти абразивы идеальны для обработки особо твердых поверхностей.
Когда произошел «абразивный прорыв» в промышленности?
Современное производство абразивов, включающее выпуск шлифовальных кругов и наждачных шкурок, сложно описать из-за массы товарных знаков и патентов, которые во многих случаях описывают один и тот же продукт. Разгадка подобных коллизий проста - из-за мельчайших различий в химическом составе можно регистрировать новую товарную марку. Но что служит основой для синтетических абразивов, и когда промышленность получила возможность их массового применения?
Действительно знаменательным событием стало открытие карбида кремния - минерала, не найденного в природе. Создание синтетического оксида алюминия в 1890-х годах лишь стимулировало начало исследований в этой области. К концу 1920-х синтетический оксид алюминия, карбид кремния, гранат и корунд были главными промышленными абразивами.
Но действительный прорыв произошел в 1938 году. Именно тогда стало возможным получать химически чистый оксид алюминия, который сразу же нашел широчайшее применение в машиностроении. Вскоре выяснилось, что смесь двуокиси циркония и оксида алюминия идеально подходит для сложных работ в области резки особо твердых сортов металлов. Это действительно уникальный абразивный порошок: он сохраняет высокую эффективность, но при этом сравнительно дешев. Сегодня пальму первенства все также держит синтетический оксид алюминия, сохранивший оригинальную микрокристаллическую структуру бокситных исходных материалов. В частности так был создан уникальный Cubitron™, а также абразивы на основе керамики под маркой SolGel™.
О «лучших друзьях девушек»
Природный алмаз - наиболее старый Он стал популярным в 1930 году. Тому было сразу две причины. Во-первых, до того года объемы добычи алмазов были просто ничтожны и физически не могли покрывать возрастающие потребности промышленности. Во-вторых, в связи с острым ощущением надвигающейся войны многие страны стали экстренно искать способы обработать с помощью машин. Это вещество до сих пор используется в производстве сердечников бронебойных подкалиберных снарядов.
Проблема была в нереальной твердости данного материала, который абразивная обработка просто не брала. Исследование, проведенное в 1960-х годах компанией General Electric, привело к появлению синтетических алмазов. В конечном счете изыскания в этой области приводят к открытию кубического нитрида бора, CBN. Это соединение, имеющее твердость алмаза, широко используется в производстве других абразивов, так как с его помощью можно буквально размалывать в пыль твердые сорта стали.
Конечно, все эти абразивные вещества, помимо всех своих замечательных свойств, имеют один огромный недостаток - стоимость. Недавним исключением является абразив Abral, синтезированный европейским концерном Pechiney. Эта компания разработала своеобразный «заменитель алмазов», который, мало уступая им в твердости, значительно выигрывает в цене.
Но не только сами абразивы двигали промышленность вперед. Огромное значение имели материалы, используемые в качестве основы для их нанесения. В частности, когда был создан бакелит, появилась возможность производства более легких и вместе с тем долговечных шлифовальных кругов. Они равномернее стачивались, а абразивы лучше распределялись в их внутреннем объеме. Это обеспечивало значительно лучшее качество обработки материалов.
Наждачные шкурки
Наждачные шкурки в качестве основы используют искусственные и натуральные ткани, пленки и даже обычную бумагу, армированную ткаными волокнами. В некоторых случаях «наждачку» получают, пропитывая раствором на основе фенольных смол или воды (с добавлением абразивов, конечно) ткань. Так же может быть получена абразивная губка. Такие инструменты широко известны практически всем, с ними мы сталкиваемся постоянно и ежедневно.
Мы описали немало сфер применения этих материалов. Но факт заключается в том, что с большинством из них среднестатистические обыватели в своей жизни не сталкиваются вообще. Так, многие знают о брусках или той же самой наждачной бумаге, кем-то использовалась сетка абразивная. Но мало кому известны конкретные разновидности веществ, которые используются, к примеру, производителями подшипников или высококачественных ножей из сверхтвердых сортов стали. Последние, к слову говоря, в домашних условиях заточить практически нереально. «Точилки» для них нужны совершенно особые.
Для каких задач подходит тот или иной абразив?
Для специфических нужд необходимы суперабразивы, о которых мы уже коротко упоминали выше. Они также представлены в виде наждачных шкурок, абразивных щеток, дисков и кругов. Так, при производстве ножей из стандартных сортов стали производители пользуются оксидом алюминия и карбидом кремния. Массовое производство же обычно требует более широко использования пескоструйных машин: нержавеющая сталь, выпуск шарикоподшипников и массовая обработка особо твердых сортов древесины. Впрочем, в большинстве случаев промышленники остаются верны «старому-доброму» оксиду алюминия. Этот дешев, но при этом весьма эффективен.
В завершение
Абразивы прямо или косвенно играют роль в производстве практически всех вещей, с которыми люди сталкиваются повседневно. В частности без них невозможно создание корпусов из которые столь популярны у поклонников «яблочной» продукции. Не забывайте, что простой абразивный камень «болгарки» или даже обычная наждачная бумага - плод деятельности многих поколений ученых и ремесленников, собиравших и систематизировавших свои знания на протяжении многих лет.
Компании, выпускающие различные виды абразивов, шлифовальные круги и наждачные шкурки, используют теоретические знания, которые присутствуют во многих смежных отраслях. Они руководствуются данными, полученными в ходе изучения керамики, широко практикуют прикладную химию, физику и металлургию. Абразивы всегда будут полезны, они - ключевая особенность современного производственного цикла многих предприятий.
Фото из открытых источников
Абразивный инструмент представляет собой инструмент, в котором имеются абразивы. За счёт него можно выполнять механическую обработку различных изделий. Состоит такой инструмент из нескольких зерен абразивов, которые связываются при помощи определенного вещества. Изготавливают его преимущественно из искусственных материалов. Но встречаются инструменты и из натурального материала.
Разновидности абразивного инструмента
- Фиксированный. Это могут быть круги различных типов, в том числе кольца, а также бруски и так далее. Подобный инструмент получил название "шлифкруги". В составе него находятся абразивные материалы с определённой зернистостью, а также элементы, которые придают прочность. Круги шлифовальные могут различаться по размерам, твердости.
- Гибкий инструмент. Это может быть шлифовальная шкурка, сетчатые диски, щетки из специальных волокон. Такой инструмент также отличается качественной обработкой поверхности, при этом он является гибким. Подобный инструмент пригодится при работе с труднодоступными местами.
- Свободный абразив, поспи. Абразивные пасты - это смеси абразивных материалов с неабразивными частицами разной густоты. Это могут быть жидкие или твердые брикеты. Такие составы используют для полирования, притирки и других операций.
Шлифовальные круги используются преимущественно для выполнения шлифовки и заточки. Форму с размерами круга необходимо подбирать в зависимости от того, какое устройство имеет станок и обрабатываемый инструмент.
Для обработки режущих инструментов используют круги, имеющие керамическую связку. Плотностью круга для шлифовки принято называть сопротивление связки с выравниванием зерен. Под структурой следует понимать структуру абразивного инструмента. При заточке инструмента для резки применяются круги, имеющие открытые или среднее структуры. Всё это делает более простым удаления стружки из области обработки и уменьшает количество дефектов на инструменте. Такие круги являются удобными в использовании и недорогими по стоимости. Так что приобретение их целесообразно.
Купить абразивный инструмент от российских и европейских производителей вы сможете в магазине "Петродуал". С помощью абразивных инструментов можно выполнять различное количество операций по обработке. При изготовлении такого инструмента применяются различные связки.