Абразивные материалы абразивная способ

Абразивные материалы и методы абразивной обработки

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:

1. природные;
2. 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:

1. по минералогической шкале (шкала Мооса);
2. 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.

Источник

Абразив. Виды и применение. Работа и особенности. Инструменты

Абразив – твердый мелкозернистый или порошковый материал, используемый для шлифовки, полировки, резания. Применяется для обработки дерева, металла, пластика, стекла, керамики, застывшего лака и красок.

Как работает абразив

Абразивные материалы отличаются высокой твердостью, превышающей параметры поверхностей, которые обрабатываются. Они представляют собой мелкозернистые частицы созданные методом слома, за счет чего на них образовываются острые грани. При трении с обрабатываемой поверхностью они врезаются в нее и соскабливают. Скорость обработки зависит от размера частиц абразива. Чем они больше, тем быстрее снимается поверхность. При этом крупные частицы оставляют на ней глубокие царапины. Мелкие абразивные зерна работают медленнее, но поверхность после них более гладкая. Путем постепенного снижения зернистости абразива при обработке, можно добиться выведения зеркальной поверхности.

По мере работы кристаллики абразива обламываются от давления. По месту слома на них образовываются остроугольные края. Поэтому они продолжают эффективно врезаться в материал до тех пор, пока кристалл полностью не выкрошится. Отдельные группы мягких абразивов не крошатся, а стираются, поэтому они теряют эффективность быстрее.

Виды обработки абразивами

Абразивы могут использоваться при выполнении:

• Шлифования. Оно заключается в снятии поверхности для ее выравнивания или снижения шероховатости. Выполняется грубыми абразивами.
• Хонингования. Представляет собой действия по коррекции формы цилиндрических и конических заготовок с точностью до 5 мкм.
• Полирования. Заключается в обработке мелким абразивом для снятия тончайшего слоя, создающего шероховатость. При этом не образовываются видимые царапины. В результате достигается высокая гладкость, которая на металле выглядит как зеркало.
• Суперфиниширования. Представляет собой финальную обработку после полировки. Ее задача заключается в снятии еще более тонкого слоя металла и снижения шероховатости до идеала, при котором зеркальное отражение не искажается. Применяется в основном на металле.
• Резание. Представляет собой узконаправленную обработку, при которой крупным абразивом снимается полоса поверхности с ее углублением. Абразивная резка применяется при работе с металлами, камнем, плиткой, твердыми минералами.

Виды абразивных материалов

В качестве абразива используются природные и искусственные материалы. Первые в своем большинстве отличаются меньшей твердостью, поэтому в ходе использования их грани достаточно быстро стираются. Как следствие скорость снятия материала прекращается.

К природным абразивам относят:

• Алмаз.
• Корунд.
• Топаз.
• Кварц.
• Гранат и т.п.

Самым эффективным и твердым абразивом среди природных и искусственных материалов является алмаз. Его твердость позволяет граням разрушаться очень медленно, поэтому инструмент с алмазным напылением является самым долговечным и эффективным при обработке. В качестве абразива используется природный алмаз или выведенный в лаборатории из графита. В частности применяются его мелкие кристаллы, непригодные для ювелирного или другого использования.

Искусственные абразивы отличаются высокой твердостью, но меньшей, чем у алмаза. К таким материалам можно отнести:

• Электрокорунд.
• Карбид кремния.
• Карбид бора
• Монокорунд.

Абразив разделяют на 3 категории твердости. Они бывают:

Чем выше твердость материала, тем больше его стоимость, так как его раскол на зерна сопровождается сложным технологическим процессом и соответствующими затратами. Сверхтвердые абразивы используются для работы с металлами, керамикой. Твердые в основном применяются для дерева. Мягкие более податливы, поэтому не царапают поверхность. Они хорошо подходят для обработки оргстекла, кожи, пластиков.

Виды по зернистости

Одним из самых важных факторов при выборе абразивного материала выступает его зернистость. От ее величины зависит скорость съема поверхности, а также уровень ее гладкости после обработки.

По зернистости они бывают:

• Грубые.
• Средние.
• Тонкие.
• Особо тонкие.

Чтобы сделать абразив, твердые кристаллики материала калибруются по размеру. Измерение ведется в микрометрах или мешах. Отсутствие калибровки приведет к тому, что обрабатываемая поверхность будет сниматься неравномерно. Одни ее части станут гладкие, другие получат глубокие царапины. Такое качество будет приемлемо только для грубой проточки, но скорость работы при этом станет ниже, чем при использовании только крупных зерен. Кроме этого малое количество крупных кристаллов сопровождается высоким давлением на их грани, поэтому они могут обламываться и быстрее стираться. Так как сортируемые кристаллы никогда не бывают идеальными, допускается, чтобы соотношение по вылету их самой большой и короткой грани составляло 1:3.

Как оценивается абразив

Для оценки качества абразивного материала применяются следующие параметры:

• Твердость.
• Хрупкость.
• Абразивная способность.
• Механическая и химическая стойкость.

Одним из приоритетных параметров является твердость. Это физическое понятие, которое отображает результат действия при вдавливании в абразив другого материала. Задача первого вжаться в поверхность, сохранив при этом свою остроту. Он всегда должен быть более твердым, чем изделие, которое им обрабатывается. Твердость измеряется по шкале Мооса. Каждому материала в результате испытания присваивается величина от 1 до 10. Максимальную твердость 10 имеет алмаз. После него по эффективности среди известных доступных абразивов идет корунд, имеющий 9-й класс. Топаз имеет 8-ю, кварц 7-ю твердость.

Однако твердость не является главным приоритетом при выборе. Дело в том, что она сильно связана с хрупкостью. Зачастую, чем тверже абразив, тем он более хрупкий. Как следствие его грани очень быстро обламываются, поэтому фактической эффективности при работе не достигается. Важен баланс между твердостью и хрупкостью.

Также материалы отличаются между собой абразивной способностью. Это значение показывает – какой слой поверхности можно снять за единицу времени. Дело в том, что абразивы имеют разную остроту граней, образованных при сломе. Естественно, чем она выше, тем эффективней вгрызание в поверхность.

Механическая стойкость отображает предел, при котором проявляется хрупкость. Зная это значение можно прикладывать усилие при обработке на таком уровне, чтобы кристаллы сохраняли целостность. Нужно отметить зависимость механической стойкости к температуре. Чем больше греется абразив, тем быстрее он изнашивается.

Химическая стойкость отображает устойчивость зерна к кислотам, воде, щелочи. Одни материалы могут использоваться только для обработки сухих поверхностей. Другие способны работать в любых условиях. В приоритете стоит стойкость к воде и растворенным в ней частицам, так как она часто используется для охлаждения абразива.

Инструменты абразивной обработки

Абразивы используются для изготовления различных инструментов, которые применяются для резки, шлифовки, полировки.

Наиболее распространенными являются:

• Отрезные круги.
• Шлифовальные круги.
• Бруски.
• Ленты.
• Наждачная бумага.
• Полировальные пасты.
• Свободное зерно.

Отрезные круги представляют собой тонкие диски разного диаметра, состоящие из спрессованных смазанных клеем абразивных кристаллов. Они устанавливаются на болгарки, различные станки, торцовочные пилы. С их помощью ведется резка металла, керамики, камня и прочих твердых материалов. Также отрезные диски могут представлять собой стальной круг с вклеенным напылением из алмаза. Эффективность резки кругами обеспечивается за счет высокой скорости вращения, задаваемой двигателем инструмента или станка. Они производятся с разной зернистостью под работу с металлом, камнем, бетоном.

Шлифовальные круги представлены в продаже множеством размеров и форм. В классическом виде они представляют собой подобие отрезного диска, но большего сечения. Они используются для заточки или снятия поверхности твердых материалов. С их помощью ведется обработка металла, дерева, пластика, стекла и т.д. За счет толщины сечения на шлифовальные круги можно прикладывать боковое давление без риска слома.

Бруски имеют аналогичную структуру, что и шлифовальные круги, но отличаются другой формой. Они предназначены для ручного использования. Чаще всего применяются для заточки ножей и режущего инструмента. Выпускаются в широком диапазоне зернистости.

Ленты представляют собой тканевые полоски, на лицевой поверхности которых закрепляется клеем мелкий абразив. Используются для установки на ленточный гриндер. В основном применяются для зачистки изделий с круглым или другим сложным профилем. Хорошо подходят для вывода спусков и заточки режущего инструмента.

Наждачная бумага изготавливается подобно ленте. Однако вместо тканевой подложки в ней применяется картон. Из бумаги делают круги для установки на электроинструмент, а также прямоугольные шкурки для ручного применения. Она отличается самой доступной стоимостью.

Полировальные пасты, представляют собой кремообразное связующее вещество с включением мелких абразивных частиц. За счет последнего обеспечивается съем материала. Основной наполнитель выполняет функцию охладителя, обеспечивает смазку.

Абразивы в виде свободного зерна представляют собой твердые кристаллики фиксированной зернистости. Они используются при пескоструйной, ультразвуковой и гидроабразивной обработке.

Источник