Абразивные материалы и абразивная обработка

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;
• шлифование бесцентровое лентой — наружные поверхности, в том числе, сложные профили;
• шлифование лентой сложных профилей — например шлифование лопаток турбин;
• отрезание и разрезание заготовок — заготовительное и монтажное производство, демонтаж конструкций;
• суперфиниширование — окончательное придание наружным, внутренним и сложным профилям высочайшей точности и чистоты поверхности, в том числе алмазное
• суперфиниширование (точные механизмы, инструмент, детали особо точных приборов, инструментов, оружия 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(круги): различных диаметров (до 3500 мм), ширины, высоты и форм (профилей) рабочего (абразивного) слоя и способов закрепления его на корпусе круга.
• шлифовальные ленты: синтетическая или растительнотканная лента разной ширины с приклеенными на её одной или двух сторонах зёрнами абразивных материалов.
• полировальные круги;
• наждачную бумагу: абразивный материал, нанесенный на тканевую или бумажную основу.
• бруски для заточки: абразивные и металлоабразивные разных размеров и профилей для хонингования, притирки, суперфиниширования.
• отрезные круги;
• галтовочные тела;
• мелкозернистые пасты;
• стальную вату: абразивный инструмент для шлифования и полировки.
• галтовочные тела: абразивный инструмент в виде изделий геометрической формы (цилиндр, призма, конус, куб и т. п.), предназначенный для галтовки.
• крупные зерна (для пескоструйной обработки).
• Шлифовальные круги: различные абразивные материалы в виде кругов, дисков, конусов разных профилей и диаметров.
• пасты: абразивные притирочные и полировальные абразивы равномерно распределенные в связующем (парафин, церезин, олеиновая кислота, стеарин, масла, керосин и др).
• свободное зерно: сухие абразивные зерна для гидроабразивной, ультразвуковой и 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.