Brusivo a abrazivní zpracování

Brusné materiály ( francouzsky  abrasif  - broušení, z latiny  abradere  - škrábat) jsou materiály s vysokou tvrdostí a používají se k povrchové úpravě různých materiálů: kovů, keramických materiálů, hornin, minerálů, skla, kůže, pryže a dalších [1 ] . V souladu s GOST 21445-84 je brusný materiál přírodní nebo umělý materiál schopný abrazivního zpracování.

Brusné materiály se používají v procesech broušení , leštění , honování , superfinišování , řezání materiálů a jsou široce používány při výrobě polotovarů a povrchové úpravě různých kovových a nekovových materiálů.

Dlouhou dobu se používaly přírodní brusné materiály (smirek, pemza, korund, diamant, křemen), od konce 19. století umělé (elektrokorund, karbid křemíku, karbid boru, monokorund, syntetický diamant, a další) [1] .

Tvrdost (MN/m²) se určuje vtlačením diamantové pyramidy do povrchu testovaného materiálu (např. pro křemen 11000-11300, elektrokorund 18000-24000, diamant 84250-100000). Abrazivní schopnost je charakterizována hmotností materiálu odebraného při broušení v tomto pořadí: diamant, nitrid boru, karbid křemíku, monokorund, elektrokorund, smirek, pazourek. Tuhé a flexibilní brusné nástroje jsou vyráběny z brusných materiálů, které mají široké uplatnění ve všech odvětvích strojírenství, zejména při výrobě ložisek [1] .

Druhy abrazivního zpracování

Existují následující typy abrazivního zpracování:

• broušení na kulato - opracování válcových a kuželových ploch hřídelí a otvorů;
• ploché broušení - opracování rovin a spárování rovných ploch;
• bezhroté broušení - zpracování ve velkovýrobě vnějších a vnitřních povrchů (hřídele, ložiskové klece atd.);
• bezhroté pásové broušení - vnější povrchy včetně složitých profilů;
• pásové broušení složitých profilů - např. broušení lopatek turbín ;
• řezání a řezání přířezů - obstarávání a montáž výroba, demontáž konstrukcí;
• lapování  - abrazivní lapování povrchů (například sedlo a jehla dieselové trysky );
• hydroabrazivní zpracování  - tryskání a omílání (odlitky, výkovky, kování atd.);
• ultrazvukové zpracování  - děrování otvorů v tvrdých slitinách, odstraňování zlomených nástrojů, výroba zápustek;
• magneticko-abrazivní zpracování  - zpracování magneticko-abrazivním práškem v magnetickém poli;
• honování  - zpracování otvorů (válce motorů, čerpadla atd.);
• leštění  - dává povrchu malou drsnost a zrcadlový povrch;
• superfinišování  je finální dodání vnějších, vnitřních a komplexních profilů nejvyšší přesnosti a čistoty povrchu, včetně diamantového superfinišování (přesné mechanismy, nástroje, části velmi přesných přístrojů, nářadí, zbraně atd.).

Brusné nástroje

Brusné materiály pro použití v průmyslu musí být pevné nebo konstrukčně vyrobené ve formě různých nástrojů a složení.

Hlavní typy brusných nástrojů a kompozic:

• Řezné kotouče: různé průměry (až 3500 mm), šířka, výška a tvary (profily) pracovní (brusné) vrstvy a způsoby jejího upevnění na tělese kotouče.
• Brusné kotouče: různé brusné materiály ve formě kruhů, kotoučů, kuželů různých profilů a průměrů.
• Kameny: brusné a kovové brusivo v různých velikostech a profilech pro honování, lapování, superfinišování.
• Páska: syntetická nebo rostlinná tkaná páska různých šířek s brusnými zrny nalepenými na jedné nebo dvou stranách.
• Brusný papír : abrazivní materiál nanesený na tkaninu nebo papírový podklad.
• Pasty : abrazivní lapovací a leštící abraziva rovnoměrně rozptýlená v pojivu (parafín, ceresin, kyselina olejová, stearin, oleje, petrolej atd.).
• Volné zrno: suché abrazivní zrno pro vodní paprsek, ultrazvuk a pískování.
• Ocelová vlna : brusný nástroj pro broušení a leštění.
• Omílací tělesa : brusný nástroj ve formě geometrických výrobků (válec, hranol, kužel, krychle atd.) určený k omílání .

Brusivo

Brusné materiály jsou klasifikovány podle tvrdosti ( supertvrdé , tvrdé, měkké) a chemického složení a podle velikosti brusného zrna (velké nebo hrubé, střední, jemné, extra jemné), velikost zrna se měří v mikrometrech nebo sítech .

Brusné zrno - Částice brusného materiálu ve formě monokrystalu, polykrystalu nebo jejich fragmentů. [3]

Vhodnost abrazivních materiálů závisí na fyzikálních a krystalografických vlastnostech; zvláště důležitá je jejich schopnost rozbít se při otěru na částice s ostrými úhly. Diamant má nejvyšší vlastnost. Volba brusného materiálu závisí na fyzikálních vlastnostech opracovávaného a zpracovávaného materiálu a také na stupni zpracování (hrubé broušení, broušení a leštění ), přičemž tvrdost brusiva musí být vyšší než tvrdost zpracovávaného materiálu. materiálu (s výjimkou diamantu, který je opracován diamantem).

Abrazivní materiály se vyznačují tvrdostí , křehkostí , abrazivní schopností , mechanickou a chemickou odolností .

• Tvrdost je schopnost materiálu odolávat vtlačení do něj jiným materiálem. Tvrdost (MN/m²) se určuje vtlačením diamantové pyramidy do povrchu testovaného materiálu (např. pro křemen 11000-11300, elektrokorund 18000-24000, diamant 84250-100000).

• Abrazivní schopnost je charakterizována množstvím materiálu odbroušeného za jednotku času.

• Mechanická odolnost - schopnost abrazivního materiálu odolávat mechanickému namáhání bez porušení při řezání, broušení a leštění. Vyznačuje se pevností v tlaku, která je dána rozdrcením zrna brusného materiálu, fixací zátěže v okamžiku její destrukce. Pevnost v tahu abrazivních materiálů klesá s rostoucí teplotou.

• Chemická odolnost - schopnost abrazivních materiálů neměnit své mechanické vlastnosti při interakci s roztoky zásad , kyselin , jakož i ve vodě a organických rozpouštědlech.

Brusné materiály používané pro mechanické broušení a leštění polovodičových materiálů se liší velikostí (jemností) zrn s čísly 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25,20, 16, 10, 8, 6, 5, 4, 3, M40, M28, M20, M14, M10, M7 a M5 a jsou rozděleny do čtyř skupin:

• mletí obilí (od č. 200 do 15),
• brusný prášek (od č. 12 do 3),
• mikrobrusný prášek (od M63 do M14),
• jemné mikroprášky (od M10 do M5).

Třídění abrazivních materiálů podle čísel zrnitosti se provádí rozptylem na speciálních sítech, jejichž počet charakterizuje zrnitost. Zrnitost brusných materiálů je charakterizována zlomkem: mezní, hrubý, základní, komplexní a jemný. Procento hlavního zlomku je označeno indexy B, P, N a D.

V současné době se abrazivní materiály těží a vyrábějí synteticky a nové syntetické materiály jsou obvykle účinnější než přírodní. Níže jsou uvedeny seznamy známých brusných materiálů.

Přírodní brusiva

• Diamant : Diamantová kubická alotropní forma elementárního uhlíku, těžená v podloží ( kimberlitové trubky ) a naplaveninách. Nejcennější materiál z hlediska jeho abrazivních vlastností. Jeho černá odrůda je považována za nejlepší - carbonado (karbonát), těžený v Brazílii a na ostrově Borneo . Druhé místo zaujímá korálek  - radiálně zářivá odrůda diamantu. Na trhu se pod názvem desky prodává každý diamant nevhodný k řezání. Z celkového počtu 20% carbonado, 20% pravý korálek, zbytek tvoří diamantový prášek a úlomky. Používá se při zpracování tvrdého kamene, stejně jako k broušení a leštění samotného diamantu.
• Granátové jablko : Přírodní minerál, skládá se z: R 2+ 3 R 3+ 2 [SiO 4 ] 3 , kde R 2+  je Mg, Fe, Mn, Ca; R 3+  - Al, Fe, Cr.
• Diatomaceous Earth : Sedimentární hornina složená převážně ze zbytků rozsivek . Chemicky je křemelina z 96 % tvořena hydratovaným oxidem křemičitým ( opál ). Používá se jako jemný prášek k leštění kamene a kovu.
• Křemen : Krystalický oxid křemičitý, jedno z nejlevnějších dostupných brusiv. Když je suchý, způsobuje silikózu . Používejte pouze ve spojení s přívodem vody. Křemen a pazourek s lasturovým lomem při štěpení dávají částice s ostrým úhlem. Používají se v prášku na opracování měkkých kamenů ( mramor ), v pískovacích strojích na zpracování kovů, k čištění kamenů ve stavebnictví a k výrobě brusných kůží. Z pazourkových nodulů se vyráběly kuličky do kulových mlýnů.
• Korund : Krystalický oxid hlinitý, stejně jako safír , se těží v rýžovištích a někdy v rudách. Vytěžená korundová ruda se drtí, obohacuje a třídí podle zrnitosti. Používá se v prášku a k výrobě umělých kruhů, tyčinek a kůží z něj.
• Červený železitý kámen : rozšířený minerál železa Fe 2 O 3 . Ve zvláště čistých odrůdách se používá k leštění železa a skla.
• Křída : Uhličitan vápenatý , pro jemné brusivo (lapování, leštění ).
• Emery : Přírodní minerál, skládá se z: korundu a magnetitu - černý magnetický oxid železa Fe 3 O 4
• Pemza : bublinkové vulkanické sklo. Vhodné pro broušení pemzy tenkými skleněnými deskami, které tvoří přepážky mezi články. Nejlepší pemza je z ostrova Lipari nedaleko Sicílie . Používá se k broušení dřeva, měkkých kamenů a kovů.
• Živec : Skupina horninotvorných minerálů z třídy silikátů . Většina živců jsou zástupci tuhých roztoků ternární soustavy izomorfní řady K[AlSi 3 O 8 ] - Na[AlSi 3 O 8 ] - Ca[Al 2 Si 2 O 8 ], jejichž koncovými členy jsou resp. albit (Ab), ortoklas (Or), anortit (An). V broušené formě, nalepené na plátně nebo papíru, se používá v případech, kdy je vyžadován měkký brusný materiál.
• Tripol : volná nebo slabě stmelená, jemně porézní opálová sedimentární hornina . Používá se jako jemný prášek k leštění kamene a kovu.

Syntetická brusiva

Níže je uveden seznam abrazivních materiálů stanovených v GOST 21445-84. Je obvyklé označovat abrazivní materiály pouze ty materiály, které odpovídají GOST. Pro každý pojem existuje jeden standardizovaný termín. Používání synonymních termínů pro standardizovaný termín je zakázáno. [3]

• Syntetický diamant je uměle vyrobený diamant. Syntéza za vysokého tlaku, zpracování tvrdých slitin, kamene, skla, neželezných kovů.
• Kubický nitrid boru borazon (V Rusku je kubický nitrid boru známý jako elbor ): Syntéza při vysokém tlaku, používaná při broušení dílů z různých ocelí a slitin.
• Karbid boru (B 4 C): žáruvzdorná sloučenina, druhá po diamantu v tvrdosti. Používá se pro zpracování tvrdých slitin, skla, železných kovů.
• Karbid křemíku (SiC) nebo Carborundum : Chemická sloučenina křemíku s uhlíkem. Poprvé byl získán v elektrické peci v roce 1891. Američan je považován za nejlepší - Carborundum C °, Norton; Němčina je horší kvůli nečistotám. Čím menší je velikost jeho zrn, tím větší je jejich síla. Používá se v prášku pro výrobu umělých kol a potahů pro zpracování tvrdých slitin, neželezných kovů a titanu.
• Elektrokorund (Al 2 O 3 ): krystalický oxid hlinitý. Používá se při zpracování železných kovů, příležitostně kamene a skla.

• Normální elektrokorund - Elektrokorund vyrobený z bauxitu.

• Bílý elektrokorund - Elektrokorund vyrobený z oxidu hlinitého.

• Monokorund - Elektrokorund ve formě monokrystalů, vyrobený ze surovin obsahujících oxid hlinitý a obsahující síru rozkladem oxysulfidové strusky.
• Zirkoniový elektrokorund - Elektrokorund, vyrobený ze surovin obsahujících oxid hlinitý a zirkonium, vyznačující se eutektickou strukturou korundu-baddeleyitu.
• Legovaný elektrokorund - Elektrokorund vyrobený ze surovin obsahujících oxid hlinitý s přídavkem legujících prvků, které tvoří s korundem tuhý roztok.
• Coated Abrasive - Brusný materiál, u kterého je povrch brusných zrn potažen vrstvou jiného materiálu. V závislosti na materiálu povlaku se rozlišují brusiva s kovovým povlakem a brusiva s nekovovým povlakem.

Vyvíjejí se nové slibné brusné materiály:

• Nitrid uhlíku C3N4 _
• Slitina karbidu titanu (TiC) a karbidu skandia (Sc 4 C 3 )

Samostatně je třeba vyzdvihnout způsob magneticko-abrazivního zpracování a materiály pro jeho provedení. Podstata metody spočívá v použití materiálů s vysokými abrazivními a magnetickými vlastnostmi, což umožňuje tzv. měkké zpracování a leštění na vyšší úrovni.

Literatura

• Kremen Z.I., Yuriev V.G., Baboshkin A.F. Technologie broušení ve strojírenství.
• Elbor ve strojírenství / Ed. V. S. Lisanov. - L .: Mashinostroenie, 1978.
• Tryskání: Průvodce vysoce účinným abrazivním tryskáním / Kozlov D. Yu - Jekatěrinburg: Origami ID LLC, 2007. - 216 s. - 1000 výtisků.  - ISBN 978-5-9901098-1-0 .
• Technická encyklopedie / Ch. vyd. Martens L. K. - Moskva: elektronické a tradiční slovníky, 2005. - ISBN 5-86460-132-2 .
• Směrnice pro školení inspektorů pro vizuální a měřicí kontrolu kvality lakýrnických prací / kap. vyd. Pirogov V. D .. - Jekatěrinburg: LLC Publishing House "Origami", 2009. - 202 s. - ISBN 978-5-9901098-1-5 .
• GOST R 52381-2005 (ISO 8486-1:1996, ISO 6344-2:1998, ISO 9138:1993, ISO 9284:1992) Abrazivní materiály. Zrnitost a složení zrna mlecích prášků. Kontrola zrna.
• GOST 21445-84 (ST SEV 4403-83) Brusné materiály a nástroje. Termíny a definice.

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 Abrazivní materiály // Kazachstán. Národní encyklopedie . - Almaty: Kazašské encyklopedie , 2004. - T. I. - ISBN 9965-9389-9-7 .  (Ruština) (CC BY SA 3.0)
2. ↑ Federace evropských výrobců brusiv. Federace evropských výrobců brusiva.
3. ↑ 1 2 GOST 21445-84 (ST SEV 4403-83) Brusné materiály a nástroje. Termíny a definice.

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus okolo světa Britannica (online) Universalis