Абразив(ы) и абразивный материал(ы) именуются так же : шлифовальные материалы, шлифовальное
зерно, абразивное зерно, шлифзерно и т.п.
Свободные абразивы - абразивы используемые в свободном виде, например,
для пескоструйной обработки поверхностей, ручной обработки путем нанесения на салфетку
или на обрабатываемую поверхность, а так же используемые в составе абразивных паст,
гелей.
Абразивы в связке - формованные изделия из смесей абразивного, связующего
материалов и наполнителей, с последующим отверждением или спеканием. Различают следующие виды
связок : керамическая или стекловидная, смолянистая, вулканитовая и др.
Абразивные покрытия - абразивные зерна, нанесенные на поверхность полотняной
основы, например, бумажной, тканевой, фибровой и др., и закрепленные на ее поверхности с
помощью клеев и смол.
Природные абразивы
Корунд
Корунд получают из природных корундовых и наждачных руд. Прежде, посредством обточки из
корундовых камней формировали точильные и шлифовальные круги. С появлением искусственных
материалов, природный корунд используется, в основном, в свободном виде. Шлифзерно добывают
методом дробления и обогащения руд от примесей. Корундовые руды содержат Al2O3 не менее 40%,
Fe2O3 - не более 3%. В состав руд помимо оксида железа входят различные оксиды и гидроксиды :
андалузит, пианит, диаспор, кварц, слюды.
Наждаки это мелкозернистые горные породы с содержанием Al2O3 - 10-30%, ассоциируемые с
большим количеством магнетита, гематита и шпинели.
Плотность природных корундовых абразивов - 3.90-4.12г/см3. Микротвердость - 17.7-23.5ГПа.
Гранат
Гранат имеет минералогическую структуру - (RII)3,(RIII)2[(RIV)O4], где :
(RII) - Mg, Fe2+, Mn2+, Ca ;
(RIII) - Al, Fe3+, Gr, Ti ;
(RIV) - Si, Ti.
В природе встречается в большом разнообразии, может быть бесцветным или наоборот - ярко окрашенным
в цвета от красно-малинового до зеленого и черного. В исходных рудах содержание граната
составляет 9-20% ; обогащенный концентрат содержит до 90% граната.
Плотность - 3.53-4.32г/см3. Микротвердость - 13.7-16.7ГПа.
Гранат используется в шлифовальной шкурке и в качестве свободных абразивов для обработки
стекла, камня, керамики. Именно
этот материал используется для полирования кинескопов цветных телевизоров.
Кремень
Кремень встречается в разновидностях : халцедоно-кварцевой, кварцевой, халцедоновой,
опало-халцедоновой в виде желваков, конкреций, реже, в в виде линз в карбонатных породах.
Имеет цвета от желто-серого до черного.
Содержит SiC более 92%, CaO - менее 2%, глинистых - менее 4%.
Плотность - 2.57-2.64г/см3. Микротвердость - 9.8-14.7ГПа.
Используется в шлифшкурке и в качестве свободных абразивов для обработки дерева.
Искусственные абразивы
Искусственные (синтетические) абразивные материалы производят из природных минералов, руд
обогащенных и необогащенных, измельченных смесей (шихты) методом плавления в печах, охлаждения,
дробления кусков расплава и рассева оброзовавшихся зерен по фракциям. Сырьем для производства
искусственных абразивов служат руды и минералы, содержащие большое количество твердых кристаллов,
таких как оксид алюминия (Al2O3) и кварц (SiO2).
Природным поставщиком оксида алюминия для производства абразивов являются бокситовые глины,
содержащие не менее 60% Al2O3 (корунда). Температура плавления бокситов превышает 1400гр.С.
Процесс требует энергии больше, чем способен выделить угольный кокс в
обычных металлургических печах, поэтому плавка производится в электродуговых печах с
использованием энергии электрической дуги. Эффект плавления может быть
усилен магнитным полем в специализированных индукционных печах.
Т.к. получение искусственного
корунда связано с использованием электрической энергии, материал получил название "электрокорунд".
Поставщиком кремния для синтезированных материалов является природный кварцевый песок. Получение
абразивов производится путем плавления кварцевого песка в электропечах и взаимодействия с
углеродом за счет добавления в расплав нефтяного кокса, в результате чего синтезируется материал - карбид
кремния (SiC), синоним - карборунд.
Искусственные абразивы обладают большей твердостью по сравнению с природными, а применение
добавок позволяет получить широкий спектр метериалов с необходимыми свойствами для
различных видов абразивной обработки.
Электрокорунд нормальный
Электрокорунд нормальный получают в электродуговых печах восстановительной плавкой
шихты, состоящей из бокситов, углеродистого материала и чугунной стружки.
Минералогическая основа бокситов - корунд Al2O3 (не менее 60%) и гексаалюминат кальция CaO*6Al2O3.
В процессе восстановительных реакций примеси Fe2O3, SiO2, TiO2 переходят в ферросплавы,
кроме CaO.
Плотность - 3.85-3.95г/см3. Микротвердость - 18.9-19.6ГПа.
Электрокорунд нормальный - широко рапространенный материал, используемый для изготовления
инструмента и шлифшкурки с различными типами связки. Используется и в свободном виде, для
струйной обработки. Наиболее эффективен при обработке углеродистых сталей, в опреациях шлифования,
резки и обдирки.
Электрокорунд белый
Электрокорунд белый получают плавлением глинозема в электродуговых печах. Глинозем является
продуктом обогащения бокситовых глин. Содержание корунда в глиноземе 98-99% и 1-2% - алюмината
натрия Na2O*11Al2O3.
Плотность - 3.90-3.95г/см3. Микротвердость - 19.6-20.9ГПа.
Как более твердый материал, используется в инструменте с твердой связкой (керамика).
Наиболее эффективен при обработке чугуна, нержавеющей стали. Используется так-же, в
шлифшкурке и свободном виде.
Электрокорунд хром-титанистый
Хром-титанистый электрокорунд получают в электродуговых печах плавлением шихты,
состоящей из глинозема или бокситов и легирующих компонентов - оксида хрома и
оксида титана.
Материал из глинозема содержит Cr2O3 не более 0.4%, TiO2 - не более 0.7% ;
из бокситов : Cr2O3 - 0.1-0.5%, TiO2 - 1.7-3.5%.
Легирование 2-мя компонентами улучшает абразивные свойства материала.
Используется в шлифшкурках и свободном виде, и в инструменете для интенсивных режимов
обработки конструкционных и углеродистых сталей.
Электрокорунд циркониевый
Циркониевый электрокорунд получают из шихты глинозема и оксида циркония в специальных
наклоняющихся электродуговых печах, методом "на слив" с последующим интенсивным охлаждением
расплава, что позволяет получить микрокристаллический материал с размерами первичных кристаллов
до 50мкм.
Плотность - 4.05-4.15г/см3. Микротвердость - 22.6-23.5ГПа.
Циркониевый электрокорунд обладает высоким коэффициентом шлифования и является самым эффективным
материалом в обдирочных операциях с высокими нагрузками и большим съемом металла,- производительность
бакелитовых обдирочных кругов из циркониевого электрокорунда более чем в 10 раз превышает
производительность кругов их электрокорунда нормального.
Карбид кремния черный
Карбид кремния SiC получают в электропечах при взаимодействии кремния и углерода. Сырьем для
карбида кремния служат кварцевый песок Si - не менее 99% и нефтяной кокс с массовой долей золы
- не более 1%.
Плотность - 3.21г/см3. Микротвердость - 33ГПа.
Как очень твердый материал используется при обработке стекла, керамики, железобетона, чугуна.
Применяется при изготовлении инструмента с различными типами связки и в шлифшкурке.
Структура материала ("незасаливаемая") позволяет обрабатывать мягкие материалы - цветные металлы, дерево, кирпич.
Карбид кремния зеленый
По своему химическому составу и физико-механическим свойствам карбид кремния зеленый незначительно
отличается от карбида кремния черного.
Сферокорунд
Сферокорунд получают методом раздува расплава глинозема и образования полых корундовых сфер.
Содержание Al2O3 в материале - не менее 99%.
Плотность - 3.90-3.95г/см3. Микротвердость - 19.6-20.9ГПа.
Сферокорунд используется для труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочная сталь,
мягких и вязких материалов, как кожа или резина. Поддержание абразивных свойств материала
происходит за счет разрушения сфер в процессе шлифования и обнажения новых режущих кромок при
малом тепловыделении.
Формокорунд
Формокорунд получают методом экструзии высоковязкой водной суспензии глинозема,
последующей сушки и спекания при температуре 1700гр.С.
Содержание Al2O3 - 80-87%, Fe2O3 - не более 1.5%.
Частицы имеют цилиндрическую (С) или призматическую (Р) формы с размерами сечения - 1.2-1.8мм. и
длиной - 3.8-8.0мм.
Формокрунд используется в тяжелых обдирочных операциях.
Монокорунд
Шлифзерно представлено монокристаллами, в отличии от нормального электрокорунда,
имеющего поликристаллическую структуру, что обеспечивает высокую режущую способность,
но и высокую стоимость этого материала.
Агрегат
Шлифовальный материал, полученный благодаря спеканию нескольких абразивных зерен между собой.
Физико-механические свойства материалов.
Марка материала |
Плотность г/см3 |
Микротвердость ГПа |
Мех.прочность Н |
Абразивная способность г |
Режущая способность г/мин |
Насыпная плотность г/см3 |
|
|
|
25 |
8 |
M40 |
40 |
Карбид кремния зеленый |
3.15-3.25 |
32.4-35.3 |
11.0-14.7 |
0.09 |
0.057 |
1.49 |
Карбид кремния черный |
3.15-3.25 |
32.4-35.3 |
11.0-14.7 |
0.08 |
0.060 |
1.43 |
Электрокорунд нормальный |
3.85-3.95 |
18.9-19.6 |
8.6-19.9 |
0.06 |
0.036 |
1.78 |
Электрокорунд белый |
3.90-3.95 |
19.6-20.9 |
8.3-10.8 |
0.05 |
0.035 |
1.83 |
Электрокорунд хром-титанистый |
3.95-4.00 |
19.6-22.6 |
9.3-10.4 |
0.05 |
|
1.85 |
Электрокорунд циркониевый |
4.05-4.15 |
22.6-23.5 |
589 |
|
|
2.12 |
Зернистость абразивных материалов
Зернистость абразивов определяется размером зерен материала и зерновым составом.
Зерна добывают дроблением кусков охлажденного расплава электрокорунда или карбида кремния и
с помощью последующего разделения по фракциям.
Разделение зерен большого размера производится путем рассева через
сита, а микро зерен - при помощи гидравлической или воздушной классификации .
В зависимости от размеров зерен, абразивы делятся на следующие виды :
Шлифзерно - 2000-160 мкм. ;
Шлифпорошки - 125-40 мкм.;
Микропорошки - 63-14 мкм.;
Тонкие шлифпорошки - 10-3 мкм..
Способы классификации, размеры и обозначение зернистости шлифматериалов регулируются
стандартом ГОСТ 3647-80.
Согласно ГОСТу зернистость микропорошков до 63 мкм. обозначается буквой "М" плюс
размер шлифзерна в микронах - "М63", зернистость шлифпорошков и шлифзерна больших
63 мкм. обозначается номером, равным 1/10 размера зерна в микронах, например :
№ 16 = 160 мкм.
Зерновой состав означает количество частиц основной фракциии, по размеру которых определяют марку шлифзерна.
Определение качества по зерновому составу :
Содержание основной фракции в материале (%)
|
|
200-8 |
6-4 |
M63-M28 |
M28-M14 |
M10-M5 |
В |
Высшее |
|
|
60 |
60 |
55 |
П |
Повышенное |
55 |
55 |
50 |
50 |
45 |
Н |
Нормальное |
45 |
40 |
45 |
40 |
40 |
Д |
Допустимое |
41 |
|
43 |
39 |
39 |
Маркировка абразивного зерна
Маркировка шлифматериалов - это комбинация цифр и букв. Согласно ГОСТу 28818-90 электрокорунд
нормальный имеет следующие обозначения : 12А, 13А, 14А, 15А. Чем выше число в префиксе маркировки,
тем выше качество материала, т.е. выше твердость за счет меньшего количества ненужных примесей и
выше режущая способность материала.
Электрокорунд белый обозначается : 22А, 23А, 24А, 25А.
Качество материала во многом зависит как от чистоты исходного сырья, так и от способа производства.
Источником электрокорунда белого является глинозем - высокоалюминистое сырье, продукт обогащения
бокситовых глин (98-99% оксида алюминия). Т.н. альфа-глинозем - почти стопроцентное сырье высшей
степени очистки. Получение из глинозема абразива высшего сорта (25А), обладающего высокой
твердостью и высокой режущей способностью, достигается за счет более высокой температуры плавления
и более быстрого охлаждения расплава, благодаря чему кристаллы абразива становятся более "лучистыми"
и при этом более твердыми. Вспомним, что режущая способность абразивного зерна определяется количеством
режущих вершин. Более твердое зерно является и более хрупким, поэтому высокосортный абразив
лучше подходит для шлифшкурки и прочих изделий с абразивным покрытием, в то время как материал низшего
сорта более пригоден в качестве свободного абразива для пескоструйного шлифования.
Можно вывести шкалу, связав сортность абразивов и область применения по принципу :
от 12А до 25А - от СВОБОДНЫХ АБРАЗИВОВ до ИЗДЕЛИЙ С АБРАЗИВНЫМ ПОКРЫТИЕМ (ШЛИФШКУРКИ).
Зерно марок 13А-15А эффективнее использовать в кругах при высоких ударных нагрузках, например в отрезных
и обдирочных кругах на бакелитовой связке, и в другом инструменте и операциях, подразумевающих
высокое давление на обрабатываемую поверхность и/или объемное снятие материала.
Более хрупкие марки 22А-24А эффективнее используются в кругах на керамической связке.
В шлифшкурке и прочих изделиях с абразивным покрытием, работа которых не связана с высоким
давлением и направлена на прецизионную обработку поверхностей, используют хрупкий материал
с высокой режущей способностью марок 24А-25А.
Хром-титанистый электрокорунд обозначается 95А.
Циркониевый электрокорунд обозначается 38А. Шлифзерно обладает уникальным сочетанием прочности
и высокой режущей способности, поэтому используется в кругах для обдирочных операций
с высокими ударными нагрузками и объемным съемом материала. Режущая способность в 10 раз
выше чем у электрокорунда нормального в аналогичных операциях.
Сферокорунд - ЭС.
Монокорунд - 43А-45А.
Карбид кремния черный - 52С-55С.
Карбид кремния зеленый - 62С-65С. Получение высокосортного материала из карбида кремния,
как в случае с электрокорундом, достигается за счет повышенной температуры плавления и
быстрого охлаждения. Высокосортный абразив из карбида кремния используется в основном
в шлифшкурке.
Особенности классификации абразивных материалов в зарубежных стандартах
Электрокорунд имеет общее название - fused aluminium oxide, дословно -
плавленый оксид алюминия.
Электрокорунд нормальный и белый - brown fused aluminium oxide и white fused aluminium oxide
соответственно. Видно, что названия ассоциируются с цветом материалов. Можно встретить такие
названия, как например : white corundum, white alumina (alumina - глинозем).
Pink alumina - розовый оксид алюминия, хром-титанистый электрокорунд, имеющий розовую
окраску.
Ruby alumina или electroruby - рубиновый электрокорунд из оксида циркония.
Общее название карбида кремния - silicon carbide, он-же - carborundum.
Black silicon carbide и green silicon carbide - соответственно черный и зеленый
карбид кремния.
|
Наименование и марки материала |
Примеры зарубежного обозначения материала |
|
Электрокорунд нормальный 12A, 13A, 14A, 15A |
Brown fused aluminium oxide (corundum) 10A, 11A, A, ONA, TA |
|
Электрокорунд белый 22A, 23A, 24A, 25A |
White fused aluminium oxide (corundum) 33A, 38A, WA, OBA, EK |
|
Электрокорунд хром-титанистый 95A |
Chromium-titanium corundum (pink corundum) 66A, 88A |
|
Циркониевый электрокорунд 38A |
Zirconium corundum (electroruby) 77A, ZC |
|
Карбид кремния черный 52C, 53C, 54C, 55C |
Black silicon carbide (carborundum) 21C, 37C, 55C, BC, SIC, SC21, 1C |
|
Карбид кремния зеленый 62C, 63C, 64C, 65C |
Green silicon carbide (carborundum) 22C, 39C, 66C, C, SICg, SCg, 4C |
Сортность абразивных материалов имеет строгую привязку к области применения. В классификации
FEPA (Federation of european producers of abrasives) шлифзерно разделяется на классы :
F (First grade, bonded abrasives)- первый сорт, абразивы в связке (шлиф.круги и др.), и
P (Premium grade, coated abrasives) - высший сорт, абразивные покрытия (шлифшкурка и др.).
В американской классификации приняты следующие обозначения :
B - (blasting) шлифзерно для пескоструйной обработки ;
R - (rigid) шлифзерно низкой плотности для шлифовальных кругов и др. абразивов в связке ;
L - шлифзерно высокой плотности для шлифшкурки и проч. абразивных покрытий.
Зернистость абразивных материалов обозначается буквой и числом ; буква указывает на сорт
материала, число - это количество зерен на одном линейном дюйме сита. Например - F120,
соответствует №10 по российской классификации. Очень приблизительно номер по FEPA можно
рассчитать по формуле :
Размер по FEPA = 2,54 * 1000 / 2N, где N - размер шлифзерна по российской классификации.
В силу того, что российские стандарты позволяют большие допуски при рассеве и не учитывают
сорта материала, четкого соответствия между отечественной и зарубежной классификацией нет.
Кроме этого существуют небольшие различия в зернистости сортов F и P.
К рассеву материала сорта P предъявляются более строгие требования, подразумевающие более
четкую селекцию по зерновому составу с минимальными допусками. Так же есть различия в определении
размеров зерен. Сорт P отличается от F "лучистостью", наличием большего числа режущих вершин, т.е.
занимая одинаковый объем зерно P весит несколько легче зерна F. Поэтому шкала зернистости
по сорту P более условна - номера зерен несколько занижены по отношению к реально занимаемому
объему для приведения в соответствие с весом, основным параметром, учитываемом в производстве
изделий из абразивов.
Стандарты и ТУ для шлифматериалов
1. |
Материалы шлифовальные из корундовых и наждачных руд. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-972-85 |
2. |
Материалы шлифовальные из карбида кремния. Технические условия. |
|
ГОСТ 26327-84 |
3. |
Материалы шлифовальные из карбида кремния черного марки 51С. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-972-85 |
4. |
Материалы шлифовальные из электрокорунда. Технические условия. |
|
ГОСТ 28818-90 |
5. |
Материалы шлифовальные из электрокорунда белого. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-350-74 |
6. |
Материалы шлифовальные из электрокорунда белого. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-288-86 |
7. |
Материалы шлифовальные из электрокорунда белого |
|
ТУ 2-036-314-88 |
8. |
Материалы шлифовальные из хром-титанистого электрокорунда. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-0221066-007-90 |
9. |
Материалы шлифовальные из хром-титанистого электрокорунда |
|
ТУ 2-036-849-85 |
10. |
Материалы шлифовальные из циркониевого электрокорунда. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-0221841-006-90 |
11. |
Материалы шлифовальные из сферокорунда. Технические условия. |
|
ТУ 2-036-0221841-006-90 |
12. |
Материалы шлифовальные. Классификация. Зернисость и зерновой состав. Методы контроля. |
|
ГОСТ 3647-80 |
|