40754

Абразивні матеріали: класифікація, властивості та галузі використання

Лекция

Производство и промышленные технологии

Абразивные материалы это материалы обладающие высокой твердостью и используемые для обработки поверхности различных материалов. Для изготовления абразивных инструментов используются частицы материалов различной зернистости обладающие высокой твердостью и способностью резания. Карбид кремния SiC обладает более высокой твердостью до3235 ГПа но имеет высокую хрупкость и малую прочность поэтому применяется для обработки хрупких материалов – чугунов бронзы титановых и тугоплавких сплавов заточки твердосплавных инструментов.

Русский

2013-10-22

111.92 KB

4 чел.

Лекція №12

Абразивні матеріали: класифікація, властивості та галузі використання

К одному из видов резания относится абразивная обработка материалов, которая подразделяется на несколько видов:

- разрезка очень твердых материалов; 

- отрезание и разрезание заготовок — заготовительное и монтажное производство, демонтаж конструкций;

- зачистка сварных швов;

- заточка лезвийных режущих инструментов;

- шлифование круглое — обработка цилиндрических и конических поверхностей валов и отверстий;

- шлифование плоское — обработка плоскостей и сопряжённых плоских поверхностей;

- шлифование бесцентровое — обработка в крупносерийном производстве наружных и внутренних поверхностей (валы, обоймы подшипников и др);

- шлифование бесцентровое лентой — наружные поверхности, в том числе, сложные профили;

- шлифование лентой сложных профилей — например шлифование лопаток турбин;

- притирка — абразивное притирание поверхностей (например седло и игла дизельной форсунки);

- пескоструйная обработка — очистка субстратов от старой краски, ржавчины, окалины и других загрязнений, а также сглаживание поверхностей и очистка отливок и поковок;

- магнитно-абразивная обработка — обработка магнитно-абразивным порошком в магнитном поле;

- хонингование — обработка отверстий (цилиндры двигателей, насосов и др);

- полирование — придание поверхности малой шероховатости и зеркального блеска;

- 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 перечисленных способов абразивной обработки используют различный абразивный инструмент, в котором абразивные материалы должны быть закреплены или конструктивно выполнены в виде различных инструментов или составов.

Абразивные материалы (фр. abrasif — шлифовальный, от лат. abradere — соскабливать) — это материалы, обладающие высокой твердостью, и используемые для обработки поверхности различных материалов.

 Для изготовления абразивных инструментов используются частицы материалов различной зернистости, обладающие высокой твердостью и способностью резания. Абразивные инструменты бывают со связанными зернами (шлифовальные круги, головки, бруски, ленты) и в виде несвязанных – свободных зерен (пасты,суспензии, порошки).

Для изготовления абразивных инструментов используют главным образом искусственные абразивные материалы:

- электрокорунд;

- карбид кремния;

- карбид бора;

- синтетические алмазы;

- кубический нитрид бора.

Основная составляющая электрокорунда – кристаллический оксид алюминия Al2O3 (микротвердость 18,6…23 ГПа, плотность 3,93…4,01 г/см3). Существует несколько разновидностей электрокорунда, отличающихся режущими свойствами, прочностью и размером зерен.

Карбид кремния SiC обладает более высокой твердостью (до32…35 ГПа), но имеет высокую хрупкость и малую прочность, поэтому применяется для обработки хрупких материалов – чугунов, бронзы, титановых и тугоплавких сплавов, заточки твердосплавных инструментов.

Карбид бора В4С имеет высокую твердость (39…44 ГПа), большую хрупкость и применяется в виде порошков для доводочных процессов и при ультразвуковой обработке хрупких материалов.

Для изготовления абразивных инструментов также используются синтетические алмазы и кубический нитрид бора.

   Все абразивные материалы по зернистости подразделяются на четыре группы, отличаясь между собой размером (крупностью) зёрен, имея номера 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25,20, 16, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М40, М28, М20, М14, М10, М7 и М5 и подразделяются на четыре группы:

  1.  шлифзерно (от №200 до 15),
  2.  шлифпорошки (от №12 до 3),
  3.  микропорошки (от М63 до М14) и
  4.  тонкие микропорошки (от М10 до М5).

Последние в свою очередь тщательно подразделяются по номерам зернистости в зависимости от назначения абразивного материала.

Классификацию абразивных материалов по номерам зернистости проводят рассеиванием на специальных ситах, номер которого характеризует размер зерна. Номер зернистости абразивных материалов характеризуется фракцией: предельной, крупной, основной, комплексной и мелкой. Процентное содержание основной фракции обозначают индексами В, П, Н и Д.

Эффективность работы абразивных зерен очень сильно зависит от связующего вещества: неорганические (керамическое, магнезиальное, силикатное), органические (бакелитовое, глифталевое, вулканитовое), металлические (порошки олова, меди, алюминия + наполнители).

Инструменты абразивной обработки подразделяются на следующие основные виды:

  1.  Отрезные круги: Различных диаметров (до 3500 мм), ширины, высоты и форм(профилей) рабочего(абразивного) слоя и способов закрепления его на корпусе круга.
  2.  Шлифовальные круги: Различные абразивные материалы в виде кругов, дисков, конусов разных профилей и диаметров.
  3.  Бруски: Абразивные и металлоабразивные разных размеров и профилей для хонингования, притирки, суперфиниширования.
  4.  Лента: Синтетическая или растительнотканная лента разной ширины с приклеенными на ее одной или двух сторонах зернами абразивных материалов.
  5.  Наждачная бумага: Абразивный материал нанесенный на тканевую или бумажную основу.
  6.  Пасты: Абразивные притирочные и полировальные абразивы равномерно распределенные в связующем (парафин, церезин, олеиновая кислота, стеарин, масла, керосин и др).
  7.  Свободное зерно: Сухие абразивные зерна для гидроабразивной, ультразвуковой и пескоструйной обработки.
  8.  Галтовочные тела: абразивный инструмент в виде изделий геометрической формы (цилиндр, призма, конус, куб и т. п.), предназначенный для галтовки.

 

Наждачная бумага с шлифзерном размера FEPA Р80.

  Размер частицы абразива колеблется в пределах 2 мм (крупная фракция) — 40 мкм.

Абразивные материалы делятся по твердости (сверхтвёрдые, твёрдые, мягкие), и химическому составу, и по величине шлифовального зерна (крупные или грубые, средние, тонкие, особо тонкие), величина зерна измеряется в микрометрах или мешах.

Зерном абразива называют отдельный кристалл, сростки кристаллов или их осколки при отношении их наибольшего размера к наименьшему не более 3:1.

Пригодность абразивных материалов зависит от физических и кристаллографических свойств; особенно важное значение имеет их способность при истирании разламываться на остроугольные частицы. У алмаза это свойство максимальное. Выбор абразивного материала зависит от физических свойств обрабатываемого и обрабатывающего материала, а также от стадии обработки (грубая обдирка, шлифовка и полировка), при чём твёрдость абразивного материала должна быть выше твёрдости обрабатываемого (за исключением алмаза, который обрабатывается алмазом).

Абразивные материалы характеризуются твёрдостью, хрупкостью, абразивной способностью, механической и химической стойкостью.

Твёрдость абразивных материалов характеризуется по минерологической шкале твёрдости Мооса 10 классами, вклющающей в качестве эталонов: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 — полевой шпат, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз.

Абразивная способность характеризуется количеством материала, сошлифованного за единицу времени.

Механическая стойкость — способность абразивного материала выдерживать механические нагрузки, не разрушаясь при резке, шлифовке и полировке. Она характеризуется пределлом прочности при сжатии, который определяяют, раздавливая зерно абразивного материала, фиксируя нагрузку в момент его разрушения. Предел прочности абразивных материалов при повышении температцры снижается.

Химическая стойкость — способность абразивных материалов не изменять своих механических свойств, будучи во взаимодействии с растворами щелочей, кислои, а также в воде и органических растворителях.

В настоящее время абразивные материалы добываются и производятся синтетически, причём новые синтетические материалы, как правило, более эффективны, чем природные. Ниже приведены списки известных абразивных материалов.

Природные абразивы

  1.  Алмаз: Алмазоподобная кубическая аллотропическая форма элементарного углерода, добывается в коренных (кимберлитовые трубки) и россыпных месторождениях. Наиболее ценный по своим абразионным свойствам материал. Лучшим считается его чёрная разновидность — карбонадо (карбонат), добываемая в Бразилии и на острове Борнео. Второе место занимает борт — радиально-лучистая разновидность алмаза. На рынке под именем борта продаётся всякий непригодный для огранки алмаз. Из общего количества 20% карбонадо, 20% настоящий борт, остальное — алмазный порошок и осколки. Применяется при обработке твердого камня, а также для шлифовки и полировки самого алмаза.
  2.  Гранат: Природный минерал, состоит из: R2+3 R3+2 [SiO4]3, где R2+ — Mg, Fe, Mn, Ca; R3+ — Al, Fe, Cr.
  3.  Инфузорная земля: осадочная горная порода, состоящая преимущественно из останков диатомовых водорослей. Химически кизельгур на 96 % состоит из водного кремнезёма (опала). Применяется в виде тонкого порошка для полировки камня и металла.
  4.  Кварц: Кристаллическая двуокись кремния, один из наиболее дешевых и доступных абразивных материалов. В сухом виде вызывает силикоз. Использование только совместно с подачей воды. Кварц и кремень с раковистым изломом при раскалывании дают остроугольные частицы. Применяются в порошке для обработки мягких камней (мрамор), в пескоструйных аппаратах для обработки металла, для очистки камней в строительном деле и для изготовления шлифовальных шкурок. Из кремневых конкреций изготавливали шары для шаровых мельниц.
  5.  Корунд: Кристаллический оксид алюминия, то же и сапфир, добывается в россыпях и иногда в рудах. Добытая корундовая руда измельчается, обогащается и сортируется по величине зерна. Применяется в порошке и для изготовления из него искусственных кругов, брусков и шкурок.
  6.  Красный железняк: широко распространённый минерал железа Fe2O3. В особо чистых разновидностях применяется для полирования железа и стекла.
  7.  Мел: Карбонат кальция, для тонких видов абразивной обработки (притирка, полирование).
  8.  Наждак: Природный минерал, состоит из: корунда и магнетита — черного магнитного оксида железа Fe3O4
  9.  Пемза: пузыристое вулканическое стекло. Для шлифовки пригодна пемза с тонкими пластинками стекла, образующими перегородки между ячейками. Самая лучшая пемза — с острова Липари, близ Сицилии. Применяется для шлифовки дерева, мягких камней и металлов.
  10.  Полевой шпат: группа породообразующих минералов из класса силикатов. Большинство полевых шпатов — представители твёрдых растворов тройной системы изоморфного ряда К[АlSi3O8] — Na[АlSi3O8] — Са[Аl2Si2O8], конечные члены которой соответственно — альбит (Ab), ортоклаз (Or), анортит (An). В размолотом виде, наклеенный на полотно или бумагу, применяется в тех случаях, когда требуется мягкий шлифовальный материал.
  11.  Трепел: рыхлая или слабо сцементированная, тонкопористая опаловая осадочная порода. Применяется в виде тонкого порошка для полировки камня и металла.

Синтетические абразивы

  1.  Минеральный шлак (купрошлак или никельшлак): применяются для наружной очистки металлических, каменных, бетонных, кирпичных, деревянных поверхностей.
  2.  Колотая стальная дробь: Применяется для удаления плотной окалины и обработки мягкого камня.
  3.  Искусственный алмаз: Синтез при высоком давлении, обработка твердых сплавов, камня, стекла, цветных металлов.
  4.  Кубический нитрид бора боразон (В России кубический нитрид бора знают как эльбор): Синтез при высоком давлении, применяют при шлифовании деталей из различных сталей и сплавов.
  5.  Сплав бор-углерод-кремний: Сплавление бора с углеродом и кремнием в дуговой печи, обработка черных, и цветных металлов, камня, стекла и др.
  6.  Карбид бора (B4C): тугоплавкое соединение, по твёрдости уступает лишь алмазу. Применяется для обработки твердых сплавов, стекла, черных металлов.
  7.  Карбид кремния (SiC) или Карборунд. Химическое соединение кремния с углеродом. Впервые получен в электрической печи в 1891 году. Лучшим считается американский — Carborundum С°, Norton; немецкий из-за примесей хуже. Чем меньшн размеры его зёрен, тем больше их прочность. Применяется в порошке для изготовления искусственных кругов и шкурок для обработки твёрдых сплавов, цветных металлов и титана.
  8.  Нитрид кремния: обработка черных и цветных металлов.
  9.  Нитрид алюминия: обработка металлов.
  10.  Электрокорунд (Al2O3): кристаллическая окись алюминия. Применяется при обработке черных металлов, изредка камня и стекла.
  11.  Оксид циркония (фианит): обработка черных и цветных металлов.
  12.  Двуокись церия: обработка стекла (полирит).
  13.  Двуокись олова: обработка стекла, полирование металлов.
  14.  Двуокись титана: полирование цветных металлов.
  15.  Крокус красный (железный) получается прокаливанием щавелевокислого железа; полировальный порошок для металла и стекла.
  16.  Крокус зеленый (окись хрома): для полировки твёрдых камней (кварц, агат, нефрит), черных и цветных металлов.

Разрабатываются новые перспективные абразивные материалы:

  1.  Нитрид углерода C3N4
  2.  Сплав карбида титана (TiC) и карбида скандия (Sc4C3)

 В отличие от режущих инструментов, абразивные зерна в круге свободно ориентированы, выступают на разную высоту из корпуса круга, а также имеют значительно больший, по сравнению с режущим инструментом, радиус закругления режущего лезвия и отрицательный передний угол. Это приводит к тому, что на довольно значительном промежутке пути контакта между заготовкой 4 и вершиной зерна оно не срезает стружку, а втискивается в поверхность резания, пластично ее деформируя (см.рис. а,б). Лишь когда радиус закругления режущего лезвия становится большим толщины срезаемого слоя (см.рис. в), начинается процесс срезания стружки. Эта особенность процесса шлифования является причиной возникновения довольно значительных сил резания, интенсивного тепловыделения, которое может приводить даже к сгоранию стружки и возникновению пригаров на обработанной поверхности.

Таблица сравнения абразивных материалов используемых при абразивоструйной очистке

Материал

Размер сита, мкм

Форма

Плотность фунты/футы³

Твердость по Моосу

Хрупкость

Происхождение

Применение

Песок

6-270

*

100

5.0-6.0

высокая

природный материал

Наружная очистка

Минеральный шлак купершлак/никельшлак

8-80

*

85-112

7.0-7.5

высокая

отходы

Наружная очистка

Колотая дробь

10-325

*

230

8.0

низкая

производство

Удаление плотной окалины

Стальная дробь

8-200

°

280

8.0

низкая

производство

Очистка, упрочнение

Стеклянные шарики

10-400

°

85-90

5.5

средняя

производство

Очистка, отделка

Оксид алюминия

12-325

*

125

8.0-9.0+

средняя

производство

Очистка, отделка, удаление заусенцев, гравировка

Пластик

12-80

*

45-60

3.0-4.0

низкая/ средняя

производство

Удаление краски, снятие заусенцев, очистка

Кукурузные початки

8-40

*

35-45

2.0-4.5

средняя

отходы

Удаление краски с деликатных поверхностей

Пшеничный крахмал

12-50

*

90

2.8-3.0

высокая

отходы

Удаление краски, очистка

°- круглая; * — остроугольная.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36860. Функция plot2d 690.5 KB
  Функция plot2d plot2d[logflg]xy’[key1=vlue1key2=vlue2. Следует отметить что вовсе не обязательно использовать полную форму записи функции plot2d со всеми ее параметрами. В простейшем случае к ней можно обратиться кратко как и к функции plot. Создавать массив Y необязательно следует лишь в качестве аргумента функции plot2d указать математическое выражение функции.
36861. Форматирование графиков функций 724 KB
  Visibility отображение графика переключатель принимающий значения on и off. Figure nme имя графика это последовательность символов которые выводятся в строке заголовка графического окна. По умолчанию графическому окну присваивается имя Scilb Grphic d где d это порядковый номер графика Figure id.
36862. Word: Работа с таблицами 80 KB
  Выполните подготовительные действия для работы с таблицами: – выполните команду меню Таблица и в меню этой команды установите команду Отображать сетку если в этой строке установлена команда Скрыть сетку то выделите эту строку и нажмите на левую кнопку мыши после чего там появится команда Отображать сетку; – выведите на экран панель инструментов Таблицы и границы что проще всего сделать нажатием на кнопку Панель границ на Стандартной панели инструментов но можно также или использовать контекстное меню в области панелей...
36863. Работа со сводными таблицами. Создание сводных таблиц 681.5 KB
  Сохраните документ в своей папке под именем Сводные таблицы. Установите курсор в диапазоне ячеек содержащих значения заголовки строк и столбцов В любую заполненную данными ячейку таблицы Выберите команду Данные Сводная таблица. Во втором диалоговом окне проверьте правильно ли выделен диапазон данных для создания сводной таблицы или задайте диапазон данных если диапазон не был выбран Рис. Третье диалоговое окно предлагает выбрать лист для размещения сводной таблицы оставьте принятую по молчанию установку Новый лист Рис.
36864. Исследование недвоичных счетчиков 72.5 KB
  При построении счетчиков с дешифратором состояния наиболее целесообразно использовать счетчики интегрального состояния например 74191 см. Счетчик с дешифратором состояния. D; счетный вход ─ CLK; вход направления счета ─ U – суммирование активен высоким уровнем ─ D вычитание активен низким уровнем; вход управления предварительной установкой ─ LOD; выход переноса ─ RCO выход дешифратора состояния активен низким уровнем при достижении последнего состояния счетчика. При выполнении этой части работы необходимо снимать временные диаграммы...
36865. Построение трехмерных графиков в Scilab 676.5 KB
  Функции plot3d и plot3d1 В Scilb поверхность можно построить с помощью функций plot3d или plot3d1. Их отличие состоит в том что plot3d строит поверхность и заливает ее одним цветом а plot3d1 поверхность каждая ячейка которой имеет цвет зависящий от значения функции в каждом соответствующем узле сетки. Обращение к функциям следующее: plot3dxyz[thetlphlegflgebox][keyn=vluen] plot3d1xyz[thetlphlegflgebox][keyn=vluen] здесь x векторстолбец значений абсцисс; y векторстолбец значений ординат; z матрица значений...
36866. ПОДГОТОВКА ДОКУМЕНТА MS EXCEL К ПЕЧАТИ 64.5 KB
  ПОДГОТОВКА ДОКУМЕНТА MS EXCEL К ПЕЧАТИ Цель работы: рассмотреть этапы подготовки документов MS Excel к печати. Вопросы компетенции навыки для освоения: Изучить элементы интерфейса MS Excel служащие для подготовки документа к печати. Освоить технологии и рассмотреть этапы подготовки документов MS Excel к печати. Подготовить к печати документ большого объема.
36867. Построение поверхностей заданных параметрически с помощью функций param3d и param3d1 752 KB
  Затем обратимся к функции prm3d передав ей математические выражения функций y y1 и y2 а также углы в градусах под которыми наблюдатель будет видеть формируемый график 45 и 35 Листинг 6. Построение линии заданной параметрически с помощью функции prm3d t=[0:0. Построение линии заданной параметрически с помощью функции prm3d t=50pi:0. Для построения графиков линий в одной системе координат обратимся к функции prm3d1.
36868. ОСНОВНЫЕ ВСТРОЕННЫЕ ФУНКЦИИ MS EXCEL 284 KB
  Имя функции описывает операцию которая эта функция выполняет. 1 или нажатием кнопки Вставить функция в строке Формул. В этом окне сначала следует выбрать категорию функции из списка Категория а затем в открывшемся алфавитном списке Функция указать нужную функцию. Математические функции Функция СУММ Функция СУММ суммирует множества чисел.