Индустриални абразиви

Aбразивите са материали, най-често на минерална основа, които се използват за оформяне или финишно третиране на различни повърхности или изделия, при което част от изходния материал се отнема. Финишната обработка типично включва две групи операции – за заглаждане на повърхността (полиране, шлайфане, премахване на драскотини и т. н.) или за нейното огрубяване (повишаване на грапавостта).

Абразивните материали и инструменти, използвани в индустрията, обхващат изключително многобройна група продукти, посредством които се изпълняват голям брой различни технологични операции. На пазара се предлагат абразивни материали, вариращи в широки граници по отношение на химичния си състав и физически характеристики, форма, размери и техника за използване. Сред най-разпространените приложения на абразивите са шлайфане, полиране, шлифоване, хонинговане, рязане, пробиване, заточване, лепинговане, песъкоструйна обработка и др.

Принцип на действие на индустриалните абразивни материали и инструменти
Абразивите действат на базата на разлика в твърдостта на двата материала – обработваната повърхност и абразивното средство, което типично е по-твърдо. Материалите, използвани като абразиви в техническата практика, обикновено са или твърди естествени минерали (с твърдост по-голяма или равна на 7 по скалата на Моос за определяне на относителната твърдост на минералите), или синтетични материали със сходен химичен състав и физически свойства на естествените твърди минерали, които обаче не съществуват в природата в естествен вид.

Диамантът е широко използван абразив, който се среща както в естествен вид, така и като синтетично произведен продукт от боксит (алуминиева руда). Като абразиви се използват и по-меки материали, като калциев карбонат, които се добавят в състава на различни полиращи пасти.

Размерът на абразивните частици при абразивните материали и инструменти определя тяхната зърнистост. Частиците или са с естествено малки размери, или са изкуствено натрошени до макроскопични зрънца с размери около 2 мм в диаметър или до микроскопични абразивни частици с диаметър стотици или хилядни от милиметъра. Тези зрънца, наричани грит, са с груби, остри ръбове, които намаляват площта на контактната повърхност с обработвания материал и така увеличават натиска.

Абразивни минерали
Най-общо абразивните материали се класифицират като естествени и синтетични. Много изкуствени абразивни средства постигат ефективността на естествените материали с много по-малки разходи за производство за сметка на добив. В допълнение, примесите в естествените материали могат да станат причина за понижаване на ефективността им.

Сред широко използваните в индустриалната практика естествени абразиви са: калцит (калциев карбонат), корунд, диамантен прах, пемза, пясък, гранат, пясъчник, прахообразен фелдшпат, ставролит и др. Популярни синтетични абразивни материали са: кубичен бор нитрид (CBN), алуминиев оксид, железен оксид, синтетичен корунд, сух лед, стъклен прах, фина фракция стоманени дробинки, цирконий алуминиев оксид, борен карбид, различни шлаки и др.

Фактори, повлияващи скоростта на отнемане на материал при третиране с абразив
По-твърдите абразиви типично отнемат материал по-бързо и в по-голямо количество. Колкото по-голяма е разликата в твърдостта между двете повърхности, толкова по-бърза е обработката. В допълнение, по-бързо отнемат материал абразивните средства и инструменти с по-едър грит.

От значение за скоростта на обработка е адхезията между отделните зрънца в структурата на абразива, както и контактната сила – по-голям контактен натиск води до по-бързо износване на третираната повърхност.

По правило, по-ефективни са новите средства и инструменти, тъй като при продължително използваните много от абразивните частици вече са се отделили от структурата на абразивния материал.

В абразивната металообработка типично се използват лубриканти, охладители и различни смазочни вещества, които забавят износването на абразивния инструмент или повърхност, намаляват загряването и отвеждат генерираната топлина далеч от обработвания детайл, редуцират триенето и позволяват по-фин повърхностен завършек на изделието.

Индустриални абразивни продукти и инструменти
Индустриалните абразиви се предлагат в много различни форми и с разнообразни техники на прилагане. Сред широко използваните естествени и синтетични абразивни средства са два типа продукти - абразивни инструменти в произволна форма на базата на свързващи вещества и абразивни средства с плоска основа или абразивни листове, познати още като шкурки. Разнообразието от форми при абразивните инструменти и средства включва блокчета/камъни, колани, дискове, колела, листове, пръти или прахообразни абразиви с различна едрина на частиците.

Твърди абразивни инструменти
Твърдите абразивни инструменти най-често са изработени от абразивен материал, отлят в матрица или форма, като отделните абразивни зрънца са слепени посредством свързващ органичен или неорганичен материал (бакелит, различни смоли, вулканичен камък и др.). Сместа от абразивни частици и свръзка се оформя в блокчета, пръти, дискове, колела или други форми в зависимост от приложението.

Широко използвани абразивни материали за изработката на твърди абразивни инструменти са алуминиев оксид, силициев карбид, гранат и др. Често прилаган подход при абразивните камъни е различните страни на блокчето да са с различна едрина на грита.

Кръглите шлифовъчни колела, използвани за заточване на метални инструменти, в съвременната практика се задвижват от двигатели и се въртят с изключително високи скорости. Ето защо е необходимо те да могат да издържат на много по-големи радиални натоварвания в сравнение с другите типове твърди абразивни инструменти. Същото се отнася и за режещите абразивни дискове, които обикновено структурно се подсилват с влакна от технически материали.

Твърдите абразивни инструменти трябва да бъдат почистени и заточени след използване, за да се осигури равномерност и ефективност на обработката при следваща употреба. Тук от значение е здравината на свръзката между абразивните частици. Тя трябва да е достатъчно здрава, за да задържа зрънцата докато все още са остри, но не прекалено, за да позволява отделянето им, когато се загладят.

Така отдолу се показват острите, неизносени абразивни частици на инструмента. Този механизъм е познат като самозаточване. При някои инструменти е необходимо допълнително заточване с друг абразив (например алуминиев оксид), за да се покажат острите абразивни частици отдолу.

Гъвкави абразивни средства
Гъвкавите абразивни средства се получават посредством нанасянето на абразивен слой с неголяма дебелина върху лист хартия, картон, текстил, каучук, смола, тънък метален лист и др. Най-широко използваните гъвкави абразивни средства на пазара са шкурките, които се отличават с различна едрина на грита. Адхезията между основата и абразивните частици отново се осъществява посредством свързващ материал.

Гъвкавите абразиви, използвани в индустриалната практика, се предлагат в различни форми и размери, включително листове за ръчна обработка, сменящи се шкурки за ротационни и орбитални шлифовъчни машини, абразивни листове за конвенционални шлайфмашини, абразивни средства със затворен контур за лентови шлайфмашини и др.

Други видове абразиви и приложения
Широко разпространен в техническата практика е процес на заглаждане на различни повърхности чрез пясък, стъклен прах, метални дробинки, медна шлака, сух лед и други абразивни насипни средства, познат като пясъкоструене или сачмено-струйно обработване.

В автомобилната индустрия се използват абразивни средства на базата на течности, пасти или вакси за полиране. Полиращите продукти изпълняват тройна функция – като защитен агент срещу негативни влияния на околната среда; като абразив, който изглажда драскотините, и като оптичен пълнител, чиито светлоотразителни микрогранули запълват по-едрите драскотини и ги правят по-трудно забележими с просто око.

Фини абразивни прахове се използват в бижутерията и други приложения, в които е необходима изключителна гладкост и светлоотразителност на повърхностите. Абразивни частици се добавят и в някои почистващи продукти за бита и индустрията, като пасти, гелове и кремове, използвани за отстраняване на по-упорити замърсявания.

Избор на абразивно средство
При избора на абразивно средство за дадено приложение от водещо значение са формата, размера, едрината на грита и природата на абразивния материал, както и вида на обработваната повърхност. От значение е и здравината на свръзката между абразивните частици.

За постигане на оптимални резултати при обработката на повърхности в техническата практика често се използва комбинация от няколко различни абразивни средства – за оформяне чрез грубо отнемане на материал, за шлифоване – заглаждане на грубите ръбове и драскотини, и за фино полиране до достигане на желания повърхностен ефект.

В зависимост от формата на третираното изделие трябва да се подбере инструмент с подходящ дизайн, позволяващ ефективната му обработка. В случаите с грубо отнемане на голямо количество материал е добре да се предвиди метод за контрол на запрашаването, както и съответният лубрикант или охладител при високи скорости на обработка и генериране на значително количество топлинна енергия.

Едрината на грита е сред най-важните фактори за избор на абразивно средство. Прекалено фините абразиви могат да се окажат крайно неефективни за дадени приложения и значително да удължат и затруднят обработката. Обратно, прекалено грубите абразивни средства може да надраскат видимо и дори необратимо да увредят повърхността на обработваното изделие.