Виды абразивных материалов

Абразивы в технике — твердые материалы, которые применяются для обработки менее твёрдых поверхностей. Французское слово abrasif (шлифовальный) происходит от латинского глагола abradere - соскребать, соскабливать. Физически абразив — это зерна, находящиеся в порошковом или связанном состоянии (обычно на шероховатой рабочей поверхности абразивного инструмента).

Задача абразивов — механическая обработка заготовок, готовых изделий, поверхностей конструкций и резервуаров. В ходе обработки острые грани зёрен снимают с поверхностей загрязнения, устраняют неровности, убирают лишние слои.

Абразивная обработка

В промышленности абразивы используются для приготовления полирующих смесей и выпуска абразивных инструментов. Их основное отличие от инструментов с лезвием - в отсутствии выраженной режущей кромки. Зернистая поверхность выступает своеобразным «коллективным» резцом.

Частицы соединяются друг с другом и с поверхностью инструмента адгезивом или спрессованы в готовый шлифовальный предмет: камень, круг, шкурку. Размер стружки при абразивной обработке может составлять 1-2 микрометра, но совместные усилия множества зерен делают работу эффективной.

Известны следующие виды абразивной обработки:

• инструментально-механическая;
• гидроабразивная - порошок подается в рабочую зону вместе со струей воды;
• ультразвуковая - полирующее действие усиливается ультразвуком;
• пескоструйная - на поверхность с высокой скоростью направляются частицы песка или иного сыпучего агента.

По целям воздействия можно выделить:

• притирку - обработку двух соседних поверхностей перед их соединением;
• предварительную и финишную (зеркальную) полировку;
• галтовку - очистку мелких предметов от окалины, заусенцев, неровностей;
• конингование - обработку внутренних поверхностей полых тел вращения;
• заточку;
• отрезку и прорезку.

По геометрии обрабатываемых поверхностей абразивную обработку подразделяют на плоскую, сферическую и ленточную.

Виды абразивов

Промышленные и бытовые абразивы подразделяются по физико-химическим параметрам:

• твердости;
• фракции зерен;
• составу.

Правда, формальное сравнение твердости полирующего и обрабатываемого материала по шкале Мооса не вполне корректно. Помимо непосредственных сил трения нужно учитывать скорость подачи агента, частоту движений инструмента, качество связующего материала, который удерживает зерна вместе. Песок уступает металлу по твердости, однако оказавшись в струе воды или воздуха при гидроабразивной или пескоструйной резке, он легко справляется с тонким листовым металлом.

По происхождению абразивы бывают:

• натуральными - песок, кварц, гранат, оксид циркония и т.д.;
• синтетическими - искусственный алмаз, электрокорунд, карбиды кремния и бора, бета-форма нитрида бора;
• шлаковые - полученные как отходы металлургического производства, электрических котельных.

Никельшлак не отличается особой твердостью, представлен разными фракциями частиц, но фактически ничего не стоит предприятию - его все равно пришлось бы выбрасывать в отвал.

Рассмотрим наиболее востребованные абразивы подробнее.

Природные абразивы

Самый известный полирующий и режущий материал - алмаз, чистый кристаллический углерод природного происхождения. Наиболее качественные самородные кристаллы идут на нужды ювелирной промышленности. Те алмазы, от которых отказались ювелиры, идут на технические цели. Алмаз применяют в виде крошки, нанесенной на режущие поверхности шлифовального электроинструмента.

Гранат состоит из смеси алюмосиликатов, карбонатов, сульфата магния и прочих солей. Минерал по цвету не обязательно гранатовый, он может иметь все оттенки, кроме синего. Гранатовая крошка наносится на шкурки и щетки.

Корунд представляет из себя кристаллы оксида алюминия. Цвет и твердость минерала зависят от процента примесей. Чем больше в корундовой крошке окиси железа, тем цвет ближе к красному и тем слабее абразивные свойства.

Наждак - тот же корунд, ради экономии смешанный с магнезитом и другими недорогими минералами.

Пемза - спекшийся кремнезем и глинозем вулканического происхождения. Для серьезной полировки не пригодна, но дешева и доступна для добычи. Широко используется в быту.

Мел - карбонат кальция. Порошок мелкой фракции, подходящий для тонкой финишной обработки поверхностей.

Искусственные материалы

Самый первый синтетический абразив карборунд создали еще в 1891 году в Америке. Сегодня номенклатура синтетических абразивов насчитывает сотни артикулов. Вот наиболее распространенные продукты:

• электрокорунд - продукт переплавки бокситов в электропечи. Из электрокорунда делают круги, резцы и другие рабочие органы режущих инструментов. Цвет материала варьирует от серого до темно-красного;
• карбид кремния - результат восстановительной реакции углерода и кремниевой кислоты. Материал твердый, но хрупкий. Используется в виде порошка или цельно в виде резцов для обработки стекла, керамики и других аналогичных по свойствам материалов;
• карбид бора - сверхтвердый абразив, используется в виде шлифовальных паст;

Нитрид бора ещё тверже, но себестоимость его изготовления намного выше.

Жидкие и газовые среды

Полирующими способностями обладают не только твердые, но и жидкие продукты со значительным содержанием твердых взвешенных частиц. В обычных «комнатных» условиях их абразивные свойства невелики, поэтому они применяются в основном в быту (мытье посуды, стирка), косметологии (скрабы) и т.д. Но если струя жидкости или газа с абразивом подается под большим давлением, со скоростью до 700 м/с, это кардинально меняет дело. Дополнительно исключается амортизация дорогостоящего инструмента. При пескоструйной обработке абразивную смесь можно использовать несколько раз.

Подробнее о физических свойствах

Основным критерием при подборе абразива является относительная твердость. Самый твердый абразив - алмаз, его твердость - 10 баллов из 10. У нитрида и карбида бора - 9,5 баллов. Корунд и электрокорунд отстают на 0,5 балла. Кварц и песок получили оценку 8. Наименее твердые абразивы - гипс и тальк. У гипса двойка, у талька - единица.

Зерна помимо фракционности подразделяются по геометрической форме. Частицы могут быть изометрическими (одинаковыми со всех сторон), мечевидными, пластинчатыми. В процессе работы частицы способны самозатачиваться, менять геометрию режущих кромок.

Интересные факты

О полезных свойствах абразивных материалов знали даже представители примитивных цивилизаций. Более 1000 лет назад южноамериканские индейцы умели просверливать дырочки в зубах с помощью палочек с нанесенными на них частицами кварца. Так они избавлялись от зубной боли при пульпите. Потом в дырку вставляли драгоценные камни, которые служили пломбой и украшением.

В наши дни абразивные материалы и инструменты незаменимы в металлообработке, столярном деле, строительстве и ремонте. В хозяйстве домашнего мастера найдется болгарка со шлифовальными кругами, напильник, наждачная бумага. Следить за красотой помогает косметическая пемза, скрабы для лица и тела, пилки для ногтей.