Абразивные материалы: виды, типы, классификации, описание

Любые мероприятия, связанные со строительством, предполагают использование широкого числа инструментов, материалов. В частности, для проведения работ по обработке объектов, например, шлифовании, задействуются специальные абразивные материалы. Последние представляют собой элементы, которые широко используются для:

• шлифования;
• заточки;
• полировки.

Вышеупомянутые мероприятия – не финальный список. Также абразивные материалы применяются и для других механических процессов, предназначенных для взаимодействия с поверхностями.

Примечательными особенностями абразивного процесса является воздействие на обрабатываемую поверхность множественными микрочастицами. В совокупности они шаг за шагом снимают слой, делают поверхность гладкой и наиболее подходящей для дальнейшего проведения строительных работ.

В этой статье мы расскажем, что представляют собой абразивные материалы, покажем виды и типы, а также классификации абразивных материалов.

Что является абразивным материалом?

Вышеупомянутыми элементами называются материалы, имеющие повышенную твердость по отношению к другим элементами. Их главная задача заключается в обеспечении правильной механической обработке требуемых поверхностей.

Абразивные материалы применяются для снятия лишнего слоя основания. Для этого и существуют такие механические процессы, как шлифовка, полировка, зачистка, заточка, резка.

Интересно: Абразивным материалом является любой элемент, чья твердость превосходит аналогичный показатель обрабатываемой поверхности. Но все же для промышленных задач используются определенные виды абразивных материалов.

Наиболее распространенными представителями последних являются следующие материалы:

• изделия природной группы – различные породы кремния, алмазы, гранат;
• наименования синтетического происхождения.

Все элементы, имеющие яркие абразивные черты, применяются для изготовления абразивного инструмента – шлифовального круга. Главное отличие последнего заключается в полном отсутствии сплошной кромки резы.

Функциональные задачи последней выполняет соединенная зернистая поверхность. Все абразивные вещества скрепляются между собой и основанием при помощи связующего элемента. При этом маркировочный номер конкретного инструмента показывает всю необходимую информацию, а именно:

• материал, из которого изготовлено зерно, фракцию;
• объем и внутренний состав связки;
• структурные особенности тела инструмента.

Такие характеристики, как устойчивость к износу, стойкость к воздействию повышенного температурного режима зависит в первую очередь от твердости самого абразивного материала.

Важно: Наиболее эффективными средствами для обработки поверхности на высоких скоростях является абразив. Именно он превосходит любые инструментальные стали по твердости и благодаря ему можно работать в скоростном режиме без повреждения резы.

Абразивные инструменты

Абразивные инструменты (шлифовальные круги или шлифовальные головки) состоят из зерен абразивных материалов, скрепленных в одно целое каким-либо связующим веществам. Данные виды абразивного инструмента изготавливаются в основном, из искусственных и, в небольшом количестве, из природных абразивных материалов преимущественно путем прессования массы, состоящей из шлифовального зерна и связки, с последующей термической и механической обработкой полученных заготовок. Кроме того, абразивные инструменты изготовляются способом горячего прессования, литья, литья под давлением, экструдированием и др.

Основные виды абразивных кругов (ГОСТ 2424-83) и области их применения указаны в таблице.

Основные типы шлифовальных головок (ГОСТ 2447-82) и области их применения указаны в таблице.

Абразивный инструментОбозначение (старое)Области примененияГоловки шлифовальные: цилиндрическиеAW (ГЦ)Обработка фасонных поверхностей штампов пресс-форм; зачистка отливок, сварных конструкций; внутреннее шлифованиеГоловки шлифовальные: угловыеDW (ГУ)Обработка фасонных поверхностей штампов пресс-форм; зачистка отливок, сварных конструкцийГоловки шлифовальные: коническиеEW (ГК)То же и зачистка центровГоловки шлифовальные: сводчатыеF-1W (ГСВ)Обработка фасонных поверхностей штампов пресс-форм; зачистка отливок, сварных конструкцийГоловки шлифовальные: конические с закругленной вершинойKW (ГКЗ)Головки шлифовальные: шаровыеF-2W (ГШ)Головки шлифовальные: шаровые с цилиндрической боковой поверхностьюFW (ГШЦ)

В характеристику абразивного инструмента, определяющую его рабочие свойства, кроме типа и размеров, входят вид и зернистость абразивного материала, твердость, номер структуры и вид связки. Все эти параметры определяют эксплуатационную характеристику абразивного инструмента, а потому строгое их соблюдение в процессе производства является важнейшим условием обеспечения уровня и стабильности режущих свойств абразивного инструмента на заводе-потребителе. Так же на основании этих параметров назначается маркировка абразивного инструмента.

Большое значение имеет правильный выбор абразивного инструмента, поэтому нужно знать какие характеристики абразивов хороши для тех или иных условий абразивной обработки. Но, кроме того, для выбора абразивного инструмента, надо хорошо знать условия шлифования: станок, режимы его работы, марку обрабатываемого материала, припуск на обработку, требуемую шероховатость поверхности, вид и характер подачи, смазывающе-охлаждающую жидкость, способ и инструмент для правки шлифовального круга и т. д. Только при этом возможны правильный выбор и рациональное использование абразивного инструмента.

Алмазный абразивный инструмент, в большинстве случаев представляет собой корпус и алмазоносный слой, закрепленный на нем. Корпус алмазных абразивов обычно изготовлен из стали 45 или стали З, алюминиевого сплава АК6, алюмобакелитового пресс-порошка и керамики. Алмазоносный слой состоит из алмазов, связки и наполнителя. Алмазный абразивный инструмент также имеет свою маркировку, которая зависит от его характеристик (размеры, связка и т.д.).

От правильного выбора абразивного инструмента зависит качество обработанной поверхности. На сегодняшний день существую огромной количество видов абразивного инструмента (видов абразивных кругов, головок) и не всегда, получается, правильно выбрать инструмент, особенно когда, например, маркировка кругов абразивных отечественного производства отличается от маркировки импортных абразивов. Наши специалисты всегда готовы помочь с выбором инструмента. Имея собственное производство и партнерские отношения с другими производителями, мы сможем подобрать вам абразив под любые условия его работы, либо изготовить под заказ, если нет нужного инструмента среди стандартных абразивов.

Абразивные материалы классификация силикатов

Такие элементы представлены химическими соединениями диоксида кремния и оксидов металла. Стоит отметить, что в природе эти вещества встречаются в двух видах: аморфном и кристаллическом.

Пемза и пумицит образовываются высокопористым вулканическим стеклом. Они наиболее часто применяются в качестве чистящих порошков и мыла. Гранаты – силикатная группа, имеющая усложненный химический состав, также широко применяется при осуществлении строительных работ.

Альмадин – материал, который часто используется при обработке древесного массива. Поэтому деревообрабатывающая промышленность – его сфера. Для работы альмадин измельчают, сортируют по фракции и наносят на бумагу. Последняя вместе с элементом применяется для чистовой обработки твердых пород древесины. Незначительное количество гранатов задействуют для шлифования каменных пород и стекла.

Синтетические виды абразивных материалов

Искусственных абразивных материалов (АМ) существует огромное множество. Все они созданы для выполнения определенной специфики задач. Например, электрокорунд нормальный имеет следующую сферу использования:

• 13А – изготовляются круги для обдирки. При этом связка органическая. Такие изделия применяются для шлифования стальных деталей;
• 14А – эта классификация задействуется для стандартной шлифовки. Зерна связываются как органическими, так и неорганическими веществами;
• 15А – такие компоненты примечательны использованием керамического связующего компонента и бакелита. Широко применяются для шлифования на больших скоростях.

Циркониевый электрокорунд 38А широко задействуется в совокупности с бакелитом. Последний обеспечивает прочное соединение. Поэтому такой инструмент можно эффективно использовать для шлифовки металлических заготовок на высоких скоростях.

Электрокорунд белый также отличается несколькими типами маркировки:

• 23А – применяется органический связующий компонент. Такой инструмент отлично справляется со сталью;
• 24A – такой тип материала изготовляется в виде брусков или же готовых кругов. Подходит для обработки деталей, прошедших закалку;
• 25А – инструменты, изготовленные из такого материала, отлично подходят для доводки стальных элементов при высокой скорости. Средства эффективно справляются с задачами по шлифовке труднообрабатываемых сталей.

Хромотитанистый электрокорунд 91-92А широко используется для шлифования и обдерки металлов толстыми слоями. Внутренние зерна связываются керамическим соединением или бакелитом.

Виды абразивной обработки[ | ]

Существуют следующие виды абразивной обработки:

• 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;
• отрезание и резание заготовок — заготовительное и монтажное производство, демонтаж конструкций;
• притирка — абразивное притирание поверхностей (например седло и игла дизельной форсунки);
• гидроабразивная обработка — струйная и галтовка (отливки, поковки, метизы и др);
• ультразвуковая обработка — пробивка отверстий в твёрдых сплавах, извлечение сломанного инструмента, изготовление штампов;
• 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.).

Абразивные материалы: характеристики, основные свойства

Шлифовальный материал представляет собой комплексное средство, которое отличается широким перечнем технических свойств. В частности, стоит отметить следующие характеристики:

• фракционный показатель – это свойство определяет объединение абразивных зерен в одну систему, размер которой не выходит за определенные значения;
• зернистость – этот показатель определяет основной внутренний состав абразивного материала, примечательный для конкретного инструмента;
• показатель однородности – характеристика, определяющая стойкость и режущие качества абразивного материала. Также этот показатель влияет на шероховатость поверхности;
• твердость – одна из основных характеристик абразивного материала. Она показывает насколько крепко зерна закреплены между собой. Твердость зависит от таких свойств, как объем связки и непосредственно характеристики связующего элемента. Чем больше связка, тем выше твердость.

Плотность структуры обеспечивает разнообразие технических характеристик. Инструменты с открытой внутренней структурой отличаются эффективным отводом стружки и устойчивостью к повышенную температурного режима.

Стоит отметить, что такие элементы наиболее эффективно справляются с задачами по обработке вязких металлов или материалов, склонных к прожигу или к нарушению целостности структуры – образованию трещин и других деформаций.

Интересно: Менее прочное соединение зерен формирует примечательные особенности износа инструмента. При изнашивании абразивный материал начинает окрашиваться. При хрупком зерне и прочной связке первое начинает крошиться или стираться – на абразивном материале проявляются выработанные участки.

Абразивы: описание, связки

Хотите качественную обработку? Тогда выбирайте абразивный материал, в котором максимально эффективная связка. Свойства последней напрямую влияют на прочность, твердость и специфику использования. Режимы, в которых можно использовать абразивные материалы, также зависят от технических свойств связки.

Как и говорилось выше, существуют органические и неорганические связующие элементы. К числу первых относятся следующие:

• вулканит;
• бакелит;
• поливинилформалевые соединения;
• глифталевые и эпоксидные компоненты.

Вторые примечательны силикатными и магнезиальными элементами. Наиболее часто из последней группы используется алмаз, керамика.

Отличительные свойства керамических связующих компонентов заключаются в следующем:

• устойчивость к возникновению огня;
• стойкость к воздействию влаги;
• полная химическая нейтральность – не взаимодействуют с химическими веществами любого происхождения.

Абразивный материал с керамической связкой отличается усиленным профилем, но сниженной устойчивостью к ударным нагрузкам.

Связки на бакелитовой основе отличаются повышенной упругостью, устойчивостью к любым механическим воздействиям, включая изгибы и удары. Из таких связок изготовляется широкое количество различных абразивных материалов.

Однако бакелитовые связки имеют и отрицательные стороны, представленные следующими нюансами:

• восприимчивость к воздействию химических веществ на щелочной основе;
• восприимчивость к воздействию высокого температурного режима;
• имеет пониженную деформационную стойкость.

Магнезиальные и силикатные связующие элементы используются гораздо реже. Это обусловлено тем, что такие компоненты неустойчивы к охлаждению и отличаются хрупкостью. Но есть и весомое отличие – они почти не выделяют теплоту в процессе использования.

Вулканитовые связки отличаются многообразным составом. Они содержат в себе каучук и серу, проходят дополнительную термическую обработку. Такие элементы отличаются повышенной эластичностью, за счет которой ее можно использовать для фасонного и профильного шлифования.

Абразивные инструменты, в которых используется такая связка имеют плотную структуру. В этом их минус – они легко и быстро нагреваются. Из-за этого зерно проседает, поэтому такие инструменты лучше всего использовать для чистового шлифования.

Абразивные материалы[ | ]

Размер частицы абразива колеблется в пределах 2 мм (крупная фракция) — 40 мкм. Абразивные материалы классифицируются по твёрдости (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.

Абразивное зерно — Частица абразивного материала в виде монокристалла, поликристалла или их осколков.[3]

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), причём твёрдость абразивного материала должна быть выше твёрдости обрабатываемого (за исключением алмаза, который обрабатывается алмазом).

Абразивные материалы характеризуются твёрдостью

,хрупкостью ,абразивной способностью ,механической ихимической стойкостью .

• Твёрдость — способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого материала. Твёрдость (Мн/м²) определяется методом вдавливания алмазной пирамиды в поверхность испытуемого материала (например, для кварца 11000—11300, электрокорунда 18000—24000, алмаза 84250-100000).

• 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 пределом прочности при сжатии, который определяют, раздавливая зерно абразивного материала, фиксируя нагрузку в момент его разрушения. Предел прочности абразивных материалов при повышении температуры снижается.

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

Абразивные материалы, применяемые для механической шлифовки и полировки полупроводниковых материалов, отличаются между собой размером (крупностью) зёрен, имеющих 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:

• шлифзерно (от № 200 до 15),
• шлифпорошок (от № 12 до 3),
• микрошлифпорошок (от М63 до М14),
• тонкие микропорошки (от М10 до М5).

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.

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.

• 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 занимаетборт— 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 твёрдого камня, а также для шлифовки и полировки самого алмаза.
• Гранат: Природный минерал, состоит из: R2+3 R3+2 [SiO4]3, где R2+ — Mg, Fe, Mn, Ca; R3+ — Al, Fe, Cr.
• 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.
• Кварц: Кристаллическая двуокись кремния, один из наиболее дешёвых 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 кремнёвых конкреций изготавливали шары для шаровых мельниц.
• 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.
• Красный железняк: широко распространённый минерал железа Fe2O3. В особо чистых разновидностях применяется для полирования железа и стекла.
• Мел: Карбонат кальция, для тонких видов абразивной обработки (притирка, полирование).
• Наждак: Природный минерал, состоит из: корунда и магнетита — чёрного магнитного оксида железа Fe3O4
• 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.
• Полевой шпат: группа породообразующих минералов из класса силикатов. Большинство полевых шпатов — представители твёрдых растворов тройной системы изоморфного ряда К[AlSi3O8] — Na[AlSi3O8] — 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.
• Трепел: рыхлая или слабо сцементированная, тонкопористая опаловая осадочная порода. Применяется в виде тонкого порошка для полировки камня и металла.

Ниже приведен перечень абразивных материалов зафиксированных в ГОСТ 21445-84. Принято к абразивным материалам относить только те материалы, которые соответствуют ГОСТу. Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается.[3]

• Синтетический алмаз — Алмаз, изготовленный искусственным путем. Синтез при высоком давлении, обработка твёрдых сплавов, камня, стекла, цветных металлов.
• 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.
• Карбид бора (B4C): тугоплавкое соединение, по твёрдости уступает лишь алмазу. Применяется для обработки твёрдых сплавов, стекла, чёрных металлов.
• 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 меньше размеры его зёрен, тем больше их прочность. Применяется в порошке для изготовления искусственных кругов и шкурок для обработки твёрдых сплавов, цветных металлов и титана.
• Электрокорунд (Al2O3): кристаллическая окись алюминия. Применяется при обработке чёрных металлов, изредка камня и стекла.

• Нормальный электрокорунд — Электрокорунд, изготовленный из боксита.

• Белый электрокорунд — Электрокорунд, изготовленный из глинозема.

• Монокорунд — Электрокорунд в виде монокристаллов, изготовленный из глиноземсодержащего и серосодержащего сырья путем разложения оксисульфидного шлака.
• Циркониевый электрокорунд- Электрокорунд, изготовленный из глиноземсодержащего и цирконийсодержащего сырья, отличающийся эвтектической структурой корунд-бадделеит.
• Легированный электрокорунд — Электрокорунд, изготовленный из глиноземсодержащего сырья с добавкой легирующих элементов, образующих с корундом твердый раствор.
• Шлифовальный материал с покрытием — Шлифовальный материал, поверхность абразивных зерен которого покрыта слоем другого материала. В зависимости от материала покрытия различают шлифовальный материал с металлическим покрытием и шлифовальный материал с неметаллическим покрытием

Разрабатываются новые перспективные абразивные материалы:

• Нитрид углерода C3N4
• Сплав карбида титана (TiC) и карбида скандия (Sc4C3)

Отдельно следует выделить метод магнитоабразивной обработки и материалов для её осуществления. Суть метода заключается в использовании материалов с высокими абразивными и магнитными свойствами, что позволяет производить так называемую мягкую обработку

и выполнять полирование на более высоком уровне.

Абразивы: карбидо-кремниевый тип связки, характеристики

Такой искусственный связующий компонент изготовляется в специальной печи. Процесс осуществляется за счет нагрева песка и кокса. В результате этого карбид восстанавливается и соединяется с углеродом. Последний процесс примечателен созданием карбида кремния, имеющего вид сросшихся кристаллов.

Последние называются карборундом. При этом стоит отметить, что карбид кремния отличается повышенной твердостью, но при этом он и хрупкий. Из-за последнего недостатка его не применяют для шлифования стали.

Однако карбид-кремния – незаменимое средство при обработке цементированных карбидов, чугуна, металла, в составе которого отсутствует железо. Также подходит для шлифовки керамики, кожи, резины.

В процессе использования не исключены отходы и куски, которые отлетают в разные стороны. Поэтому перед началом работ необходимо соблюдать все меры предосторожности и использовать средства индивидуальной защиты – шлемы, очки, перчатки. Так вы обезопасите себя от чрезвычайных происшествий.