Humanity știe despre abrazivi de milenii. Oamenii foloseau pietre și nisip pentru a modela și a ascuți cuțite, sulițe și vârfuri de săgeți și cârlige. Primul abraziv a fost gresia, în care rolul substanței active a fost jucat de cele mai mici boabe de cuarț. Până la descoperirea metodelor de prelucrare a metalelor, acest material abraziv a făcut posibilă dezvoltarea întregii omeniri, de atunci oamenii pur și simplu nu aveau alte modalități de a face unelte pentru muncă și arme.
Ce este din punct de vedere fizic
De obicei, abrazivii sunt minerale foarte dure care se află la capătul superior al scalei de duritate Mohs - de la cuarț la diamant. Dar chiar și materialele moi pot îndeplini această funcție. Bureții, bicarbonatul de sodiu și sâmburii de fructe pot fi numiți pe bună dreptate abrazivi. Le întâlnim zilnic, iar importanța lor în viața de zi cu zi a unei persoane este mare.
În ce procese pot fi utilizate?
Materialul abraziv este adesea numit astfel nu datorită proprietăților sale fizice, ci datorită caracteristicilor de utilizare. Există mai multe clase de astfel de procese. În special, într-o mașină de sablare, se poate folosi cel mai mare număr de materiale, care în condiții normale nu au proprietăți abrazive pronunțate. Acest echipament folosește un curent puternic de aer sau apă, în care particulele mici ale unor substanțe se mișcă cu viteză mare. În unele cazuri, se folosește o plasă abrazivă, care joacă rolul unui filtru tocător.
Mașinile de sablare sunt folosite pentru lustruirea și finisarea pieselor și a produselor finite. În acest caz, se poate lua practic orice material abraziv: de la cojile de nuci și semințele culturilor de fructe, cojile de moluște și alte materii organice până la cele mai mici bucăți de oțel, zgură, sticlă sau chiar bicarbonat de sodiu.
Componente principale
Nisipul de cuarț este cel mai popular abraziv pentru sablare poduri și alte structuri din oțel. În acest caz, are loc îndepărtarea foarte eficientă a ruginii, ceea ce crește semnificativ durabilitatea structurilor de inginerie. Acest proces necesită abrazivi de în altă densitate. De regulă, curățarea structurilor metalice implică utilizarea aerului comprimat. Acționează ca un accelerator de particule și nu are niciun efect coroziv suplimentar.
Cu toate acestea, în unele cazuri, se poate folosi și apă. În special la curățarea betonuluistructurilor. Aproape toate structurile construite în zona de coastă au nevoie periodic de el. Faptul este că un strat gros de sare și alți compuși agresivi crește pe suprafața lor în timp. Apa proaspătă, la care a fost adăugat anterior materialul corespunzător (abraziv), nu numai că le îndepărtează din beton, dar produce și o „desalinizare”. Din nou, această acțiune crește semnificativ durata de viață a clădirilor.
Lustruirea produselor finite
Lustruirea este cel mai important proces în care abrazivii sunt la mare căutare. De regulă, paste speciale sau discuri moi, precum și compuși pe bază de rășini sintetice, sunt folosite pentru perfecționarea produselor finite sau a unor piese. Chiar și un simplu burete abraziv este solicitat. Oxidul de ceriu, diamantul, cuarțul, oxidul de fier și oxizii de crom sunt compușii cei mai des utilizați astăzi.
Novaculita (rocă silicioasă densă) este, de asemenea, o materie primă bună pentru producerea materialelor de lustruit. Oxidul de ceriu este cel mai comun mineral folosit la lustruirea sticlei. Acest compus nu îl zgârie, dar îi conferă o netezime și o strălucire deosebită. În ultimii ani însă, carbura de siliciu și diamantele sintetice au fost folosite mai frecvent în acest scop. Pe baza acestora, se produce o curea abrazivă deosebit de scumpă și eficientă. Este foarte potrivit pentru prelucrarea materialelor deosebit de „capricioase”.
Utilizarea câmpurilor magnetice
În ultimii ani, din ce în ce mai des în industrie începe să practice procesul de ascuțire abrazivă. Aceasta nu folosește apă.sub presiune și nu cu aer comprimat: cele mai mici particule de abrazive plutesc într-un câmp magnetic puternic, care formează „roata de șlefuire”. Această metodă este utilizată în inginerie de precizie, deoarece poate fi folosită pentru a lustrui sau a ascuți acele piese care sunt în mod normal prea scumpe și/sau necesită mult timp pentru procesare. Ca abraziv, compușii de aluminiu cu acele metale care au această proprietate sunt cel mai des utilizați.
Metode de lustruire magnetoreologică
Cu metoda de lustruire reologică, instrumentul abraziv „fizic” nu este folosit deloc. Materialele sunt amestecate cu lichide, în grosimea cărora se deplasează sub influența câmpurilor electrice. Această metodă este foarte asemănătoare cu cea descrisă mai sus și este folosită și pentru unele piese din inginerie de precizie și industrii similare.
În general, în ultimii ani, în producție se folosesc din ce în ce mai mult abrazivi preamestecați cu lichide sau rășini sintetice. Un bun exemplu este pasta abrazivă umezită GOI pe bază de oxid de crom. Este cunoscută de multă vreme, dar abia în ultimii ani a primit o atenție deosebită. Motivul este simplu - costul scăzut al acestui compus și eficiența sa ridicată în lustruire. În plus, pasta abrazivă acționează ușor asupra materialului prelucrat fără a-l zgâria sau a-l deteriora.
Roți abrazive pentru polizoare unghiulare ("polizoare")
Sunt folosite nu numai pentru lustruire. Abrazivele pot tăia și materiale deosebit de dure. Pentru a face acest lucru, utilizați roți de șlefuit subțiri realizate pe bază de oxid de aluminiu și fenolic.pitch-uri. În cazuri rare, se folosește un disc abraziv metalic. Astfel de unelte sunt indispensabile, în special, în extracția marmurei în cariere. Faptul este că acest mineral este foarte dens, este dificil de tăiat cu ferăstraie obișnuite.
După cum am spus deja, pentru tăiere se folosesc oxid de aluminiu, carbură de siliciu, diamante artificiale și carbură de bor. Ele pot fi folosite pentru a face un disc abraziv, de asemenea, sunt folosite pentru a forma ferăstraie speciale pentru materiale deosebit de durabile.
Unelte principale folosite pentru industrie
Astfel, acești compuși sunt necesari pentru ascuțirea, lustruirea, tăierea materialelor. Industria modernă folosește cel mai adesea un instrument abraziv de origine artificială. Motivul pentru aceasta este costul relativ scăzut al materialelor sintetice. Compușii de origine naturală sunt mult mai scumpi. Acestea includ oxidul de aluminiu, pe care l-am menționat în mod repetat, precum și carbura de siliciu, dioxidul de zirconiu și așa-numitele superabrazive (diamant sau nitrură de bor).
Excepțiile sunt rare și sunt reprezentate în principal de corindon. Este foarte scump, iar utilizarea sa în producție este destul de limitată. În cazuri și mai rare, se folosesc diamante naturale care nu sunt potrivite pentru tăiere din cauza dimensiunilor extrem de mici sau a defectelor structurale.
Evoluția abrazivelor industriale
Istoria abrazivelor industriale pentru roți de șlefuit a început cu minerale naturale - cuarț și siliciu, precum și corindon. Acesta din urmă a fost, de altfel, pentru prima dată cel care a primit numele de „smirghel”. A fost primul barabraziv. Respingerea mineralelor naturale a început în prima jumătate a secolului al XX-lea și a fost aproape complet finalizată până la sfârșitul său. Iar ideea aici nu a fost doar costul ridicat al materialelor naturale. Faptul este că toate au proprietăți strict definite care nu pot fi modificate în niciun fel. Abrazivii sintetici, creați în anumite condiții, pot fi complet diferiți și pot fi mai potriviti pentru rezolvarea unor sarcini atipice.
De exemplu, prin noile tehnologii, poate fi creat un compus cu o formă de particule asemănătoare unui cip. Acest material este ideal pentru aplicarea roților de lustruit pe suprafață. În plus, pot fi create materiale complet noi prin combinarea, de exemplu, a oxidului de titan cu compuși de aluminiu. Acești abrazivi sunt ideali pentru suprafețe deosebit de dure.
Când a avut loc „dezvoltarea abrazivă” în industrie?
Producția modernă de abrazivi, inclusiv producția de discuri de șlefuit și piei de smirghel, este dificil de descris din cauza numărului de mărci comerciale și brevete, care în multe cazuri descriu același produs. Soluția la astfel de coliziuni este simplă - din cauza celor mai mici diferențe în compoziția chimică, puteți înregistra o nouă marcă. Dar care este baza pentru abrazivi sintetici și când a avut industria oportunitatea de a le folosi la scară largă?
Un eveniment cu adevărat semnificativ a fost descoperirea carburei de siliciu, un mineral care nu se găsește în natură. Crearea aluminei sintetice în anii 1890 a stimulat doar începutul cercetărilor în acest domeniu. Până la sfârșitul anilor 1920alumina sintetică, carbura de siliciu, granatul și corindonul au fost principalii abrazivi industriali.
Dar adevărata descoperire a venit în 1938. Atunci a devenit posibil să se obțină oxid de aluminiu pur chimic, care a găsit imediat cea mai largă aplicație în inginerie mecanică. Curând a devenit clar că un amestec de zirconiu și alumină era ideal pentru lucrări solicitante de tăiere a metalelor deosebit de dure. Aceasta este o pulbere abrazivă cu adevărat unică: păstrează performanța ridicată, dar este relativ ieftină. Astăzi, palma este încă ținută de oxid de aluminiu sintetic, care a păstrat structura microcristalină originală a materiilor prime bauxită. În special, unicul Cubitron™ a fost creat în acest fel, precum și abrazivi pe bază de ceramică sub marca SolGel™.
Despre „cele mai bune prietene ale fetelor”
Diamantul natural este cea mai veche piatră abrazivă. A devenit popular în 1930. Au fost două motive pentru aceasta. În primul rând, până în acel an, volumul exploatării diamantelor era pur și simplu neglijabil și nu putea acoperi fizic nevoile în creștere ale industriei. În al doilea rând, din cauza sentimentului acut al războiului iminent, multe țări au început să caute urgent modalități de prelucrare a carburii de tungsten folosind mașini. Această substanță este încă folosită la producția de miezuri pentru proiectile perforatoare.
Problema a fost duritatea nerealistă a acestui material, pe care pur și simplu nu a luat-o prelucrarea abrazivă. Un studiu realizat în anii 1960 de către General Electric Companya condus la dezvoltarea diamantelor sintetice. În cele din urmă, cercetările în acest domeniu duc la descoperirea nitrurii cubice de bor, CBN. Acest compus dur ca diamant este utilizat pe scară largă la fabricarea altor abrazivi, deoarece poate șlefui literalmente oțelurile dure până la praf.
Desigur, toate aceste substanțe abrazive, pe lângă toate proprietățile lor minunate, au un dezavantaj uriaș - costul. O excepție recentă este abrazivul Abral, sintetizat de concernul european Pechiney. Această companie a dezvoltat un fel de „înlocuitor pentru diamante”, care, deși nu este inferior lor ca duritate, câștigă semnificativ ca preț.
Dar nu numai abrazivii au fost cei care au condus industria înainte. De mare importanță au fost materialele folosite ca bază pentru aplicarea lor. În special, când a fost creată bachelită, a devenit posibil să se producă roți de șlefuit mai ușoare, dar mai durabile. S-au măcinat mai uniform, iar abrazivii au fost mai bine distribuiti în volumul lor intern. Acest lucru a dus la o manipulare semnificativ mai bună a materialelor.
Hârtie șmirghel
Piei de șmirghel folosesc țesături artificiale și naturale, filme și chiar hârtie simplă întărită cu fibre țesute ca bază. În unele cazuri, „hârtia abrazivă” se obține prin impregnarea unei țesături cu o soluție pe bază de rășini fenolice sau apă (cu adaos de abrazivi, desigur). Se poate obține și un burete abraziv. Astfel de instrumente sunt cunoscute aproape tuturor, le întâlnim în mod constant șizilnic.
Am descris multe aplicații ale acestor materiale. Dar adevărul este că o persoană obișnuită nu îi întâlnește deloc pe cei mai mulți dintre ei în viața lor. Așadar, mulți oameni știu despre șlefuire, pietre de coacere sau același șmirghel, cineva a folosit o plasă abrazivă. Dar puțini oameni cunosc tipurile specifice de substanțe care sunt utilizate, de exemplu, de producătorii de rulmenți sau de cuțite de în altă calitate din oțeluri super-dure. Acestea din urmă, apropo, sunt aproape imposibil de ascuțit acasă. „Ascuțitori” pentru ei au nevoie de ceva foarte special.
Ce aplicații sunt potrivite pentru acest sau acel abraziv?
Pentru nevoi specifice, sunt necesare superabrazive, pe care le-am menționat deja pe scurt mai sus. De asemenea, se prezintă sub formă de piei de smirghel, perii abrazive, discuri și cercuri. Deci, în producția de cuțite din clase standard de oțel, producătorii folosesc oxid de aluminiu și carbură de siliciu. Producția de masă, pe de altă parte, necesită de obicei o utilizare mai extinsă a mașinilor de sablare: oțel inoxidabil, rulmenți cu bile și prelucrarea în masă a lemnului tare în special. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, industriașii rămân fideli „bunului vechi” oxid de aluminiu. Această pulbere abrazivă este ieftină, dar foarte eficientă.
În sfârșit
Abrazivele, direct sau indirect, joacă un rol în producerea a aproape tot ceea ce se confruntă oamenii în fiecare zi. În special, fără ele, este imposibil să se creeze carcase din aluminiu anodizat, careatât de popular printre fanii produselor „mere”. Nu uitați că o simplă „râșniță” din piatră abrazivă sau chiar șmirghel obișnuit este rodul activității multor generații de oameni de știință și artizani care și-au adunat și sistematizat cunoștințele de-a lungul anilor.
Companiile care produc diferite tipuri de abrazivi, roți de șlefuit și coji de smirghel folosesc cunoștințele teoretice care sunt prezente în multe industrii conexe. Aceștia se ghidează după datele obținute în timpul studiului ceramicii, practică pe scară largă chimia aplicată, fizica și metalurgia. Abrazivele vor fi întotdeauna utile, sunt o caracteristică cheie a ciclului modern de producție al multor întreprinderi.
