Žmonija apie šlifavimo priemones žinojo tūkstantmečius. Žmonės akmenis ir smėlį naudojo peiliams, ietims ir strėlių antgaliams bei kabliams formuoti ir galąsti. Pirmasis abrazyvas buvo smiltainis, kuriame veikliosios medžiagos vaidmenį atliko mažiausi kvarco grūdeliai. Iki metalo apdirbimo metodų atradimo ši abrazyvinė medžiaga leido vystytis visai žmonijai, nuo tada žmonės tiesiog neturėjo kitų būdų pasigaminti darbo įrankius ir ginklus.
Kas tai yra fiziniu požiūriu
Paprastai abrazyvai yra labai kieti mineralai, esantys Moso kietumo skalės viršuje – nuo kvarco iki deimanto. Tačiau net minkštos medžiagos gali atlikti šią funkciją. Kempinės, kepimo soda ir vaisių kauliukai teisėtai gali būti vadinami abrazyvais. Su jais susiduriame kasdien, o jų svarba kasdieniame žmogaus gyvenime yra didžiulė.
Kokiuose procesuose jie gali būti naudojami?
Abrazyvinė medžiaga dažnai taip vadinama ne dėl savo fizinių savybių, o dėl naudojimo ypatumų. Yra keletas tokių procesų klasių. Visų pirma, smėliavimo mašinoje galima naudoti daugiausiai medžiagų, kurios normaliomis sąlygomis neturi ryškių abrazyvinių savybių. Ši įranga naudoja galingą oro ar vandens srovę, kurioje mažos kai kurių medžiagų dalelės juda dideliu greičiu. Kai kuriais atvejais naudojamas abrazyvinis tinklelis, kuris atlieka smulkintuvo filtro vaidmenį.
Smėliavimo mašinos naudojamos dalims ir gataviems gaminiams poliruoti ir apdailai. Šiuo atveju galima paimti praktiškai bet kokią abrazyvinę medžiagą: nuo riešutų kevalų ir vaisinių augalų sėklų, moliuskų lukštų ir kitų organinių medžiagų iki smulkiausių plieno, šlako, stiklo ar net kepimo sodos gabalėlių.
Pagrindiniai komponentai
Kvarcinis smėlis yra populiariausias abrazyvas tiltams ir kitoms plieninėms konstrukcijoms valyti smėliasrove. Tokiu atveju įvyksta labai efektyvus rūdžių šalinimas, kuris žymiai padidina inžinerinių konstrukcijų ilgaamžiškumą. Šiam procesui reikia didelio tankio abrazyvų. Paprastai metalinių konstrukcijų valymas apima suspausto oro naudojimą. Jis veikia kaip dalelių greitintuvas ir neturi papildomo korozinio poveikio.
Tačiau kai kuriais atvejais galima naudoti ir vandenį. Ypač valant betonąstruktūros. Beveik visoms pakrantės zonoje pastatytoms konstrukcijoms periodiškai to reikia. Faktas yra tas, kad laikui bėgant ant jų paviršiaus išauga storas druskos ir kitų agresyvių junginių sluoksnis. Gėlas vanduo, į kurį prieš tai buvo pridėta atitinkama medžiaga (abrazyvas), ne tik pašalina juos iš betono, bet ir sukuria „nudruskinimą“. Vėlgi, šis veiksmas žymiai pailgina pastatų eksploatavimo laiką.
Gatavų gaminių poliravimas
Poliravimas yra svarbiausias procesas, kurio metu abrazyvai yra labai paklausūs. Gataviems gaminiams ar kai kurioms dalims tobulinti paprastai naudojamos specialios pastos arba minkštieji diskai, taip pat junginiai, kurių pagrindą sudaro sintetinės dervos. Net paprasta abrazyvinė kempinė yra paklausi. Cerio oksidas, deimantas, kvarcas, geležies oksidas ir chromo oksidai šiandien yra dažniausiai naudojami junginiai.
Novakulitas (tanki silikatinė uoliena) taip pat yra gera žaliava poliravimo medžiagoms gaminti. Cerio oksidas yra labiausiai paplitęs mineralas, naudojamas stiklui poliruoti. Šis junginys jo nebraižo, o suteikia ypatingo glotnumo ir blizgesio. Tačiau pastaraisiais metais šiam tikslui vis dažniau naudojamas silicio karbidas ir sintetiniai deimantai. Jų pagrindu gaminamas ypač brangus ir efektyvus abrazyvinis diržas. Jis puikiai tinka ypač „kaprizingoms“medžiagoms apdoroti.
Magnetinių laukų naudojimas
Pastaraisiais metais pramonėje vis dažniau pradedama praktikuoti abrazyvinio galandimo procesą. Tai nenaudoja vandens.esant slėgiui, o ne suslėgtam orui: mažiausios abrazyvų dalelės sklando galingame magnetiniame lauke, kuris sudaro „šlifavimo ratą“. Šis metodas naudojamas tiksliojoje inžinerijoje, nes juo galima šlifuoti arba pagaląsti tas dalis, kurių apdorojimas paprastai yra per brangus ir (arba) daug laiko reikalaujantis. Kaip abrazyvas dažniausiai naudojami aliuminio junginiai su tais metalais, kurie turi šią savybę.
Magnetoreologiniai poliravimo metodai
Taikant reologinio poliravimo metodą, „fizinis“abrazyvinis įrankis visai nenaudojamas. Medžiagos maišomos su skysčiais, kurių storiu juda veikiamos elektrinių laukų. Šis metodas yra labai panašus į aprašytąjį aukščiau ir taip pat naudojamas kai kuriose dalyse tiksliosios inžinerijos ir panašiose pramonės šakose.
Apskritai, pastaraisiais metais gamyboje vis dažniau naudojami abrazyvai, iš anksto sumaišyti su skysčiais arba sintetinėmis dervomis. Geras pavyzdys yra GOI sudrėkinta abrazyvinė pasta chromo oksido pagrindu. Jis žinomas jau seniai, tačiau tik pastaraisiais metais sulaukė ypatingo dėmesio. Priežastis paprasta – maža šio junginio kaina ir didelis poliravimo efektyvumas. Be to, abrazyvinė pasta švelniai veikia apdorotą medžiagą jos nesubraižydama ir nepažeisdama.
Šlifavimo diskai kampiniams šlifuokliams („šlifuokliams“)
Jie naudojami ne tik poliravimui. Abrazyvai taip pat gali pjauti ypač kietas medžiagas. Norėdami tai padaryti, naudokite plonus šlifavimo diskus, pagamintus aliuminio oksido ir fenolio pagrinduaikštelės. Retais atvejais naudojamas metalinis abrazyvinis diskas. Tokie įrankiai yra būtini, ypač išgaunant marmurą karjeruose. Faktas yra tas, kad šis mineralas yra labai tankus, jį sunku pjauti įprastais pjūklais.
Kaip jau minėjome, pjovimui naudojamas aliuminio oksidas, silicio karbidas, dirbtiniai deimantai ir boro karbidas. Iš jų galima gaminti abrazyvinį diską, taip pat iš jų formuojami specialūs pjūklai ypač patvarioms medžiagoms.
Pagrindiniai pramonėje naudojami įrankiai
Taigi šie junginiai būtini galandinant, poliruojant, pjaustant medžiagas. Šiuolaikinėje pramonėje dažniausiai naudojamas dirbtinės kilmės abrazyvinis įrankis. To priežastis – palyginti maža sintetikos kaina. Natūralios kilmės junginiai yra daug brangesni. Tai apima aliuminio oksidą, kurį ne kartą minėjome, taip pat silicio karbidą, cirkonio dioksidą ir vadinamąsias superabrazyvines medžiagas (deimantą arba boro nitridą).
Išimtys yra retos ir dažniausiai jas vaizduoja korundas. Jis yra labai brangus, o jo naudojimas gamyboje yra gana ribotas. Dar retesniais atvejais naudojami natūralūs deimantai, kurie dėl itin mažo dydžio ar struktūrinių defektų netinkami pjauti.
Pramoninių abrazyvų raida
Pramoninių šlifavimo diskų abrazyvų istorija prasidėjo nuo natūralių mineralų – kvarco ir silicio, taip pat korundo. Būtent pastarasis, beje, pirmą kartą gavo „emery“pavadinimą. Tai buvo pirmasis barasabrazyvinis. Natūralių mineralų atmetimas prasidėjo XX amžiaus pirmoje pusėje ir buvo beveik visiškai baigtas iki jo pabaigos. Ir čia esmė buvo ne tik didelė natūralių medžiagų kaina. Faktas yra tas, kad jie visi turi griežtai apibrėžtas savybes, kurių jokiu būdu negalima pakeisti. Sintetiniai abrazyvai, sukurti tam tikromis sąlygomis, gali būti visiškai skirtingi ir geriau tinka kai kurioms netipinėms užduotims spręsti.
Pavyzdžiui, naudojant naujas technologijas, galima sukurti junginį, kurio dalelių forma primena lustą. Ši medžiaga idealiai tinka poliravimo ratams padengti paviršių. Be to, derinant, pavyzdžiui, titano oksidą su aliuminio junginiais, galima sukurti visiškai naujas medžiagas. Šie abrazyvai idealiai tinka ypač kietiems paviršiams valyti.
Kada įvyko „abrazyvinis proveržis“pramonėje?
Šiuolaikinę abrazyvų gamybą, įskaitant šlifavimo diskų ir švitrinių sluoksnių gamybą, sunku apibūdinti dėl daugybės prekių ženklų ir patentų, kurie daugeliu atvejų apibūdina tą patį gaminį. Tokių susidūrimų sprendimas paprastas – dėl mažiausių cheminės sudėties skirtumų galima įregistruoti naują prekės ženklą. Bet koks yra sintetinių abrazyvų pagrindas ir kada pramonė gavo galimybę juos naudoti masiniu mastu?
Išties reikšmingas įvykis buvo silicio karbido, gamtoje neaptinkamo mineralo, atradimas. Sintetinio aliuminio oksido sukūrimas 1890-aisiais tik paskatino šios srities tyrimų pradžią. Iki 1920-ųjų pabaigossintetinis aliuminio oksidas, silicio karbidas, granatas ir korundas buvo pagrindiniai pramoniniai abrazyvai.
Tačiau tikrasis proveržis įvyko 1938 m. Tada atsirado galimybė gauti chemiškai gryną aliuminio oksidą, kuris iš karto buvo plačiai pritaikytas mechaninėje inžinerijoje. Netrukus paaiškėjo, kad cirkonio ir aliuminio oksido mišinys idealiai tinka sudėtingiems ypač kietų metalų pjovimo darbams. Tai tikrai unikalūs abrazyviniai milteliai: jie išlaiko aukštą našumą, tačiau yra palyginti pigūs. Šiandien delną vis dar laiko sintetinis aliuminio oksidas, išlaikęs pirminę mikrokristalinę boksito žaliavų struktūrą. Visų pirma, tokiu būdu buvo sukurtas unikalus Cubitron™, taip pat keraminiai abrazyvai su SolGel™ prekės ženklu.
Apie „geriausias mergaičių drauges“
Natūralus deimantas yra seniausias abrazyvinis akmuo. Jis išpopuliarėjo 1930 m. Tam buvo dvi priežastys. Pirma, iki tų metų deimantų gavybos apimtys buvo tiesiog nereikšmingos ir fiziškai negalėjo patenkinti augančių pramonės poreikių. Antra, dėl aštraus artėjančio karo jausmo daugelis šalių pradėjo skubiai ieškoti būdų, kaip volframo karbidą apdoroti mašinomis. Ši medžiaga vis dar naudojama šarvus pradurtų sviedinių šerdims gaminti.
Problema buvo nerealus šios medžiagos kietumas, kurio abrazyviniam apdorojimui tiesiog neprireikė. „General Electric Company“septintajame dešimtmetyje atliktas tyrimaspaskatino sintetinių deimantų vystymąsi. Galiausiai šios srities tyrimai leidžia atrasti kubinį boro nitridą, CBN. Šis deimantų kietas mišinys plačiai naudojamas kitų abrazyvų gamyboje, nes jis gali tiesiogine prasme sum alti kietą plieną iki dulkių.
Žinoma, visos šios abrazyvinės medžiagos, be visų savo nuostabių savybių, turi vieną didžiulį trūkumą – kainą. Naujausia išimtis – Europos koncerno „Pechiney“susintetintas „Abrazy“abrazyvas. Ši įmonė sukūrė savotišką „deimantų pakaitalą“, kuris, nors ir nenusileidžia jiems kietumu, tačiau gerokai laimi savo kaina.
Tačiau ne tik patys abrazyvai paskatino pramonę į priekį. Didelę reikšmę turėjo medžiagos, naudojamos kaip jų taikymo pagrindas. Visų pirma, kai buvo sukurtas bakelitas, atsirado galimybė gaminti lengvesnius, bet patvaresnius šlifavimo diskus. Jie tolygiau šlifavo, o abrazyvai geriau pasiskirstė jų vidiniame tūryje. Tai leido žymiai geriau valdyti medžiagas.
Šlifavimo popierius
Švitrinės odos pagrindas yra dirbtiniai ir natūralūs audiniai, plėvelės ir net paprastas popierius, sutvirtintas austais pluoštais. Kai kuriais atvejais „šlifavimo popierius“gaunamas impregnuojant audinį tirpalu, kurio pagrindą sudaro fenolio dervos arba vanduo (žinoma, pridedant abrazyvų). Taip pat galima įsigyti abrazyvinę kempinę. Tokios priemonės plačiai žinomos beveik kiekvienam, su jomis susiduriame nuolat irkasdien.
Aprašėme daugybę šių medžiagų pritaikymo būdų. Tačiau faktas yra tas, kad paprastas žmogus su dauguma jų gyvenime nesusitinka. Taigi, daugelis žmonių žino apie šlifavimo akmenis, šlifavimo akmenis ar tą patį švitrinį popierių, kažkas naudojo abrazyvinį tinklelį. Tačiau mažai žmonių žino konkrečias medžiagų rūšis, kurias naudoja, pavyzdžiui, guolių ar aukštos kokybės peilių, pagamintų iš itin kieto plieno, gamintojai. Pastarųjų, beje, namuose pagaląsti beveik neįmanoma. „Galąstuvams“reikia labai specialių.
Kokios programos tinka tam ar kitam abrazyvui?
Specialiems poreikiams reikalingi superabrazyvai, apie kuriuos jau trumpai minėjome aukščiau. Jie taip pat pateikiami švitrinių odelių, abrazyvinių šepečių, diskų ir apskritimų pavidalu. Taigi, gamindami peilius iš standartinių plieno rūšių, gamintojai naudoja aliuminio oksidą ir silicio karbidą. Kita vertus, masinei gamybai dažniausiai reikia plačiau naudoti smėliavimo mašinas: nerūdijantį plieną, rutulinius guolius ir masinį ypač kietos medienos apdirbimą. Tačiau daugeliu atvejų pramonininkai lieka ištikimi „senam geram“aliuminio oksidui. Šie abrazyviniai milteliai yra pigūs, tačiau labai veiksmingi.
Pagaliau
Abrazyvai, tiesiogiai ar netiesiogiai, vaidina svarbų vaidmenį gaminant beveik viską, su kuo žmonės susiduria kasdien. Visų pirma, be jų neįmanoma sukurti dėklų iš anoduoto aliuminio, kuristoks populiarus tarp „obuolių“gaminių gerbėjų. Nepamirškite, kad paprastas abrazyvinio akmens „šlifuoklis“ar net paprastas švitrinis popierius yra daugelio mokslininkų ir amatininkų kartų, kurie per daugelį metų rinko ir susistemino savo žinias, veiklos vaisius.
Įvairių tipų abrazyvines medžiagas, šlifavimo diskus ir švitrinius sluoksnius gaminančios įmonės naudojasi teorinėmis žiniomis, kurios turimos daugelyje susijusių pramonės šakų. Jie vadovaujasi keramikos studijų metu gautais duomenimis, plačiai taiko taikomąją chemiją, fiziką ir metalurgiją. Abrazyvai visada bus naudingi, jie yra pagrindinė daugelio įmonių šiuolaikinio gamybos ciklo savybė.
