Абразивный - Abrasive

Для альбома Puddle of Mudd см. Абразивный (альбом).

An абразивный материал, часто минеральная, который используется для придания формы или отделки заготовки путем трения[1] что приводит к тому, что часть заготовки изнашивается трение. При отделке материала часто подразумевают полировка Чтобы получить гладкую, отражающую поверхность, процесс также может включать придание шероховатости, например, сатинированной, матовой или бисерной отделке. Короче говоря, керамика, которая используется для резки, шлифования и полировки других более мягких материалов, известна как абразивы.

Абразивные материалы чрезвычайно распространены и очень широко используются в самых разных промышленных, бытовых и технологических областях. Это приводит к большим колебаниям физического и химического состава абразивов, а также формы абразива. Некоторые общие применения абразивов включают: шлифование, полировка, полировка, оттачивание, резка, бурение, заточка, притирка, и шлифование (видеть абразивная обработка ). (Для простоты термин «минерал» в этой статье будет использоваться в широком смысле для обозначения как минералов, так и минеральных веществ, созданных человеком или нет.)

Файлы не являются абразивами; они удаляют материал не царапанием или трением, а режущим действием острых зубцов, врезанных в поверхность напильника, очень похоже на пилу. Однако алмазные файлы представляют собой форму абразива с покрытием (поскольку они представляют собой металлические стержни, покрытые алмазным порошком).

Механика истирания

Основная статья: Истирание (механическое)

Абразивы обычно зависят от разницы в твердости абразива и обрабатываемого материала, причем абразив является более твердым из двух материалов. Однако в этом нет необходимости, поскольку любые два твердых материала, которые постоянно трутся друг о друга, будут изнашивать друг друга; примеры включают более мягкую подошву обуви, изнашивающую деревянные или каменные ступени за десятилетия или столетия, или ледники шлифовка каменных долин.

Как правило, в качестве абразивных материалов используются твердые минералы (рейтинг 7 или выше на Шкала твердости минералов Мооса ) или являются синтетическими камнями, некоторые из которых могут быть химически и физически идентичны природным минералам, но которые нельзя назвать минералами, поскольку они не возникли естественным образом. (Хотя шкала Мооса полезна для сравнительных целей, она имеет ограниченное значение для инженеров-материаловедов, так как это произвольная, порядковая, неправильная шкала.) Алмаз, например, обычный абразив встречается как в природе, так и в промышленности, как и корунд который встречается в природе, но в настоящее время чаще производится из боксит.[2] Однако даже более мягкие минералы, такие как карбонат кальция используются в качестве абразивов, таких как «полирующие средства» в зубной пасте.

Размер зерна варьируется от 2 мм (крупное зерно) (примерно F 10 по стандартам FEPA) до примерно 40 микрометров (примерно F 240 или P 360).

Эти минералы либо раздроблены, либо уже имеют достаточно малый размер (от макроскопических зерен размером примерно 2 мм до микроскопических зерен диаметром примерно 0,001 мм), что позволяет использовать их в качестве абразива. Эти зерна, обычно называемые зерном, имеют неровные края, часто заканчивающиеся точками, которые уменьшают площадь соприкосновения и увеличивают локализованный контакт. давление. Абразивный материал и обрабатываемый материал вступают в контакт при относительном движении друг к другу. Сила, приложенная через зерна, заставляет фрагменты обработанного материала отламываться, одновременно сглаживая абразивное зерно и / или заставляя зерно отделиться от остального абразива.

Некоторые факторы, влияющие на скорость истирания вещества, включают:

  • Разница в твердости между двумя веществами: более твердый абразив будет резать быстрее и глубже.
  • Размер зерна (размер зерна): более крупные зерна режут быстрее, поскольку они также режут глубже
  • Адгезия между зернами, между зернами и основой, между зернами и матрицей: определяет, как быстро зерна теряются из-за абразива и как скоро свежие зерна, если они есть, обнажаются
  • Контактное усилие: большее усилие вызывает более быстрое истирание
  • Нагрузка: изношенный абразивный материал и отколовшаяся заготовка обычно заполняют промежутки между абразивными зернами, снижая эффективность резания и увеличивая трение
  • Использование смазки / охлаждающей жидкости / жидкости для металлообработки: Может уносить стружка (предотвращение нагружения), перенос тепла (который может повлиять на физические свойства заготовки или абразива), уменьшение трения (с подложкой или матрицей), приостановка изношенного рабочего материала и абразивов, обеспечивая более тонкую отделку, передают напряжение на заготовку.

Материал, позволяющий смуту впитывать

Абразивные минералы

Алмазная порошковая паста

Абразивы можно разделить на натуральные и синтетические. При обсуждении точильные камни, природные камни долгое время считались лучшими, но благодаря прогрессу в технологии материалов это различие стало менее заметным. Многие синтетические абразивы практически идентичны природным минералам, отличаясь только тем, что синтетический минерал был произведен, а не добыт. Примеси в природном минерале могут сделать его менее эффективным.

Некоторые природные абразивы:

Некоторые абразивные минералы (например, оксид циркония ) встречаются в природе, но они достаточно редки или достаточно сложны или дороги для получения, так что синтетический камень используется в промышленности. К этим и другим искусственным абразивам относятся:

Промышленные абразивы

Абразивы имеют разные формы. Природные абразивы часто продаются в виде обработанных камней, обычно в форме прямоугольного блока. Как природные, так и синтетические абразивы обычно доступны в самых разных формах, часто в виде связанного или покрытого абразива, включая блоки, ленты, диски, круги, листы, стержни и рыхлые зерна.

Связанные абразивы

Шлифовальные круги в ассортименте на примере связанного абразива.
Шлифовальный круг с резервуаром для воды в качестве смазки и охлаждающей жидкости.

А связанный абразив состоит из абразивного материала, содержащегося в матрица, хотя очень мелкий абразив из оксида алюминия может содержать спеченный материал. Эта матрица называется связующим веществом и часто является глина, а смола, стакан или резинка. Эта смесь связующего и абразива обычно имеет форму блоков, палочек или кругов. Самый распространенный абразив - оксид алюминия. Также распространены карбид кремния, карбид вольфрама и гранат. Искусственные точильные камни часто представляют собой связующий абразив и легко доступны в виде двухсторонних блоков, каждая из которых имеет разную степень зерен.

Шлифовальные круги цилиндры, которые вращаются с высокой скоростью. Когда-то раньше работали ножной педалью или ручным кривошипом, появление электродвигателей сделало необходимым конструкцию колеса, чтобы выдерживать большие нагрузки. радиальное напряжение чтобы колесо не разлеталось при вращении. Аналогичные проблемы возникают с отрезные круги, которые часто конструктивно армированы пропитанными волокнами. Высокая относительная скорость абразива и заготовки часто требует использования какой-либо смазки. Традиционно их называли охлаждающие жидкости поскольку они использовались для предотвращения нагрева от трения, которое могло повредить заготовку (например, испортить характер лезвия). Некоторые исследования показывают, что свойство теплопередачи смазки менее важно при работе с металлами, поскольку металл будет быстро проводить тепло от рабочей поверхности. Более важным является их влияние на уменьшение растягивающих напряжений при одновременном увеличении некоторых сжимающих напряжений и уменьшении «термических и механических напряжений во время формирования стружки».[3]

Различные формы также используются в качестве головок вращающиеся инструменты используется в точных работах, таких как масштабное моделирование.

Связанные абразивные материалы необходимо отшлифовать и обработать после использования. Правка - это очистка от отходов (стружка и рыхлый абразив) с поверхности и обнажение свежего песка. В зависимости от абразива и способа его использования при правке абразив может быть просто помещен под проточную воду и очищен жесткой щеткой для мягкого камня, или абразив шлифуется по другому абразиву, например оксиду алюминия, используемому для правки шлифовального круга. .

Правка - это восстановление первоначальной формы поверхности абразива. Колеса и камни имеют тенденцию изнашиваться неравномерно, из-за чего режущая поверхность перестает быть плоской (считается, что она «выпуклая», если это должен быть плоский камень) или иметь другой диаметр на режущей поверхности. Это приведет к неравномерному истиранию и другим трудностям.

Покрытые абразивы

А Немецкий наждачная бумага с указанием основы и зернистости FEPA.
Основная статья: Покрытый абразив

А абразив с покрытием содержит абразив, закрепленный на материале основы, таком как бумага, ткань, резина, смола, полиэстер или даже металл, многие из которых гибкие. Наждачная бумага очень распространенный абразив с покрытием. Абразивные материалы с покрытием чаще всего представляют собой те же минералы, которые используются для связанных абразивов. Связующий агент (часто какой-то клей или смола) наносится на основу, чтобы обеспечить плоскую поверхность, к которой затем приклеивается зерно. Тканая основа может также содержать наполнитель (опять же, часто смолу) для обеспечения дополнительной упругости.

Абразивы с покрытием могут иметь форму для использования в ротационных и орбитальных шлифовальных машинах, для обертывания шлифовальных блоков, в качестве ручных подушек, в виде замкнутых контуров для использования на ленточные шлифовальные машины, как поражающие поверхности на спичечные коробки, на алмазные пластины и алмазные стали. Алмазные инструменты хотя и предназначены для резки, но часто имеют абразивный характер.

Прочие абразивы и их применение

Здесь абразивность зубной пасты подробно описана ее относительной Дентин Абразивность (RDA)

Песок, стеклянные бусины, металлические гранулы медный шлак и сухой лед можно использовать для процесса, называемого пескоструйная обработка (или что-то подобное, например, использование стеклянных бусинок, что является «дробеструйной очисткой»). Сухой лед будет сублимировать не оставляя после себя остатков абразива.

Режущий состав Используемый в автомобильной краске пример абразива, взвешенного в жидкости, пасте или воске, как и некоторые полировальные жидкости для столовое серебро и оптические носители. Жидкость, паста или воск действуют как связующий агент, удерживающий абразив на ткани, которая используется в качестве основы для перемещения абразива по обрабатываемой детали. В частности, на автомобилях воск может служить как защитным средством, предотвращая воздействие воздуха на краску металла, так и оптическим наполнителем, делающим царапины менее заметными. Зубная паста содержит карбонат кальция или кремнезем в качестве «полирующего агента» для удаления зубного налета и других материалов с зубов, поскольку твердость карбоната кальция меньше, чем твердость эмаль зубов но больше, чем загрязняющий агент.

Очень тонкий порошок румян обычно использовался для шлифования стекла, его несколько заменила современная керамика, и он до сих пор используется в ювелирном деле для получения блестящей отделки.

Чистящие средства также могут содержать абразивные вещества в виде пасты или крема. Они выбраны из соображений безопасности на некоторых линолеум, плитка, металлические или каменные поверхности. Однако многие ламинат Поверхности и печи с керамической крышкой легко повреждаются этими абразивными составами. Даже керамическая / керамическая посуда или кухонная посуда может повредить эти поверхности, особенно дно посуды, которое часто не покрывается глазурью частично или полностью и действует как еще один связанный абразив.[4]

Металлические кастрюли и плиты часто моют абразивными чистящими средствами, обычно в виде вышеупомянутого крема или пасты или стальная вата и нетканые мочалки который удерживает мелкий абразив.

Кожа человека также подвергается истиранию в виде отшелушивания. Абразивы для этого могут быть намного мягче и экзотичнее, чем для других целей, и могут включать такие вещи, как миндаль и овсянка.[5] Дермабразия и микродермабразия Сейчас это довольно обычные косметические процедуры с использованием минеральных абразивов.

Поцарапанные компакт-диски и DVD Иногда их можно отремонтировать полировкой очень тонким составом, при этом множество мелких царапин будет оптически более прозрачным, чем одна большая царапина. Однако это требует определенных навыков и в конечном итоге приведет к полной эрозии защитного покрытия диска (особенно, если исходная царапина глубокая), и в это время поверхность данных будет разрушена, если истирание продолжится.

Выбор абразива

Форма, размер и характер заготовки, а также желаемая отделка будут влиять на выбор используемого абразива. Абразивный шлифовальный круг на связке можно использовать для заточки ножей в промышленных масштабах ( полый помол ), но затем можно заточить тот же нож натуральным точильным камнем или даже гибким абразивным материалом с покрытием (например, наждачной бумагой), приклеенным к мягкой нескользящей поверхности, чтобы облегчить выполнение выпуклой шлифовки. Точно так же латунное зеркало можно разрезать с помощью связанного абразива, выровнять его поверхность с помощью абразива с покрытием для достижения основной формы, а затем последовательно нанести более мелкие сорта абразива, завершаясь восковой пастой, пропитанной румянцем, чтобы оставить своего рода " «беззернистая отделка», называемая в данном случае «зеркальной отделкой».

Кроме того, различные формы клея могут затруднить шлифование определенных участков детали. Опасность для здоровья может возникнуть из-за любой образующейся пыли (которую можно уменьшить за счет использования смазки), которая может привести к силикоз (когда абразив или заготовка силикат ) и выбор любой смазки. Помимо воды, наиболее распространенными смазочными материалами являются масла. Они могут представлять опасность при вдыхании, контакте и, поскольку трение обязательно приводит к нагреванию, опасность воспламенения материалов.[6]

Слишком твердый или слишком крупный абразив может удалить слишком много материала или оставить нежелательные царапины. Помимо неприглядного вида царапины могут иметь и другие, более серьезные последствия. Чрезмерное истирание или наличие царапин могут:

  • уменьшить или уничтожить полезность (как в случае царапания оптические линзы и компакт-диски или тупой ножи );
  • улавливать грязь, воду или другой материал;
  • увеличить площадь поверхности (позволяя больше химическая активность такие как увеличенный ржавчина на который также влияет материя, застрявшая в царапинах);
  • разрушают или проникают в покрытие (например, краску, химическое или износостойкое покрытие);
  • слишком быстро вызвать износ объекта (например, лезвия или драгоценного камня);
  • увеличить трение (как в подшипники с драгоценными камнями и поршни ).

Более мелкий или более мягкий абразив будет иметь тенденцию оставлять более мелкие царапины, которые могут быть даже невидимы невооруженным глазом («беззернистая отделка»); более мягкий абразив может даже не сильно истирать определенный объект. Более мягкий или тонкий абразив будет резать дольше, так как он имеет тенденцию резать менее глубоко, чем более грубый и твердый материал. Кроме того, более мягкий абразив может быстрее стать менее эффективным, поскольку абразив сам истирается. Это позволяет использовать мелкие абразивные материалы для полировки металла и линзы где серия все более мелких царапин имеет тенденцию приобретать гораздо более блестящий или отражающий вид или больше прозрачность. Для покрытия поверхности можно использовать очень мелкие абразивы. ремень для резкости бритвы тем не менее, зачистка предназначена не для шлифования материала, а для выравнивания заусенцев на кромке. Завершающий этап заточки Японские мечи называется полировкой и может быть формой суперфиниш.

Для изменения режущих свойств абразива могут быть внесены различные химические или структурные модификации.[7]

Другими очень важными факторами являются цена и доступность. Алмаз, долгое время считавшийся самым твердым веществом из существующих, на самом деле мягче, чем фуллерит и даже тяжелее агрегированные алмазные наностержни, оба из которых были синтезированы в лабораториях, но коммерческий процесс еще не разработан. Сам алмаз дорог из-за редкости в природе и стоимости его синтеза. Бокситы - очень распространенный руда который, наряду с достаточно высокой твердостью корунда, способствует статусу корунда как обычного недорогого абразива.

При выполнении желаемой задачи необходимо подумать об использовании абразива соответствующей твердости. С одной стороны, использование чрезмерно твердого абразива тратит деньги на его износ, когда будет достаточно более дешевого и менее твердого абразива. С другой стороны, если абразивное вещество слишком мягкое, истирание не происходит своевременно, что приводит к потере абразива, а также к увеличению затрат, связанных с потерей времени.

Другие случаи истирания

Помимо вышеупомянутых применений формования и отделки, абразивные материалы также могут использоваться для подготовки поверхностей к нанесению какой-либо краски из клея. Чрезмерно гладкая поверхность может препятствовать покраске и клеи от прилипания настолько сильно, насколько это возможно на неровной поверхности. Надувной шина ремонтные комплекты (которые, в частности, на велосипедах, на самом деле являются заплатами для внутренняя труба а не шину) требуют использования абразива, чтобывулканизация цемент будет сильно прилипать.

Непреднамеренно люди, использующие ножи по стеклу или металлу разделочные доски истирают лезвия своих ножей. Давление на острие лезвия может легко создать микроскопические (или даже макроскопические) порезы в доске. Эта резка - готовый источник абразивного материала, а также канал, полный этого абразива, по которому скользит кромка. По этой причине и без учета пользы для здоровья деревянные доски гораздо более желательны. Подобный случай возникает с стеклорезы. Стеклорезы имеют дисковые лезвия, которые предназначены для катания, а не скольжения. Они никогда не должны возвращаться к уже выполненному сокращению.

Нежелательное истирание может возникнуть из-за присутствия углерод в двигатель внутреннего сгорания. В то время как более мелкие частицы легко транспортируются системой смазки, более крупные частицы углерода могут истирать компоненты с близкого расстояния. допуски. Углерод возникает из-за чрезмерного нагрева машинное масло или из неполное сгорание. Эта сажа может содержать фуллерены которые известны своей чрезвычайной твердостью, а также малым размером и ограниченным количеством, что может ограничить их действие.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ПАЛАННА. ИНЖЕНЕРНАЯ ХИМИЯ. Тата Макгроу-Хилл Образование. ISBN  9781259081521.
  2. ^ «Глоссарий по абразивной инженерии». В архиве из оригинала от 2 апреля 2007 г.. Получено 2007-04-06.
  3. ^ Шлифовальные напряжения, Институт шлифовальных кругов, 1964 г.
  4. ^ «Уход за поверхностью ламината». Архивировано из оригинал на 2007-02-24. Получено 2007-04-07.
  5. ^ Нутриметики, Медово-миндальный скраб
  6. ^ «Ответы по охране труда: жидкости для металлообработки». Получено 2007-04-06.
  7. ^ «Структура FEPA». Архивировано из оригинал 5 марта 2007 г.. Получено 2007-04-05.

внешняя ссылка