Абразивные материалы

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………....3

1. Абразивные материалы……………………………………………………4
2. Виды абразивов и их производство………………………………………6
3. Свойства абразивов……………………………………………………….14
4. Структура абразивных инструментов…………………………………...16
5. Применение абразивных материалов……………………………………18
6. Промышленная безопасность…………………………………………….24
7. Охрана окружающей среды………………………………………………30

Заключение………………………………………………………………..35

Список использованных источников…………………………………....36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Абразивные и алмазные инструменты широко применяются в машиностроении и приборостроении для шлифования, притирки, полирования деталей, а также для шлифования, заточки и доводки режущих и других инструментов с целью достижения высокой производительности, точности и низкой шероховатости обработки. Потребность в шлифовальных, заточных и доводочных инструментах очень велика.

Абразивным инструментом называется тело определенной геометрической формы, состоящее (или содержащее  рабочий слой) из абразивных зерен, скрепленных между собой связкой. К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги, шлифовальные головки, бруски, сегменты, абразивные ленты. Из всех перечисленных абразивных инструментов наибольшее распространение имеют шлифовальные круги.

Объектом исследования работы являются абразивные материалы.

Цель исследования реферата состоит в изучении абразивных материалов и их характеристик.

Задачами курсовой работы заключаются в изучении таких пунктов как:

1. Абразивные материалы
2. Виды абразивов и их производство
3. Свойства абразивов
4. Структура абразивных инструментов
5. Применение абразивных материалов
6. Промышленная безопасность
7. Охрана окружающей среды

Основными источниками  литературы были следующие авторы: Бластинг, Иноземцев, Г.Г, Моисеенко, Л.Е. Павлов, С.И. Диденко и другие авторы.

Работа состоит из введения, семи вопросов, заключения, списка литературы. Работа составляет 37 листов печатного текста. Содержит 1 таблицу.

1. Абразивные материалы

 

Абразивные материалы (от фр. abrasif — шлифовальный, от лат. abradere — соскабливать) — это материалы, обладающие высокой твердостью, и используемые для обработки поверхности различных материалов. Абразивные материалы используются в процессах шлифования, полирования, хонингования, суперфиниширования, разрезания материалов и широко применяются в заготовительном производстве и окончательной обработке различных металлических и неметаллических материалов.

Абразивные свойства камня используются человечеством  с незапамятных времен. Позднее, добывание  и обработка абразивных минералов  стали предметом горных промыслов. Ни одна из отраслей промышленности не обходится без шлифования. В изготовлении шлифовального инструмента столетиями использовались, используются и сейчас такие известные виды природных абразивов как гранат, кремень, корунд или наждак.

Корунд является самым  распространенным абразивным материалом, широко используемым в обработке металлов (происходит от англ. - corundum, заимствованным из тамильского языка - kuruntam, произошедшим в свою очередь из санскрита - curuvinda - рубин). Корунд - очень твердый кристаллический материал с большим содержанием оксида алюминия, белого цвета с розовыми или красными прожилками, означающими включения сапфира или рубина. Шлифовальные (наждачные) круги из корунда получают с помощью обтесывания (материал хорошо скалывается) и обтачивания еще более твердым абразивом, например из кремния. Природный корунд сослужил добрую службу промышленности до и несколько после внедрения искусственных материалов высокого качества, появившихся благодаря развитию электрометаллургии.

Абразивный  материал, в современном представлении - это сыпучий материал, полученный путем дробления и рассева природных кристаллических минералов или искусственных (синтетических) материалов, подразделяющийся по способу применения на три основные группы:

• свободные абразивы (free abrasives)
• абразивы в связке (bonded abrasives)
• абразивные покрытия (coated abrasives)

Абразив(ы) и абразивный материал(ы) именуются так же: шлифовальные материалы, шлифовальное зерно, абразивное зерно, шлифзерно и т.п.

Свободные абразивы - абразивы, используемые в свободном виде, например, для пескоструйной обработки поверхностей, ручной обработки путем нанесения на салфетку или на обрабатываемую поверхность, а так же используемые в составе абразивных паст, гелей.

Абразивы в связке - формованные изделия из смесей абразивного, связующего материалов и наполнителей, с последующим отверждением или спеканием. Различают следующие виды связок: керамическая или стекловидная, смолянистая, вулканитовая и др.

Абразивные покрытия - абразивные зерна, нанесенные на поверхность полотняной основы, например, бумажной, тканевой, фибровой и др., и закрепленные на ее поверхности с помощью клеев и смол.

Абразивные материалы делятся  по твердости (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. 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). Твёрдость минерала сравнивается со шкалой твёрдости Мооса: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 — полевой шпат, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз. В настоящее время абразивные материалы добываются и производятся синтетически, причём новые синтетические материалы, как правило, более эффективны, чем природные.

2. Виды абразивов и их производство

Природные абразивы

Наиболее часто применяемые  природные абразивы:

Корунд

Корунд получают из природных  корундовых и наждачных руд. Прежде, посредством обточки из корундовых камней формировали точильные и  шлифовальные круги. С появлением искусственных материалов, природный корунд используется, в основном, в свободном виде. Шлифзерно добывают методом дробления и обогащения руд от примесей. Корундовые руды содержат Al2O3 не менее 40%, Fe2O3 - не более 3%. В состав руд помимо оксида железа входят различные оксиды и гидроксиды : андалузит, пианит, диаспор, кварц, слюды. Наждаки это мелкозернистые горные породы с содержанием Al2O3 - 10-30%, ассоциируемые с большим количеством магнетита, гематита и шпинели. Плотность природных корундовых абразивов - 3.90-4.12г/см3. Микротвердость - 17.7-23.5ГПа.

Гранат

В природе гранат встречается в большом разнообразии, может быть бесцветным или наоборот - ярко окрашенным в цвета от красно-малинового до зеленого и черного. В исходных рудах содержание граната составляет 9-20%; обогащенный концентрат содержит до 90% граната. Плотность - 3.53-4.32г/см3. Микротвердость - 13.7-16.7ГПа. Гранат используется в шлифовальной шкурке и в качестве свободных абразивов для обработки стекла, камня, керамики. Именно этот материал используется для полирования кинескопов цветных телевизоров.

Кремень

Кремень встречается в разновидностях: халцедоно-кварцевой, кварцевой, халцедоновой, опало-халцедоновой в виде желваков, конкреций, реже, в виде линз в карбонатных породах. Имеет цвета от желто-серого до черного. Содержит SiC более 92%, CaO - менее 2%, глинистых - менее 4%. 
Плотность - 2.57-2.64г/см3. Микротвердость - 9.8-14.7ГПа. Используется в шлифшкурке и в качестве свободных абразивов для обработки дерева.

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 занимает борт — 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 твердого 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 дешевых 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 кремневых 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 — черного 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[АlSi₃O₈] — Na[АlSi₃O₈] — 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.

Искусственные абразивы

Искусственные (синтетические) абразивные материалы производят из природных минералов, руд обогащенных и необогащенных, измельченных смесей (шихты) методом плавления в печах, охлаждения, дробления кусков расплава и рассева образовавшихся зерен по фракциям. Сырьем для производства искусственных абразивов служат руды и минералы, содержащие большое количество твердых кристаллов, таких как оксид алюминия (Al2O3) и кварц (SiO2).

Природным поставщиком  оксида алюминия для производства абразивов  являются бокситовые глины, содержащие не менее 60% Al2O3 (корунда). Температура  плавления бокситов превышает 1400гр.С. Процесс требует энергии больше, чем способен выделить угольный кокс в обычных металлургических печах, поэтому плавка производится в электродуговых печах с использованием энергии электрической дуги. Эффект плавления может быть усилен магнитным полем в специализированных индукционных печах.

Т.к. получение искусственного корунда связано с использованием электрической энергии, материал получил  название "электрокорунд".  
Поставщиком кремния для синтезированных материалов является природный кварцевый песок. Получение абразивов производится путем плавления кварцевого песка в электропечах и взаимодействия с углеродом за счет добавления в расплав нефтяного кокса, в результате чего синтезируется материал - карбид кремния (SiC), синоним - карборунд.

Искусственные абразивы обладают большей твердостью по сравнению с природными, а применение добавок позволяет получить широкий спектр материалов с необходимыми свойствами для различных видов абразивной обработки.

Электрокорунд нормальный

Электрокорунд нормальный получают в электродуговых печах восстановительной плавкой шихты, состоящей из бокситов, углеродистого материала и чугунной стружки. Минералогическая основа бокситов - корунд Al2O3 (не менее 60%) и гексаалюминат кальция CaO*6Al2O3. В процессе восстановительных реакций примеси Fe2O3, SiO2, TiO2 переходят в ферросплавы, кроме CaO. Плотность - 3.85-3.95г/см3. Микротвердость - 18.9-19.6ГПа. Электрокорунд нормальный - широко распространенный материал, используемый для изготовления инструмента и шлифшкурки с различными типами связки. Используется и в свободном виде, для струйной обработки. Наиболее эффективен при обработке углеродистых сталей, в операциях шлифования, резки и обдирки.