Средства для механической обработки ювелирных камней и материалов
СРЕДСТВА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЮВЕЛИРНЫХ КАМНЕЙ И МАТЕРИАЛОВ
Смазывающе-охлаждающие технологические средства
Слово абразив латинского происхождения, в переводе на русский язык означает скоблить. Этим понятием определяется характер обработки, выполняемый абразивами,- с поверхности обрабатываемого тела снимается тонкий слой.
В качестве абразивных материалов используют твердые хрупкие вещества, их осколки и порошки природного или искусственного происхождения, по твердости превосходящие обрабатываемый материал.
К числу природных абразивных материалов относятся: кварцевый песок, алмаз, корунд, гранат, и др. Искусственными абразивными материалами являются электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, окись железа, окись церия и др.
В зависимости от назначения в промышленности используют свободный (порошок) и связанный (шкурки, бруски, круги и т.п.) абразивы.[1,2]
Природные шлифующие абразивные материалы.
Кварцевый песок. Для шлифовки стекла преимущественно используют кварцевые пески благодаря повсеместному распространению и дешевизне. Кварц - минерал представляющий собой двуокись кремния.Твердость его по минералогической шкале 7, микротвердость 10000 - 11000 Мн\м2 (1000 - 1100 кГ\мм2), удельный вес 26 кн\м3 (2,6 кг\м3)
Песками называют осадочную сыпучую горную породу, состоящую из зерен размерами от 0,1 до 2 мм. В качестве примесей в кварцевых песках могут быть глинистые минералы, полевые шпаты, слюда, железорудные минералы, рутил и др. Пески отдельных месторождений значительно отличаются между собой по гранулометрическому составу, степени окатанности зерен и количеству примесей.
Корундом называют минерал, состоящий из кристаллической окиси алюминия в структурной модификации ɑ - глинозема. По твердости корунд уступает только одному естественному минералу - алмазу. Твердость корунда по минералогической шкале 9, микротвердость 20000 - 26000 Мн\м2 (2000 - 2600 кГ\мм2), удельный вес от 39 до 49 кн\м3 (от 3,9 до 4).
В месторождениях корунд обычно находится наряду с полевым шпатом, мусковитом, слюдами, магнетитом и другими минералами. Содержание корунда в этих породах колеблется от нескольких процентов и иногда достигает почти 100%.
Породы, содержащие мелкокристаллический корунд в сочетании с гематитом, магнетитом, пиритом и хрупкими слюдами, называют наждаками, их используют в промышленности в качестве абразивного материала.
Однако в связи с ограниченными запасами корунда в настоящее время егопочти не используют для полировки.
Гранат. К группе гранатов относится большое число минералов состава Ме3Ме2(SiO4)3, где Ме˝- Fe˝, Mn˝, а Ме˝ ́- Al˝ ́ ,Fe˝ ́, Cr˝ ́, Ti˝ ́.Гранаты различных составов легко образуют между собой изоморфные смеси. Удельный вес граната колеблется от 34 до 43 кн\м3(от 3,4 до 4,3).Твердость по минералогической шкале 6,6-8. Гранат альмандин имеет микротвердость 11500-14000 Мн\м2 (1150-1400 Кг\мм2 ). Наиболее твердыми являются железистые и железоглиноземестые гранаты, которые и используют для шлифовки стекла.
Алмаз по химическому составу представляет собой чистый углерод. Удельный вес алмаза колеблется от 34-36 кн\м3 (3,4 до 3,6).Алмаз - самый твердый из известных материалов, по минералогической шкале его твердость равна 10, микротвердость - 100000 Мн\м2(10000 кГ\мм2). Исключительная твердость алмаза обусловливает его непревзойденную ценность для техники, однако вследствие малой распространенности в природе применение его весьма ограничено.
Искусственные абразивные материалы.
Электрокорунд представляет собой кристаллический глинозем, получаемый в дуговой электрической цепи плавкой смеси боксита с углем. В результате плавки окиси железа и кремния, содержащиеся в боксите, восстанавливаются до металла, а глинозем кристаллизуется в корунд. Заводы выпускают электрокорунд различных сортов: белый с содержанием Al2O3 от 98,5 до 99,5% получается плавкой боксита с углем; черный, содержащий 65- 75% Al2O3 , получается плавкой малокремнеземистого железистого боксита без добавки восстановителя(угля).
Удельный вес электрокорунда в зависимости от содержания глинозема и примесей (TiO2, Fe2O3, SiO2) колеблется от 32-40 кн\м3(от 3,2 до 4). Твердость электрокорунда по минералогической шкале 9- 9,2, микротвердость 20000-26000 Мн\м2(2000-2600 кГ\мм2).
Карбид кремния представляет собой химическое соединение углерода с кремнием. В технике карбид кремния получают нагреванием смеси кварцевого песка с коксом в электрической печи при температуре не ниже 2000оС. Химически чистый карбид кремния бесцветен, а технический в зависимости от количества примесей окрашен в различные цвета - от светло-зеленого до черного. В производстве наиболее часто используют зеленый и черный карбид кремния. Удельный вес карбида кремния колеблется от 31 до 34 кн\м3 (от 3,1 до 3,4),в зависимости от содержания примесей. Твердость карбида кремния по минералогической шкале 9,5-9,75, микротвердость 29000-34000 Мн\м2 (2900-3400 кГ\мм2).
Карбид бора представляет собой химическое соединение углерода с бором, получаемое в электрической печи из смеси борного ангидрида и малозольного кокса при температуре около 2500оС. Удельный вес карбида бора 25 кн\м3 (2,5). Твердость его превосходит твердость карбида кремния и приближается к твердости алмаза, микротвердость 48000-49000 Мн\м2 (4800-4900 кГ\мм2). Карбид бора является наиболее дорогим искусственным материалом.
Материал или совокупность материалов, применяемых для закрепления абразивных зерен в абразивном инструменте, называют связкой. Механизм закрепления зависит от характера взаимодействия связки с зернами. В зависимости от химического состава и физических свойств входящих в связку материалов различают органические, минеральные (керамические) и металлические связки.[3]
К органическим связкам относятся бакелитовая, вулканитовая, эпоксидная, глифталевая и др. Для бакелитовой связки в качестве связуюшего компонента используют порошкообразный или жидкий бакелит с соответствуюшими наполнителями и увлажнителями. Основным компонентом вулканитовой связки является синтетический каучук. Введение в связку различных наполнителей и ускорителей вулканизации позволяет изменять технологические и эксплуатационные свойства абразивных инструментов. Глифталиевая смола используется в качестве связки для инструментов из карбида кремния зеленого зернистостью 6-М14, применяемых при полировании, а вспененный поливинилформаль - для поропластовых кругов, объём пор в которых равен 80 %.
Инструмент на бакелитовых связках обладает более высокой прочностью на сжатие по сравнению с керамикой. Круги на бакелитовой связке, армированные стеклосеткой, работают на очень высоких скоростях (80 м/с и более). Бакелитовая связка имеет три основные разновидночти: пульвербакелит, жидкий бакелит и специальная, которая используется для профильных кругов при резьбошлифовании и для тонкихотрезных кругов. Круги на бакелитовой связке обладают высокой прочностью и упругостью (модуль упругости связки в 20-50 раз меньше, чем у стали).
Вулканическая связка по сравнению с другими видами связки более плотная и упругая, что вызывает повышенный нагрев обрабатываемой заготовки. Теплостойкость каучука низкая(150-180°С). Создать большие давления при шлифовании кругами на вулканической связке нельзя. так как зерна утапливаются в связку. Упругость связки позволяет создавать очень тонкие отрезные круги при значительном диаметре.
Абразивные инструменты на вулканической связке, имеющие большие упругость и плотность, хорошую водоупорность, но обладающие несколько меньшей прочностью и теплостойкостью, широко применяют при отрезании и шлифовании для получения малой шероховатости поверхности.
Керамические связки являются многокомпонентными смесями огнеупорной глины, полевого шпата, борного стекла, талька и других минеральных материалов, составленными по определенному рецепту с добавками клеящих веществ - растворимого стекла, декстрина и др.
Недостатком керамической связки является её высокая хрупкость, более сложный и длительный цикл изготовления связки, затем приготовления формовочной массы, формования, термической и механической обработки и испытаний. Формование абразивных инструментов в основном осуществляются прессованием в специальных пресс-формах. Круги на керамической связке обладают высокой прочностью, теплостойкостью, жесткостью, имеют универсальное применение и используют для разнообразных шлифовальных операций. Однако из-за повышенной хрупкости их не принимают при ударной нагрузке и малой высоте круга.
Металлические связки представляют собой сплавы меди, олова, цинка, алюминия, никеля и других элементов и используются в основном для алмазных инструментов.
Смазывающе-охлаждающие технологические средства
СОТС предназначены для уменьшения теплообразования и интенсификации отвода теплоты из зоны обработки, для образования в зоне шлифования защитных пленок, препятствующих непосредственному контакту абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью, предотвращающих изнашивание кругов и снижающих трение; для удаления из зоны резания отходов шлифования (абразивной пыли и стружки), что сохраняет режущую способность круга и уменьшает число его правок.[3]
Правильно подобранное СОТС повышает качество шлифуемой поверхности в результате снижения параметра шероховатости обработанной поверхности, повышения точности обработки и уменьшения поверхностных дефектов (трещин, сколов, прижогов).
СОТС .для шлифования подразделяют на водные (синтетические и полу синтетические, эмульсии, масляные) и газообразные. СОТС выбирают в зависимости от материала детали, марки абразивного материала, зернистости и связки шлифовальных кругов.(СОТС)
Выбор способа, скорости и направления подачи СОТС зависит от условий шлифования, т. е. от зоны контакта круга с деталью, давления, возникающего в процессе шлифования, требуемого воздействия жидкости на зону резания и требований к шероховатости обрабатываемых поверхностей деталей.
Чем выше скорость подачи СОТС, тем лучше её охлаждающее действие. Однако в связи с разбрызгиванием и ухудшением условий труда количество подаваемой жидкости не должно превышать 8 л/мин на каждые 10 мм высоты круга при правильно выбранном сечении трубопроводов.
Охлаждающее действие СОТС во многом зависит от температуры самой жидкости: чем она ниже, тем лучше охлаждение.
Способы и средства подачи СОТС должны обеспечивать благоприятные условия контакта жидкости, подаваемой в рабочую зону станка, с рабочей поверхностью абразивного, алмазного или эльборового круга и с абрабатываемой деталью, гарантировать активное участие СОТС в процессе резания.
Давление жидкости в напорных струях составляет 1-1,5 МПа. Дальнейшее повышение давления нецелесообразно вследствие сильного разбрызгивания СОТС. Рекомендуется одновременно направлять струи СОТС со стороны рабочей поверхности и с торцов кругов.
Для регулирования подачи струи СОТС и уменьшения разбрызгивания применяют заслонку.[5]
Список литературы
- 1. М.И. Хараева Абразивный инструмент. Выбор и применение: Учебное пособие/. - Улан-Удэ. изд-во ВСГТУ 2003. - 140 с.
- 2. В.А.Каващук, А.Б.Верещагин. Справочник шлифовальщика- М.: «Машиностроение»,1988.
- 3. Шлифовальные работы: Учеб. для проф. учеб. заведений/ С.А. Попов.-3-е изд., стер. - М.: Высш. школа. 2002.-з383 с.: ил.
- 4. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.,»Машиностроение», 1974, 320с.
- 5. . Подстригач Я.С., Осадчук В.А., Марголин А.М. Остаточные напряжения, длительная прочность и надежность стеклоконструкций. - К.: Наук. Думка, 1991. - 289 с.
