Cilvēce ir zinājusi par abrazīviem materiāliem tūkstošiem gadu. Cilvēki izmantoja akmeņus un smiltis, lai veidotu un asinātu nažus, šķēpus un bultu uzgaļus un zivju āķus. Pirmais abrazīvs bija smilšakmens, kurā aktīvās vielas lomu spēlēja mazākie kvarca graudi. Līdz metālapstrādes metožu atklāšanai šis abrazīvais materiāls ļāva attīstīties visai cilvēcei, kopš tā laika cilvēkiem vienkārši nebija citu veidu, kā izgatavot darba instrumentus un ieročus.
Kas tas ir no fiziskā viedokļa
Parasti abrazīvie materiāli ir ļoti cieti minerāli, kas atrodas Mosa cietības skalas augšējā galā - no kvarca līdz dimantam. Bet pat mīksti materiāli var veikt šo funkciju. Sūkļus, cepamo sodu un augļu bedrītes var pamatoti saukt par abrazīviem līdzekļiem. Mēs ar tiem sastopamies katru dienu, un to nozīme cilvēka ikdienas dzīvē ir liela.
Kādos procesos tos var izmantot?
Abrazīvie materiāli bieži tā tiek saukti nevis tā fizikālo īpašību, bet gan lietošanas īpašību dēļ. Ir vairākas šādu procesu klases. Jo īpaši smilšu strūklas mašīnā var izmantot vislielāko materiālu skaitu, kuriem normālos apstākļos nav izteiktu abrazīvu īpašību. Šajā iekārtā tiek izmantota spēcīga gaisa vai ūdens plūsma, kurā nelielā ātrumā pārvietojas dažu vielu daļiņas. Dažos gadījumos tiek izmantots abrazīvs siets, kas pilda smalcinātāja filtra lomu.
Smilšu strūklas mašīnas tiek izmantotas detaļu un gatavo izstrādājumu pulēšanai un apdarei. Šajā gadījumā var ņemt praktiski jebkuru abrazīvu materiālu: no riekstu čaumalām un augļaugu sēklām, gliemju čaumalām un citām organiskām vielām līdz mazākajiem tērauda, izdedžu, stikla vai pat cepamās sodas gabaliņiem.
Galvenās sastāvdaļas
Kvarca smiltis ir vispopulārākais abrazīvs tiltu un citu tērauda konstrukciju apstrādei ar smilšu strūklu. Šajā gadījumā notiek ļoti efektīva rūsas noņemšana, kas ievērojami palielina inženierbūvju izturību. Šim procesam ir nepieciešami augsta blīvuma abrazīvie līdzekļi. Metāla konstrukciju tīrīšana parasti ietver saspiesta gaisa izmantošanu. Tas darbojas kā daļiņu paātrinātājs, un tam nav papildu kodīgas iedarbības.
Tomēr dažos gadījumos var izmantot arī ūdeni. Īpaši betona tīrīšanas laikāstruktūras. Periodiski tas ir nepieciešams gandrīz visām piekrastes zonā uzceltajām būvēm. Fakts ir tāds, ka laika gaitā uz to virsmas izaug biezs sāls un citu agresīvu savienojumu slānis. Svaigs ūdens, kuram iepriekš tika pievienots attiecīgais materiāls (abrazīvs), ne tikai noņem tos no betona, bet arī rada “atsāļošanu”. Arī šī darbība ievērojami pagarina ēku kalpošanas laiku.
Gatavo izstrādājumu pulēšana
Pulēšana ir vissvarīgākais process, kurā abrazīvie materiāli ir ļoti pieprasīti. Parasti gatavo izstrādājumu vai dažu detaļu pilnveidošanai tiek izmantotas īpašas pastas vai mīkstie diski, kā arī savienojumi uz sintētisko sveķu bāzes. Pat vienkāršs abrazīvs sūklis ir pieprasīts. Mūsdienās visbiežāk izmantotie savienojumi ir cērija oksīds, dimants, kvarcs, dzelzs oksīds un hroma oksīdi.
Novakulīts (blīvs silīcija iezis) ir arī labs izejmateriāls pulēšanas materiālu ražošanai. Cērija oksīds ir visizplatītākais minerāls, ko izmanto stikla pulēšanai. Šis savienojums to nesaskrāpē, bet piešķir tai īpašu gludumu un spīdumu. Tomēr pēdējos gados šim nolūkam silīcija karbīds un sintētiskie dimanti tiek izmantoti biežāk. Pamatojoties uz tiem, tiek ražota īpaši dārga un efektīva abrazīvā lente. Tas ir ļoti labi piemērots īpaši "kaprīzu" materiālu apstrādei.
Magnētisko lauku izmantošana
Pēdējos gados arvien biežāk nozarē sāk praktizēt abrazīvās asināšanas procesu. Tas neizmanto ūdeni.zem spiediena un bez saspiesta gaisa: mazākās abrazīvu daļiņas lidinās spēcīgā magnētiskajā laukā, kas veido "slīpripu". Šo metodi izmanto precīzajā inženierijā, jo to var izmantot, lai pulētu vai asinātu detaļas, kuru apstrāde parasti ir pārāk dārga un/vai laikietilpīga. Kā abrazīvu visbiežāk izmanto alumīnija savienojumus ar tiem metāliem, kuriem ir šī īpašība.
Magnetoreoloģiskās pulēšanas metodes
Ar reoloģiskās pulēšanas metodi "fiziskais" abrazīvs instruments netiek izmantots vispār. Materiāli tiek sajaukti ar šķidrumiem, kuru biezumā tie pārvietojas elektrisko lauku ietekmē. Šī metode ir ļoti līdzīga iepriekš aprakstītajai, un to izmanto arī dažām daļām precīzās inženierijas un līdzīgās nozarēs.
Kopumā pēdējos gados ražošanā arvien vairāk tiek izmantoti abrazīvie materiāli, kas iepriekš sajaukti ar šķidrumiem vai sintētiskiem sveķiem. Labs piemērs ir GOI samitrināta abrazīvā pasta uz hroma oksīda bāzes. Tas ir zināms jau sen, bet tikai pēdējos gados tam ir pievērsta īpaša uzmanība. Iemesls ir vienkāršs - šī savienojuma zemās izmaksas un tā augstā pulēšanas efektivitāte. Turklāt abrazīvā pasta maigi iedarbojas uz apstrādāto materiālu, to nesaskrāpējot un nesabojājot.
Abrazīvie diski leņķa slīpmašīnām ("slīpmašīnām")
Tos izmanto ne tikai pulēšanai. Abrazīvie materiāli var griezt arī īpaši cietus materiālus. Lai to izdarītu, izmantojiet plānus slīpripas, kas izgatavotas uz alumīnija oksīda un fenola bāzeslaukumi. Retos gadījumos tiek izmantots metāla abrazīvs disks. Šādi instrumenti ir neaizstājami, jo īpaši marmora ieguvē karjeros. Fakts ir tāds, ka šis minerāls ir ļoti blīvs, to ir grūti griezt ar parastajiem zāģiem.
Kā jau teicām, zāģēšanai izmanto alumīnija oksīdu, silīcija karbīdu, mākslīgos dimantus un bora karbīdu. No tiem var izgatavot abrazīvu disku, no tiem veido arī īpašus zāģus īpaši izturīgiem materiāliem.
Galvenie nozarē izmantotie rīki
Tādējādi šie savienojumi ir nepieciešami materiālu asināšanai, pulēšanai, griešanai. Mūsdienu rūpniecībā visbiežāk tiek izmantots mākslīgas izcelsmes abrazīvs instruments. Iemesls tam ir salīdzinoši zemās sintētikas izmaksas. Dabiskas izcelsmes savienojumi ir daudz dārgāki. Tajos ietilpst alumīnija oksīds, ko esam vairākkārt pieminējuši, kā arī silīcija karbīds, cirkonija dioksīds un tā sauktās superabrazīvas (dimanta vai bora nitrīds).
Izņēmumi ir reti, un tos galvenokārt attēlo korunds. Tas ir ļoti dārgs, un tā izmantošana ražošanā ir diezgan ierobežota. Vēl retākos gadījumos tiek izmantoti dabīgie dimanti, kas nav piemēroti griešanai to ārkārtīgi mazā izmēra vai struktūras defektu dēļ.
Rūpniecisko abrazīvu evolūcija
Rūpniecisko abrazīvu slīpripām vēsture sākās ar dabīgiem minerāliem – kvarcu un silīciju, kā arī korundu. Tieši pēdējais, starp citu, pirmo reizi saņēma nosaukumu "smirģelis". Tas bija pirmais bārsabrazīvs. Dabisko minerālu noraidīšana sākās divdesmitā gadsimta pirmajā pusē un gandrīz pilnībā tika pabeigta līdz tās beigām. Un galvenais šeit bija ne tikai dabisko materiālu augstās izmaksas. Fakts ir tāds, ka tiem visiem ir stingri noteiktas īpašības, kuras nekādā veidā nevar mainīt. Sintētiskie abrazīvi, kas izveidoti noteiktos apstākļos, var būt pilnīgi atšķirīgi un labāk piemēroti dažu netipisku uzdevumu risināšanai.
Piemēram, izmantojot jaunas tehnoloģijas, var izveidot savienojumu ar daļiņu formu, kas atgādina mikroshēmu. Šis materiāls ir ideāli piemērots pulēšanas riteņu uzklāšanai uz virsmas. Turklāt, kombinējot, piemēram, titāna oksīdu ar alumīnija savienojumiem, var radīt pilnīgi jaunus materiālus. Šie abrazīvie līdzekļi ir ideāli piemēroti īpaši cietām virsmām.
Kad notika "abrazīvs izrāviens" nozarē?
Mūsdienu abrazīvu ražošanu, tostarp slīpripu un smilšpapīru ražošanu, ir grūti aprakstīt preču zīmju un patentu daudzuma dēļ, kas daudzos gadījumos apraksta vienu un to pašu produktu. Risinājums šādām sadursmēm ir vienkāršs – tā kā ķīmiskajā sastāvā ir mazākās atšķirības, var reģistrēt jaunu preču zīmi. Bet kāds ir sintētisko abrazīvu pamats, un kad nozare ieguva iespēju tos izmantot masveidā?
Patiesi nozīmīgs notikums bija silīcija karbīda, dabā neatrasto minerālu, atklāšana. Sintētiskā alumīnija oksīda radīšana 1890. gados tikai veicināja šīs jomas pētījumu sākumu. Līdz 20. gadu beigāmsintētiskais alumīnija oksīds, silīcija karbīds, granāts un korunds bija galvenie rūpnieciskie abrazīvie materiāli.
Bet īstais izrāviens notika 1938. gadā. Toreiz kļuva iespējams iegūt ķīmiski tīru alumīnija oksīdu, kas nekavējoties atrada visplašāko pielietojumu mašīnbūvē. Drīz kļuva skaidrs, ka cirkonija un alumīnija oksīda maisījums ir ideāli piemērots prasīgiem īpaši cietu metālu griešanas darbiem. Šis ir patiesi unikāls abrazīvs pulveris: tas saglabā augstu veiktspēju, taču ir salīdzinoši lēts. Mūsdienās plaukstu joprojām notur sintētiskais alumīnija oksīds, kas saglabājis oriģinālo boksīta izejvielu mikrokristālisko struktūru. Konkrēti, šādā veidā tika izveidots unikālais Cubitron™, kā arī abrazīvie materiāli uz keramikas bāzes ar zīmolu SolGel™.
Par "meiteņu labākajām draudzenēm"
Dabīgais dimants ir vecākais abrazīvais akmens. Tas kļuva populārs 1930. Tam bija divi iemesli. Pirmkārt, līdz tam gadam dimantu ieguves apjoms bija vienkārši niecīgs un fiziski nevarēja segt pieaugošās nozares vajadzības. Otrkārt, tuvojošā kara akūtās sajūtas dēļ daudzas valstis sāka steidzami meklēt veidus, kā volframa karbīdu apstrādāt ar mašīnām. Šo vielu joprojām izmanto bruņu caurduršanas šāviņu serdeņu ražošanā.
Problēma bija šī materiāla nereālā cietība, ko abrazīvā apstrāde vienkārši neņēma. Pētījums, ko pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados veica General Electric Companynoveda pie sintētisko dimantu attīstības. Galu galā pētījumi šajā jomā noved pie kubiskā bora nitrīda, CBN, atklāšanas. Šis dimanta cietais savienojums tiek plaši izmantots citu abrazīvu ražošanā, jo tas var burtiski sasmalcināt cietus tēraudus līdz putekļiem.
Protams, visām šīm abrazīvajām vielām, papildus visām to brīnišķīgajām īpašībām, ir viens milzīgs trūkums – izmaksas. Nesenais izņēmums ir Abral abrazīvs, ko sintezējis Eiropas koncerns Pechiney. Šis uzņēmums ir izstrādājis sava veida "dimantu aizstājēju", kas, lai gan nav zemāks par tiem cietības ziņā, ievērojami uzvar cenas ziņā.
Bet ne tikai paši abrazīvie materiāli virzīja nozari uz priekšu. Liela nozīme bija materiāliem, kas tika izmantoti kā pamats to pielietošanai. Jo īpaši, kad tika radīts bakelīts, kļuva iespējams ražot vieglākus, bet izturīgākus slīpripas. Tie slīpēja vienmērīgāk, un abrazīvie materiāli bija labāk sadalīti to iekšējā tilpumā. Tas nodrošināja ievērojami labāku materiālu apstrādi.
Smilšpapīrs
Smirģeļu ādām par pamatu izmantoti mākslīgie un dabīgie audumi, plēves un pat parasts papīrs, kas pastiprināts ar austām šķiedrām. Dažos gadījumos "smilšpapīrs" tiek iegūts, piesūcinot audumu ar šķīdumu, kura pamatā ir fenola sveķi vai ūdens (protams, pievienojot abrazīvus). Var dabūt arī abrazīvu sūkli. Šādi rīki ir plaši pazīstami gandrīz ikvienam, ar tiem sastopamies pastāvīgi unkatru dienu.
Mēs esam aprakstījuši daudzus šo materiālu lietojumus. Bet fakts ir tāds, ka vidusmēra cilvēks ar lielāko daļu no tiem savā dzīvē nemaz nesaskaras. Tātad, daudzi cilvēki zina par smilšakmeņiem, skrāpējumiem vai to pašu smilšpapīru, kāds izmantoja abrazīvu sietu. Taču tikai daži cilvēki zina konkrētus vielu veidus, ko izmanto, piemēram, gultņu vai augstas kvalitātes nažu ražotāji no īpaši cieta tērauda. Pēdējos, starp citu, ir gandrīz neiespējami asināt mājās. "Asinātājiem" viņiem ir vajadzīgi ļoti īpaši.
Kuri lietojumi ir piemēroti šim vai citam abrazīvam?
Īpašām vajadzībām ir nepieciešami superabrazīvie līdzekļi, par kuriem jau īsi minējām iepriekš. Tie tiek piedāvāti arī smilšpapīru, abrazīvu suku, disku un apļu veidā. Tātad, ražojot nažus no standarta tērauda kategorijām, ražotāji izmanto alumīnija oksīdu un silīcija karbīdu. Savukārt masveida ražošanai parasti ir nepieciešams plašāk izmantot smilšu strūklas iekārtas: nerūsējošo tēraudu, lodīšu gultņus un īpaši cietu koku masveida apstrādi. Tomēr vairumā gadījumu rūpnieki paliek uzticīgi "vecajam labajam" alumīnija oksīdam. Šis abrazīvais pulveris ir lēts, taču ļoti efektīvs.
Beidzot
Abrazīvie materiāli tieši vai netieši spēlē lomu gandrīz visa, ar ko cilvēki ikdienā nodarbojas, ražošanā. Jo īpaši bez tiem nav iespējams izveidot korpusus, kas izgatavoti no anodēta alumīnija, kastik populārs "ābolu" produktu cienītāju vidū. Neaizmirstiet, ka vienkārša abrazīvā akmens "slīpmašīna" vai pat parasts smilšpapīrs ir daudzu zinātnieku un amatnieku paaudžu darbības auglis, kuri gadu gaitā ir uzkrājuši un sistematizējuši savas zināšanas.
Uzņēmumi, kas ražo dažāda veida abrazīvus materiālus, slīpripas un smirģeļus, izmanto teorētiskās zināšanas, kas ir daudzās saistītās nozarēs. Viņi vadās pēc keramikas studiju laikā iegūtajiem datiem, plaši praktizē lietišķo ķīmiju, fiziku un metalurģiju. Abrazīvie materiāli vienmēr būs noderīgi, tie ir daudzu uzņēmumu mūsdienu ražošanas cikla galvenā iezīme.
