Абразивные материалы в обработке стекла
Главные понятия. Слово «абразив» в переводе с латинского свидетельствует «скоблить». Абразивная обработка — это обработка резанием, осуществляемая множеством абразивных зерен.
Абразивный материал — это природный либо неестественный материал, что применяют для обработки резанием поверхностей стекла, ситаллов, других материалов и минералов. К природным абразивным материалам относятся: бриллиант, гранаты, корунд, кремень, мел, песчаник, наждак, пемза, кварцевый песок, трепел. Из неестественных самый распространены электрокорунд, карбид кремния, материалы на базе нитрида бора, карбид бора, синтетический бриллиант.
Твердость абразивных материалов определяют по относительной шкале твердости, шкале Мооса.
Чтобы абразивный материал возможно было применять при обработке стекла резанием, данный материал обрабатывают. Куски его размельчают в дробилках до определенных размеров, после этого зерна очищают от посторонних примесей, подвергают химической и термической обработке, просеивают на ситах для сортировки по размерам (классифицируют). Измельченный, обогащенный и классифицированный абразивный материал именуется шлифовальным при диаметре зерен не меньше 0,035 мм, полировальным при среднем диаметре зерен от 0,01 до 0,03 мм.
Совокупность зерен в заданном промежутке размеров именуется фракцией (под размерами зерен абразивного материала понимается условная величина, высказываемая мельчайшими размерами ячейки сита в свету, через которое проходит абразивное зерно). Различают пять фракций абразивных зерен: главную, большую, предельную, небольшую и комплексную.
Главная фракция — это фракция, преобладающая в материале по массе, количеству либо числу зерен. В большой фракции размеры зерен превышают размеры зерен главной фракции на один промежуток, в предельной фракции размеры зерен превышают размеры зерен большой фракции. В небольшой фракции — размеры зерен меньше размеров зерен главной фракции на один-два промежутка.
Комплексная фракция включает две либо более фракции.
Абразивный материал имеет такие характеристики, как зерновой состав и зернистость. Зернистость — черта конкретной совокупности абразивных зерен, выраженная размерами зерен главной фракции, зерновой состав (табл. 1) — это черта материала, представляет собой отношения весов, количеств либо чисел зерен каждой фракции к неспециализированной массе, количеству либо числу зерен материала.
По зернистости абразивные материалы разделяются на четыре группы: 1 — шлифзерно (200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16), 2 —шлифпорошки (12, 10, 8, 6, 5, 4, 3), 3 — микропорошки (М63, М50, М40, М28, М20, М14), 4 —узкие микропорошки (М10, М7, М5, МЗ, Ml). Чем выше зернистость материала, тем мельче размер его зерен. Любая зернистость абразивного материала имеет пара фракций зерен.
Чем ближе размеры зерен абразивного порошка к размерам главной фракции, тем однороднее абразивный материал.
Черта материалов. При обработке стекла используют следующие абразивные материалы.
Кварцевый песок — распространенный и недорогой материал. Твердость по шкале Мооса 7 (твердость простого стекла 6. ..7), плотность 2,6-103 кг/м3. Песок складывается из зерен от 0,1 до 2 мм.
При классификации песка приобретают песочный шлам, что время от времени применяют как полирующий материал.
Природный корунд (обозначается буквой Е) – модификация глинозема. В большинстве случаев, содержит примеси, каковые его загрязняют и окрашивают. Таковой корунд обогащают — дробят, очищают и классифицируют. Плотность корунда 3,95-103… 4,1-103 кг/м3, твердость по шкале Мооса 9.
Наждак — горная порода, содержащая до 70% мелкокристаллического корунда в сочетании с магнетитом, гематитом, пиритом, шпинелью и слюдами. Наждак не редкость тёмного, серого либо зелено-серого цвета; его твердость 8.. .9. Наждак весьма тяжело поддается обогащению.
Природный бриллиант — одна из трех разновидностей химически чистого углерода; плотность 3,0.. .3,6-103 кг/м3, твердость по шкале Мооса 10 (по твердости уступает только неестественному материалу — борсиликарбиду). Бриллиант — редкий и дорогой материал, исходя из этого его использование ограничено.
Бриллианты, используемые в качестве абразивного материала, именуют техническими. Для обработки стекла применяют отходы алмазов, образующиеся при изготовлении больших кристаллов— драгоценных камней. Эти отходы носят названия: борт, баллас и карбонадо.
Борт— кристаллы неправильной формы размеров 1,5…3 мм мутного и серо-зеленого цвета; баллас— кристаллы шаровой формы с буроватым оттенком таких же размеров, что и борт; карбонадо — тонкозернистые, время от времени пористые агрегаты тёмного либо бурого цветов круглой формы размерами 2.. .3 мм. Бриллиант используют в виде единичных жестко закрепленных зерен и в виде небольшой крошки — пудры, за-вальцованной в вязкий металл.
Массу бриллианта измеряют в каратах; один карат соответствует 0,2 г. Средняя масса зерна технического бриллианта равна примерно 0,06 карата.
Карбид бора — соединение углерода с бором, владеет самая высокой из всех карбидов химической стойкостью. Карбид бора приобретают в электропечах при температурах 2000 — 2350°С из технической борной кислоты и малозольного углеродистого материала (нефтяного либо пекового кокса, сажи). Твердость по шкале Мооса близка к твердости бриллианта, плотность— 2,5-103 кг/м3.
Карбид кремния — соединение кремния с углеродом. Химически чистый карбид кремния бесцветен, а технический окрашен в серый либо серо-зеленый цвет. Твердость 8.. .9,5, плотность колеблется 3,1 • 103.. .3,4-103 кг/м3.
Различают два вида карбида кремния — тёмный и зеленый: тёмный в зависимости от содержания SiC имеет различные обозначения: при содержании в продукте до 97% SiC он имеет индекс 53С, при 98%—54С, зеленый обозначается 63С.
Нитрид бора — химическое соединение азота и бора. Различают две разновидности нитрида бора: кубический и вюрци-тообразный нитрид бора. Эти разновидности соответственно имеют плотность 3,45-103 и 2,29-103 кг/м3, твердость приближается к твердости бриллианта.
ЭлеКтр о корунд — кристаллический глинозем, что приобретают электродуговой плавкой. Фабрики производят электрокорунд разных сортов: белый (корракс либо алунд), обычный (тёмный) и монокорунд. Твердость по Моосу около 9, плотность зависит от примесей и содержания глинозёма и колеблется от 3,25-103 до 4,01-103 кг/м3.
Электрокорунд имеет разные обозначения в зависимости от сорта, содержания А1203 и примесей: обычный электрокорунд, содержащий AI2O3 92%, обозначают: 13А, 93% — 14А, 94% — 15А; белый электрокорунд при содержании А1203 98% обозначают: 22А; 99% —23А; 99,3% — 24А; более чем 99,3% — 25А; монокорунд обозначают в зависимости от содержания А120з — 42А, 43А, 44А. На базе белого электрокорунда изготовляют хромистый ЗЗА и 34А, титанистый 37А, циркониевый 38А, хромтитанистый — 91 А, 92А, 93А.
Пемза — изверженная, излившаяся вулканическая пористая порода, которая плавает в воде. Главные компоненты пемзы: кремнезем, полевые шпаты и глинозём. Цвет пемзы — от ярких тонов серого до тёмного.
Пемзу измельчают и классифицируют по твёрдости и зерновому составу. Твердость пемзы — 6,. плотность— 1,4-103 кг/м3.
Трепел, либо инфузорная почва,— высокопористая, слабо сцементированная либо рыхлая осадочная порода кремнеземистых остатков. В ней смогут находиться примеси: глинистые минерал, карбонат кальция, оксиды железа, алюминия, и разные органические остатки. Трепел, в большинстве случаев, окрашен в желтый цвет, его плотность 0,7-103 — 1,2-103 кг/м3.
Дабы применять в качестве полирующего материала, его дробят и классифицируют.
Крокус — тонкодисперсный оксид железа. Главная масса его складывается из частиц размером 0,1 — 1,5 мкм, плотность около 5,2-103 кг/м3. Крокус используют в качестве полирующего материала.
Возможность применения для полирования и уровень качества крокуса зависят от вида способа получения и сырьевого материала.
Оловянная зола — оксид олова, что приобретают при сжигании олова; используют как полирующий материал.
Полирит — складывается из оксидов редкоземельных элементов, по большей части оксидов лантана и диоксида церия, неодима, празеодима. Размер частиц полирита 10 мкм, плотность — 5,8 -103… 6,2-103 кг/м3. Полирит — дорогостоящий материал.
Абразивная свойство его в 2…3 раза выше, чем крокуса: он придает стеклу прозрачность и блеск, каковые продолжительно сохраняются.
Регенерация материалов. При механической обработке стекла зерна абразивов разрушаются и абразивный материал загрязняется осколками стекла либо металла. Очистка абразивного материала именуется регенерацией.
В промышленном производстве отработанные абразивы регенерируют, процеживая абразивную суспензию через сита и промывая кислотами. Неотёсанную сортировку выполняют на вибрационных ситах. Осколки стекла удалять сложно, поскольку плотность абразивов и стекла практически однообразна.
Но, в случае если в абразиве содержится не более 50% сошлифованного стекла, оно значительно не воздействует на уровень качества обработки поверхности изделия; при применении для того чтобы абразива необходимо расширить время шлифования.
Рис. 1. Классификация абразивного материала: а — в иногда действующем коиусе, б — в бункерах постоянного действия; 1 — абразив, 2— конусная часть, 3 — труба, 4 — цилиндрическая часть, 5— желоб, 6 — отстойник, 7— лоток, 8 — перегородки, 9 — решетка, 10 — разгрузочное отверстие
На последней стадии регистрации абразивные материалы промывают водой и классифицируют по фракциям. Величину зерна определяют по размеру стороны минимального квадратного отверстия сита, через которое проходит это зерно.
Порошки больше 75…40 мкм разделяют на соответствующие классы на ситах (грохотах). Эту операцию именуют грохочением. При просеивании абразивного порошка через одно сито приобретают два продукта: верхний, в состав которого входят зерна размером больше отверстия сита, и нижний, прошедший через сито.
Последовательный последовательность размеров отверстий сит, примененных при грохочении, именуют шкалой классификации.
Более производительный и недорогой метод — гидравлическая классификация. Наряду с этим методе зерна абразива разделяют на фракции благодаря разной скорости их осаждения в воде.
Гидравлическая классификация осуществляется в восходящем потоке и спокойной воде.
Классификацию в спокойной воде выполняют в цилиндрических сосудах. Частицы абразива определенного размера осаждаются из предварительно взболтанной в течение заданного времени суспензии. Этим способом возможно взять фракции с мелким промежутком зернистости.
Но для классификации материала этим способом требуется большое количество времени.
Для классификации абразива в восходящем потоке помогают иногда бункера и действующие конусы-классификаторы постоянного действия.
В иногда действующем конусе (рис. 1, а) исходный абразив помещают в конусную часть числом, не превышающем 0,3 ее количества. Через трубу в конус подают воду. Восходящий поток воды сливается из цилиндрической части конуса через желоб. По лотку вода направляется в отстойник.
Сперва воду подают в конус с малой скоростью, после этого скорость потока воды увеличивают. Наряду с этим в первоначальный момент из конуса удаляются небольшие, а после этого все более большие частицы абразива либо стекла. Классификация в иногда действующем конусе более производительна, чем в спокойной воде. Недочёт этого вида классификации — периодичность.
Таким методом разделяют на фракции небольшой абразивный материал, в основном порошки карбида и корунда кремния.
В бункере постоянного действия (рис. 1, б) суспензия отработанного абразива благодаря перегородке направляется вниз. После этого поток поднимается кверху и переливается во второй классификатор. Во второй классификатор поступают лишь те частицы, скорость осаждения которых меньше скорости восходящего потока.
Второй классификатор имеет большее сечение и меньшую скорость потока, исходя из этого в нем оседают уже более небольшие частицы. Осажденный в классификаторах абразив непрерывно выгружают через разгрузочные отверстия. В классификаторах время от времени устанавливают решетки сопротивления, сглаживающие скорость потока по всему сечению.
