Policealna Szkoła Zawodowa - AP Edukacja

Kierunek : technik bezpieczeństwa i higieny pracy

Przedmiot:

Technika wytwarzania z materiałoznawstwem

Praca kontrolna nr 2

MATERIAŁY ŚCIERNE- RODZAJE, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

Grażyna Boczko

Semestr I

MATERIAŁ ŚCIERNY

Jest to substancja mineralna naturalna lub sztuczna, która po rozdrobnieniu na ziarna lub proszki ma właściwości ostrzy skrawających. Musi być to materiał o wysokiej twardości, aby stosunkowo łatwo, przy niewielkim nacisku mógł wgłębiać się w obrabianą powierzchnię.

Materiał ścierny składa się, z trzech podstawowych warstw:

1. ziarna ściernego - minerały naturalne i sztuczne

2. spoiwa podkładowego i spoiwa zalewowego ( kleje naturalne, oraz materiały

syntetyczne - żywice)

3. podłoża ( papier o różnych grubościach, tkaniny bawełniane i sztuczne,

oraz fibra)

RODZAJE

Rozróżnia się materiały:

- twarde

- supertwarde

- polerskie

oraz:

- naturalne

- sztuczne

Najczęściej używanymi materiałami ściernymi są: 
- korund

- szmergiel
- elektrokorund
- węglik krzemu
- ceramiczny korund

 

1. Naturalne materiały ścierne:

Diament - najcenniejszy twardy minerał , mający zastosowanie przy produkcji materiałów ściernych.

 

Korund i szmergiel (skała metamorficzna) są naturalnymi materiałami występującymi w przyrodzie. Ich podstawowym składnikiem jest krystaliczny tlenek glinu. Materiały te stosowane są głównie do dogładzania i polerowania powierzchni.

Krzemień - skała osadowa, skrytokrystaliczna, krzemionkowa, jest surowcem w przemyśle ceramicznym i materiałów ściernych.

Kwarc - jeden z najpospolitszych minerałów stosowany przy produkcji materiałów ściernych.

Piaskowiec - średnioziarnista, zwięzłą skała osadowa , po wyschnięciu uzyskuje dużą twardość.

Pumeks - to wulkaniczna skała magmowa zbudowana z porowatego (ponad 50 % porów) szkliwa wulkanicznego powstałego z silnie gazującej, pienistej lawy. Ma szklistą, drobnoziarnistą strukturę. Pumeks ma najczęściej jasne kolory: jasnobrunatny, jasnoszary, białawy, niebieskawy. Skład chemiczny to kwarc, plagioklaz i biotyt.

2. Sztuczne materiały ścierne:

 

Materiały ścierne sztuczne są zdecydowanie najczęściej stosowane w przemyśle. Należą do nich: elektrokorund, węglik krzemu i ceramiczny korund,

azotek boru, diament syntetyczny.

 

Elektrokorund jest materiałem ściernym sztucznym, jest odpowiednikiem materiału naturalnego - minerału zwanego korundem. Otrzymywany jest metodą stapiania w piecach łukowo oporowych. W zależności od zawartości Np.₂O₃ w stapianych materiałach otrzymuje się elektrokorundy o różnych stopniach czystości a w związku z tym o różnych właściwościach mechanicznych i różnym zakresie zastosowań. Istnieje kilka gatunków elektrokorundu:

Elektrokorund szlachetny - 99A:

1. jest otrzymywany z tlenku glinu o wysokim stopniu czystości (powyżej 98,50 %),

2. charakteryzuje się najwyższą czystością chemiczną (min. 99 %), zawiera najmniej domieszek, którymi są tlenki ,

3. ma barwę białą,

4. z grupy elektrokorundów jest najbardziej łupliwy i kruchy; ma bardzo ostre, poszarpane krawędzie skrawające,

5. ze względu na ostrość i kruchość jest stosowany do produkcji narzędzi ściernych przeznaczonych do obróbki precyzyjnej twardych stali, wszędzie tam, gdzie przedmiot szlifowany nie powinien się nagrzewać i przypalać oraz do obróbki drewna.

Elektrokorund normalny - 95A:

1. jest otrzymywany z wytopu boksytów,

2. ma barwę brązową, szarobrązową lub szarą

3. elektrokorund zwykły jest z całej grupy elektrokorundów najmniej kruchy, najmniej łupliwy, stosunkowo najbardziej ciągliwy, ma ziarna o bardzo trwałych kryształach mających kształt zwartych bloków

4. z tych względów elektrokorund zwykły jest bardziej odpowiedni do operacji szlifowania zgrubnego, szlifowania w ciężkich warunkach pracy i przy stosunkowo grubych warstwach do zeszlifowania

5. typowe przykłady zastosowania: szlifowanie zgrubne na szlifierkach stojakowych, na szlifierkach ręcznych, w odlewniach, kuźniach, w różnych warsztatach mechanicznych do obróbki stali, staliwa i żeliwa .

Elektrokorund półszlachetny lub mieszany - 97A:

1. barwa szara lub jasno szara

2. posiada właściwości pośrednie pomiędzy elektrokorundem 99A i 95A

3. stosowany jest do produkcji narzędzi ściernych tam, gdzie wymagana jest duża wytrzymałość ziarna ściernego, ale również jego ostrość i kruchość

Elektrokorund cyrkonowy

1. powstaje w wyniku stopienia mieszaniny tlenku cyrkonu z tlenkiem aluminium w dokładnie określonych proporcjach

2. narzędzia z tego typu elektrokorundu mają barwę niebieską, względnie zieloną - układ związków zapewnia uzyskanie ziarna ściernego charakteryzującego się dużą ciągliwością i wytrzymałością mechaniczną, co pozwala na zastosowanie do szlifowania z dużymi naciskami, głównie stali szlachetnych. 

Węglik krzemu - obok elektrokorundów jest również materiałem

ściernym wytwarzanym sztucznie. Popularnie nazywany jest karborundem, otrzymywany jest w temp. powyżej 2000⁰ C z krzemionki i czystych materiałów węglowych. Węglik krzemu występuje w dwóch odmianach różniących się stopniem czystości. Są to: węglik krzemu zielony i węglik krzemu czarny. Węglik krzemu zielony jest bardziej czysty, zawiera mniej domieszek. Jest on jednak trudniejszy do wyprodukowania, wymaga surowców o większym stopniu czystości i z tego powodu jest znacznie droższy od czarnego węglika krzemu. Generalnie charakteryzuje się dużą twardością i ostrymi krawędziami kryształów, co decyduje, że jest bardzo dobrym materiałem szlifierskim do obróbki materiałów kruchych i twardych, takich jak: żeliwo, brązy, stopy aluminium, węgliki spiekane, szkło, ale również materiały drewnopochodne, lakiery, tworzywa sztuczne i guma.

 

Ceramiczny korund - charakteryzuję się drobno krystaliczną budową.

Główną jego zaletą jest wysoka wytrzymałość i odporność na pękanie.

Azotek boru - nieorganiczny związek chemiczny boru i azotu,

Regularny azotek boru (nazywany :borazon) - super twardy materiał ścierny, otrzymany przy pomocy aparatury stosowanej do uzyskiwania syntetycznych diamentów. Twardość kryształów borazonu oceniana jest na 90 do 95% twardości diamentów, azotek boru charakteryzuje się jednak większą odpornością chemiczną i może być stosowany do obróbki żelaza. Mimo że ma mniejszą twardość niż diament , ma dużo wyższą odporność termiczną (wytrzymuje temp. do 1600 st. C). Jego największą wadą jest cena - średnio o 30% wyższa niż diamentu. Wykorzystywany jest on zwłaszcza do obróbki ściernej o wysokich prędkościach, głównie na ściernice do szlifowania stali szybkotnących i innych stali narzędziowych. Nie nadaje się do obróbki twardych i kruchych materiałów takich jak : węgliki spiekane, szkło, ceramika. Zaletą jego jest duża odporność na zużycie i wydajność, niska temperatura szlifowania.

Diament syntetyczny - otrzymuje się go w procesie łączenia grafitu i katalizatora ( najczęściej żelazo, nikiel, kobalt) w specjalnych trudnotopliwych komorach , przy zastosowaniu wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury. Przy zmianie warunków syntezy można otrzymać odmienne gatunki diamentów różniące się: kształtem, charakterem powierzchni, wytrzymałością, kruchością i wielkością ziaren.

Podstawowe parametry klasyfikacji ziaren ściernych

Ziarno ścierne- jest elementem materiału ściernego po jego rozdrobnieniu.

ziarna ścierne klasyfikuje się ze względu na :

- wielkość

- kształt

- właściwości mechaniczne

- właściwości użytkowe

 Wielkość ziarna (ziarnistość, granulacja) - to podstawowy parametr określający ziarna ścierne. Ziarna materiału ściernego w wyniku rozdrobnienia pękają zawsze według określonych płaszczyzn łupania. Mają w związku z tym kształty zbliżone do graniastosłupów o podstawie trójkątnej lub czworokątnej, ostrosłupów o takiej samej podstawie, ośmiościanów oraz sześcianów. 

1. wielkość ziarna określana jest umownie i ujednoliconą normą międzynarodową FEPA (Stowarzyszenie Europejskich Wytwórców Wyrobów Ściernych) oraz oznaczana literą „P” na podkładzie przed numerem granulacji. Spełnianie przez ziarno normy FEPA oznacza, że jego wielkość dla danej granulacji nie jest większa niż określona w normie. W praktyce oznacza, że szlifując granulacją „P80” uzyskujemy stały i jednakowy poziom zarysowań szlifowanej powierzchni.

2. w Polsce w tym zakresie obowiązuje norma PN-76/M-59107. Za charakterystyczny wymiar przyjmuje się szerokość ziarna podaną w milimetrach. Jest ona kryterium kwalifikacji ziarna do określonej wielkości i grupy. Natomiast numer ziarna, czyli ziarnistość materiału ściernego, jest wielkością umowną, np. symbol „P80” oznacza zakres charakterystycznych wymiarów ziaren od 212 mm do 180 mm.

3. pełny zakres oferowanych ziarnistości materiałów ściernych zawiera się w granicach od P12 do P5000.

Kształt geometryczny - ma duży wpływ na wytrzymałość ziaren ściernych, ich zdolność skrawną i siłę wiązania ze spoiwem. Kształt ziaren ściernych wpływa również na przeznaczenie i jakość narzędzi ściernych.

ze względu na kształt rozróżnia się :

- ziarna izometryczne - najbardziej wytrzymałe i przeznaczone do produkcji

narzędzi

- mieczykowate - używane na narzędzia ścierne nasypowe

Właściwości mechaniczne - decydują o trwałości i zdolności skrawnej,

a także o jakości użytkowej narzędzi ściernych.

wskaźniki określające właściwości mechaniczne:

- mikrotwardość,

- wytrzymałość statyczna na ściskanie ( określona w próbie statycznego

pojedynczych ziaren),

- odporność udarowa - odporność na rozdrabnianie udarowe określająca

przydatność ścierniwa do obróbki strumieniowo ściernej,

- wytrzymałość zmęczeniowa - określana przy zmiennych obciążeniach

mechanicznych ściskających,

- wytrzymałość na zmęczenie cieplne

Właściwości użytkowe - określają zdolność skrawną pojedynczych ziaren

Rodzaje nasypu

  

Istotnym czynnikiem wpływającym na jakość i koszty szlifowania jest rodzaj nasypu.

W ogólnej klasyfikacji dzielimy nasypy na:

1. Nasyp otwarty - gdzie powierzchnia materiału ściernego pokryta jest ziarnem w 50-70 %. Stosowany jest głównie do szlifowania masywu drewna sosnowego, klejonki, renowacji posadzek i podłóg. Charakteryzuje się on większą odpornością na zaklejanie powierzchni ziarna ściernego.

2. Nasyp zamknięty - to pokrycie podkładu ziarnem w 100 %; znalazł zastosowanie głównie do szlifowania metali, materiałów drewnopochodnych, litego drewna liściastego i lakierów.

3. Nasyp półotwarty - uniwersalny; Powierzchnia materiału ściernego pokryta jest ziarnem ściernym w 80-90 %, stosowany jest głównie do szlifowania metali kolorowych, obróbki wykańczającej litego drewna liściastego i materiałów drewnopochodnych, do szlifowania gumy i tworzyw sztucznych

Rodzaje narzędzi ściernych

1) narzędzia ścierne elastyczne - nasypowe,

2) twarde ściernice spojone,

3) wyroby ścierne z materiałów super twardych: diamentu i azotku boru.  

Narzędziami ściernymi elastycznymi - nasypowymi są: papier ścierny, płótno i włóknina ścierna ; obecnie powszechnie używane; znajdują one szerokie zastosowanie w ręcznym i mechanicznym szlifowaniu elementów w celu uzyskania odpowiedniej gładkości ich powierzchni, a także coraz częściej do obróbki mechanicznej w celu nadania odpowiednich wymiarów i kształtów obrabianych przedmiotów. 

Narzędzia ścierne mają szeroki zakres zastosowania i służą do obrabiania takich materiałów, jak:

- drewno

- materiały drewnopochodne

- stal

- metale niezależne

- szpachla

-lakier

-farba

- szkło

- kamień

- tworzywa sztuczne

- skóra

Papier ścierny - wyrób ścierny przeznaczony do obróbki ściernej powierzchni przedmiotów wykonanych z drewna, metalu, tworzyw sztucznych;

występuje w postaci arkuszy, taśm;

rozróżnia się:

- papier gruboziarnisty

- papier średnioziarnisty

- zwykły

- wodoodporny

oznaczenie ziarnistości - to ilość ziaren materiału ściernego na cm², im większa liczba, tym drobniejszy papier;

rodzaj papieru i użytego kleju wpływa na wodoodporność.

Pasta ścierna - mieszanina drobnoziarnistego materiału ściernego ( korund, elektrokorund szlachetny, baryt, węglik krzemu, tlenek żelazowy) i substancji wiążących( stearyna, parafina, kwas oleinowy, tłuszcz zwierzęcy, terpentyna) o konsystencji stałej, półciekłej, lub ciekłej;

- grube - do usuwania śladów obróbki narzędziami skrawającymi

- średnie - stosowane przy docieraniu

- drobne - np. pasta polerska do polerowania

Osełka - narzędzie ścierne służące do szlifowania, najczęściej do ostrzenia narzędzi, np. noży; wytwarzana z kamieni ściernych ( np. piaskowca ) lub z ziaren ściernych ( diament, korund, kwarc, elektrokorund, węglik krzemu, węglik boru) połączonych spoiwem ceramicznym;

Osełki diamentowe maja postać stalowej płytki z warstwą ziaren diamentowych na powierzchni.

Osełki są również częścią obrabiarek do szlifowania krzyżowego.

Ściernica - narzędzie ścierne składające się z ziaren ściernych i nośnika materiału ściernego; ziarna ścierne ( korund, węglik krzemu, azotek boru lub diament) nie maja określonego kształtu, a ich wielkość wpływa na uzyskanie określonej chropowatości powierzchni.

Wyróżnia się:

- ściernice listkowe,

- ściernice wiatraczkowe

- ściernice krążkowe

• ściernice garnkowe

 Obróbka narzędziami ściernymi nasypowymi

 

Dobór odpowiedniego narzędzia ściernego do obróbki konkretnego przedmiotu jest trudny z powodu różnorodności dostępnych materiałów ściernych oraz ze względu na bardzo złożony proces obróbki narzędziami ściernymi. 

Na prawidłowość procesu obróbki mają wpływ następujące czynniki:

- powierzchnia czynna narzędzia

- budowa nasypu ściernego, między innymi wymiary ziaren, ich geometria,

rozkład na powierzchni podłoża

- prędkość skrawania

- siła docisku narzędzia ściernego

- siła naciągu pasa bezkońcowego

- temperatura w strefie skrawania

- drgania pasa bezkońcowego podczas szlifowania

- materiał oraz struktura powierzchni obrabianego przedmiotu

Przy tak wielu czynnikach wpływających na proces skrawania dobór odpowiedniego narzędzia ściernego do procesu produkcyjnego musi być dokonany przy ścisłej współpracy zarówno producenta materiałów ściernych, jak i ich użytkownika, tj. wytwórcy wyrobów finalnych.

 Dobór narzędzi ściernych

 

Dobór narzędzi ściernych przy mało odpowiedzialnych pracach wykonywanych w domu lub w małych warsztatach prowadzonych przez majsterkowiczów nie ma większego znaczenia, gdyż nie liczy się w tym wypadku czas i wydajność obróbki. Jednakże trzeba tu podkreślić, że wiele narzędzi ściernych stosowanych do mało odpowiedzialnych prac ma uniwersalne zastosowanie i można używać ich zarówno do obróbki drewna, jak i metali oraz lakierów.

W wypadku prac w dużych fabrykach i przedsiębiorstwach produkcyjnych, gdzie narzędzia ścierne stosowane są w ciągłym procesie technologicznym przy produkcji seryjnej i masowej zaleca się korzystanie przy doborze odpowiednich materiałów ściernych z pomocy wyspecjalizowanych działów, którzy odpowiedzialni są za pomoc techniczną, doradztwo i przeprowadzają odpowiednie szkolenia.

Obecnie na rynku najczęściej stosowanymi w mechanicznej obróbce przemysłowej są pasy bezkońcowe i ściernice listkowe. Pasy bezkońcowe pracują na specjalistycznych szlifierkach dostosowanych do ściśle określonych zadań technologicznych. Dlatego niezwykle istotną w procesie skrawania narzędziami ściernymi jest odpowiednia prędkość skrawania, uzależniona głównie od rodzaju obrabianego materiału.

1. Do szlifowania stali, żeliwa, drewna stosuje się nasyp tlenku aluminium (elektrokorund).

2. Szkło, gumę, tworzywa sztuczne, płytę wiórową, MDF oraz lakier szlifuje się twardym ziarnem węglika krzemu.

Materiały:

1. R. Hochleitner - „Minerały i kryształy”

2. E. Jankowski, S. Skupinski - „ Materiały i wyroby ścierne”

 

10

---