Шлифовальный круг
Автор перевода: Лискун А.С.
Источник: Grinding Wheel.
Шлифовальный круг
Шлифовальные круги изготовлены из натуральных или синтетических абразивных минералов соединенных вместе в виде матрицы, чтобы сформировать колеса. Хотя такие инструменты могут быть знакомы с домашними мастерскими, широкой общественности не может быть известно о них, потому что большинство из них были разработаны и используются в обрабатывающей промышленности. В этом секторе, шлифовальные круги были важны более чем 150 лет.
Для производителей шлифовальные круги обеспечивают эффективный способ, чтобы сформировать и закончить металлы и другие материалы. Абразивы часто являются единственным способом создания частей с точностью размеров и высокого качества отделки поверхности. Сегодня, шлифовальные круги появляются практически в каждой производственной компании в Соединенных Штатах, где они используются для резки стали и кладки блоков; точить ножи, сверла, и много других инструментов, или для очистки и подготовки поверхностей под окраску или покрытие. В частности, точность автомобильных валов и роторов реактивный двигатель опирается на использовании шлифовальных кругов. Качество подшипников не может быть произведено без них, а также новые материалы, такие как керамика или материала композитов была бы невозможна без шлифовальных кругов, чтобы сформировать и закончить части.
Песчаник, органический абразив, сделан из зерен кварца, удерживается вместе в природном цементе, был, вероятно, самым ранним абразивом, он был использован, чтобы сгладить резкость и огниво на осях. К началу девятнадцатого века, наждак (природный минерал, содержащий железо и корунд) был использован, чтобы сократить формы металлов. Тем не менее, разного качества наждак и проблемы с импортом из Индии до его открытия в США побудили усилия, чтобы найти более надежные абразивные минеральные.
К 1890-ым, поиск уступил карбид кремния, синтетический минерал тверже, чем корунд. В конце концов, производители придумали, как производить даже лучшую альтернативу синтетического корунда или оксида алюминия. В создании этого боксита производного, они разработали абразивный материал более надежный, чем оба природных минерала и карбида кремния. Исследование синтетических минералов также привело к производству так называемых супер абразивов. Прежде всего, в этой категории являются синтетические алмазы и минерал, известный как кубический нитрид бор (CBN), второе в твердости только по отношению к синтетическим алмазам. Сегодня развитие продолжается, и семенной гель оксида алюминия только что был представлен.
На протяжении всей истории шлифовального круга, связь, которая удерживает абразивные зерна вместе, оказались так важны, как сами зерна. Успех шлифовальных кругов начался в начале 1840-х, когда облигации содержащие резину или глину были введены, и к 1870 связь с керамической или стеклянной, как структура была запатентована. С тех пор облигации, используемые в шлифовальных кругах, постоянно совершенствуются.
Шлифовальные круги доступны в широком разнообразии размеров, в пределах меньше чем 0,25 дюйма (0,63 см) до нескольких футов в диаметре. Они также доступны в многочисленных формах: плоские диски, цилиндры, чашки, конусы и колеса с профилем, разрезающие на периферии всего лишь несколько раз. Хотя многие методы, такие как склеивание, слои абразива на поверхность металла колеса, используются для производства шлифовальных кругов, это обсуждение ограничено, колеса состоят из керамических материалов, содержащихся в связующей матрице.
Необработанные материалы
Два важных компонента, абразивные зерна и связующие материалы, составляют любой шлифовальный круг. Часто добавки смешиваются для создания колес со свойствами, необходимых для определения конкретного материала в соответствии с желаемым.
Абразивные зерна составляют центральный компонент любого шлифовального круга, а также твердость и хрупкость шлифовальных материалов будет существенно влиять на поведение данного колеса. Твердость измеряется в терминах относительной шкалы, разработанной в 1812 году немецким минералогом Фридрихом Мооса. На этой шкале, очень мягкий тальк и гипс представляют твердости один и два, и корунд и алмаз представляют твердость девять и десять.
Хрупкость означает, как легкие вещества могут быть сломаны или растерты в порошок. Люди, которые разрабатывали шлифовальные круги, считают хрупкость их абразивов, которая может отличаться от природы материала, и являются грунтом – очень осторожны. Например, в то время как алмаз является самым твердым из известных материалов, это нежелательно, потому что сталь абразивы подвергается разрушительной химической реакции в процессе резки, то же самое относится и карбид кремния. С другой стороны, оксид алюминия сокращает железа и стали лучше, чем алмаз и карбид кремния, но он менее эффективен для резки неметаллических веществ.
Это дает шлифовальному кругу уникальную характеристику бытия инструментом, который обостряет себя во время использования.
Хотя связанные абразивы начались как инструменты, изготовленные из природных минералов, современная продукция производится почти исключительно с синтетическими материалами. Связующий материал содержит абразивные частицы на месте и позволяет открытое пространство между ними. Производители шлифовальных кругов назначают твердость к колесу, которое не следует путать с твердостью абразивного зерна. Крепления, которые позволяют абразивным зернам к разрушению, легко классифицируются как почва связей. Крепления, которые ограничивают разрыв зерен и позволяют колесу выдерживать большие силы, классифицируются как жесткие связи. Как правило, почвы колесами легко резать, производят бедные отделки поверхности, и имеют короткий срок полезного использования. С другой стороны, труднее колеса и более тонкие отделки поверхности, но сократить менее и производить больше тепла во время шлифования.
Связующий матрицу, в которой абразивные зерна закреплены, может включать в себя различные органические материалы, такие как резина, шеллак или смола; неорганические материалы, такие как глина также используются. Неорганические крепления со стеклянной, например, или стекловидной структуры используются на инструменте, шлифовальные круги для мясорубки, в то время как связи смолы используются в кирпичной кладке или стали отрезные круги. Как правило, керамические крепления используются со средней дисперсности зерна в размерах колес, необходимы для точной работы. Смоляные крепления используются, как правило, с крупными зернами и для удаления тяжелых металлов операций, таких как литейное производство.
В дополнение к их абразивам и связующих материалов, шлифовальные круги, часто содержат дополнительные ингредиенты, которые производят поры внутри колеса или химически при помощи конкретного абразивного используется для измельчения специального материала.
Одним из важных аспектов шлифовального круга, который может быть создан или изменен в результате добавок пористость, что также способствует к режущей характеристике шлифовального круга. Пористость ссылается на открытых пространствах в пределах крепления, которые позволяют зал для небольших частиц металла и абразивов генерируются во время процесса измельчения. Пористость также обеспечивает пути, которые несут жидкости, используемые для контроля температуры, и улучшают режущие характеристики абразивных зерен. Без адекватной пористости и расстояния между абразивными зернами, колесо может загружаться с чипами, и переставать резать должным образом.
Различные продукты используются в качестве добавок для создания надлежащей пористости и интервала. В прошлом, опилки, измельченную скорлупу орехов, и кокс были использованы, но в настоящее время материалы, которые испаряются во время стадии обжига изготовления (например, воск) являются предпочтительными. Некоторые шлифовальные круги получают дополнительные материалы, которые служат в качестве средства для шлифования. К ним относятся соединения серы и хлора, которые ингибируют микроскопические сварки металлических частиц и в целом улучшают металлорежущие свойства.
Производство Процесс
Большинство шлифовальных кругов изготовлено холодным пресс-методом, в котором смесь компонентов прессуют в форме при комнатной температуре. Подробности способов значительно варьируются в зависимости от типа колеса и практика отдельных компаний. Для массового производства маленьких колес, многие части процесса автоматизированы.
Смешивание компонентов
1. Подготовка шлифовального круга, смесь начинается с выбора точного количества абразивов, связующие материалы и добавки в соответствии с определенной формулой. Связующее вещество, обычно на водной основе, смачивающий средство в случае керамических колеса, добавляют в слой абразивных зерен, это покрытие улучшает спайку зерна к связующему. Связующее также помогает шлифовальному кругу сохранять свою форму, пока связь не затвердевает. Некоторые производители просто смешивают все материалы в одном смесителе. Другие используют отдельные шаги, чтобы смешать зерна абразива со связующим. Производители колес часто тратят значительные усилия для разработки удовлетворительной смеси. Смесь должна быть сыпучим и распространять зерна равномерно по всей структуре шлифовального круга для обеспечения равномерного резания и минимальной вибрацией при вращении колеса во время использования. Это особенно важно для больших колес, которые могут быть как в несколько футов в диаметре, или для колес, которые имеют форму, отличную от знакомых плоского диска.
Формовка
2. Для наиболее распространенного типа колеса, кольцевой диск, заданное количество шлифовального круга смесь выливают в форму, состоящую из четырех частей: круговой штифт размером оправки отверстие готового колеса (его центральное отверстие); оболочки с 1-дюймовый (2,5-сантиметровый) стена, примерно в два раза выше, чем нужный шлифовальный круг, толстая и две плоские, круглые пластины диаметром и беседки размеры отверстия равные с колесом. Различные методы используются для распределения смеси равномерно. Как правило, прямые поворачивается края о центр беседки булавку, чтобы распределить смесь по всей форме.
3. Использование давления в диапазоне от 100 до 5000 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм) в течение 10 до 30 секунд, гидравлического пресса затем уплотнить смесь в окончательную форму шлифовального колеса. Некоторые производители используют датчик блока между двумя пластинами, чтобы ограничить их движение и создать равномерную толщину. Другие - штурвал толщины внимательно следят за консистенцией смеси и силой пресса.
4. После того как форма была удалена из пресса, колесо снимается с плесенью, колесо размещено на плоской жаропрочной носителя. Окончательное оформление, колесо может иметь место в настоящее время. Все работы на данном этапе должны быть сделаны очень тщательно, потому что колесо держится временно. Легкие колеса могут быть подняты рукой на данном этапе; более тяжелые могут быть сняты при помощи лебедки или тщательно на носителе, которые будут перевозиться в печь.
Обжиг
5. В целом, цели обжига плавятся крепления вокруг абразивов и преобразовывают его в форму, которая будет противостоять теплу и растворителям, возникших в ходе шлифования. Широкий ассортимент печей и печей используются, чтобы уволить шлифовальные круги, и температура сильно зависит от типа крепления. Колеса с креплением обычно обжигают при температуре от 300 до 400 градусов по Фаренгейту (149 до 204 градусов по Цельсию), и колеса с керамическим креплением - от 1700 до 2300 градусов по Фаренгейту (927 до 1260 градусов по Цельсию).
Обработка
6. После обжига колеса перемещаются в отделку области, где беседка отверстия рассверлена или приведена к указанному размеру и окружности колеса, производится концентрически с центром. Шаги могут быть необходимы для правильной толщины или параллельности сторон колеса, или для создания специальных контуров на боковой или окружности колеса. Производители также балансируют большие колеса, чтобы уменьшить вибрацию, которая будет создана, когда пользователь вращает колесико на шлифовальном станке. Как только колеса получили этикетки и другие данные, они готовы к отправке потребителю.
Контроль качества
Там нет четких стандартов работы для шлифовальных кругов. За исключением тех, которые содержат дорогие абразивы, такие как алмазы, шлифовальные круги являются расходным материалом, и нормы расхода значительно варьируются в зависимости от применения. Тем не менее, ряд отечественных и мировых стандартов принимаются добровольно, производителями.
Торговые организации, которые представляют некоторые производители в условиях жесткой конкуренции на рынке США, разработали стандарты, охватывающие такие вопросы, как определение размеров абразивных зерен, маркировка абразивных изделий, а также безопасное использование шлифовальных кругов.
Степень, в которой шлифовальный круг, качество проверяется, зависит от размера, стоимости и возможного использования колес. Как правило, производители колес следят за качеством поступающего сырья и их производственных процессов с целью обеспечения однородности продукции. Особое внимание уделяется на колеса больше, чем шесть дюймов в диаметре, потому что у них есть потенциал, что опасно для персонала и оборудования, если они нарушают во время использования.
Каждое большое керамическое колесо исследуется для определения прочности и целостности связей системы, а также однородность зерна через каждое колесо. Акустические испытания, мера жесткости колеса, жесткость тестов обеспечения правильной твердости креплений; тесты и спин обеспечения достаточной прочности.
Будущее
Изменения в производственной практике будет определять спрос на различные виды колес в будущем. Например, тенденции в металлургической отрасли в направлении непрерывного литья, как способ производства стали привело к значительному сокращению использования, что отрасли некоторых типов шлифовальных кругов. Толчок для большей производительности производителями отвечает за прогнозы рынка, показывает переход от колеса из традиционного оксида алюминия абразива до колеса из новой формы синтетической абразивы, такие как семенной гель оксида алюминия и кубического нитрида бора.
Кроме того, использование современных материалов, таких как керамика и композиты увеличит требования для новых типов шлифовальных кругов. Переход к новым абразивным минералов, однако, в настоящее время затруднено тем, что много оборудования и много промышленных процедур по-прежнему не в состоянии эффективно использовать новые (и более дорогой продукции). Несмотря на тенденции, традиционные абразивы, по прогнозам, продолжают служить множество применений.
Тем не менее, конкуренция со стороны несколько альтернативных технологий, вероятно, будет расти. Достижения в области режущего инструмента из поликристаллических материалов суперабразивно-мелкозернистых кристаллических материалов из алмаза или кубического нитрида бора, сделает такие инструменты жизнеспособным вариантом для формирования твердых материалов. Кроме того, прогресс в области химического осаждения алмазных пленок повлияет на необходимость абразивы на повышение срока службы режущего инструмента и расширение их возможностей.