Inimkond on abrasiividest teadnud aastatuhandeid. Inimesed kasutasid kive ja liiva nugade, odade ja nooleotste ning kalakonksude vormimiseks ja teritamiseks. Esimeseks abrasiiviks oli liivakivi, milles toimeaine rolli täitsid väikseimad kvartsi terakesed. Kuni metallitöötlemismeetodite avastamiseni võimaldas see abrasiivne materjal kogu inimkonna arengut, sest sellest ajast peale polnud inimestel lihts alt muid võimalusi tööriistade ja relvade valmistamiseks.
Mis see on füüsilisest vaatepunktist
Tavaliselt on abrasiivid väga kõvad mineraalid, mis asuvad Mohsi kõvadusskaala ülemises otsas – kvartsist teemandini. Kuid isegi pehmed materjalid võivad seda funktsiooni täita. Käsnasid, söögisoodat ja puuviljakaevu võib õigustatult nimetada abrasiivideks. Me kohtame neid iga päev ja nende tähtsus inimese igapäevaelus on suur.
Millistes protsessides saab neid kasutada?
Abrasiivset materjali nimetatakse sageli nii mitte selle füüsikaliste omaduste, vaid kasutusomaduste tõttu. Selliseid protsesse on mitut tüüpi. Eelkõige saab liivapritsi masinas kasutada kõige rohkem materjale, millel tavatingimustes ei ole väljendunud abrasiivseid omadusi. See seade kasutab võimsat õhu- või veevoolu, milles mõnede ainete väikesed osakesed liiguvad suure kiirusega. Mõnel juhul kasutatakse abrasiivset võrku, mis täidab hakkimisfiltri rolli.
Liivapritsmasinaid kasutatakse osade ja valmistoodete poleerimiseks ja viimistlemiseks. Sel juhul võib võtta praktiliselt mis tahes abrasiivset materjali: alates pähklite ja puuviljakultuuride seemnete kestadest, molluskite kestadest ja muust orgaanilisest ainest kuni väikseimate terase-, räbu-, klaasi- või isegi söögisoodatükkideni.
Põhikomponendid
Kvartsliiv on kõige populaarsem abrasiiv sildade ja muude teraskonstruktsioonide liivapritsipuhastamiseks. Sel juhul toimub väga tõhus rooste eemaldamine, mis suurendab oluliselt insenerkonstruktsioonide vastupidavust. See protsess nõuab suure tihedusega abrasiive. Reeglina hõlmab metallkonstruktsioonide puhastamine suruõhu kasutamist. See toimib osakeste kiirendajana ja sellel ei ole täiendavat söövitavat toimet.
Mõnel juhul võib siiski kasutada ka vett. Eriti betooni puhastamiselstruktuurid. Peaaegu kõik rannikuvööndis ehitatud ehitised vajavad seda perioodiliselt. Fakt on see, et nende pinnale kasvab aja jooksul paks kiht soola ja muid agressiivseid ühendeid. Värske vesi, millele on eelnev alt lisatud sobivat materjali (abrasiiv), mitte ainult ei eemalda neid betoonist, vaid tekitab ka "magestuse". Jällegi pikendab see toiming oluliselt hoonete eluiga.
Valmistoodete poleerimine
Polimine on kõige olulisem protsess, mille käigus abrasiivide järele on suur nõudlus. Reeglina kasutatakse valmistoodete või osade täiustamiseks spetsiaalseid pastasid või pehmeid kettaid, aga ka sünteetilistel vaikudel põhinevaid ühendeid. Isegi lihtne abrasiivne käsn on nõutud. Tänapäeval on kõige sagedamini kasutatavad ühendid tseeriumoksiid, teemant, kvarts, raudoksiid ja kroomoksiid.
Novakuliit (tihe ränikivi) on ka hea tooraine poleerimismaterjalide tootmiseks. Tseeriumoksiid on kõige levinum mineraal, mida kasutatakse klaasi poleerimiseks. See ühend ei kriibi seda, vaid annab erilise sileduse ja läike. Viimastel aastatel on selleks aga sagedamini hakatud kasutama ränikarbiidi ja sünteetilisi teemante. Nende põhjal toodetakse eriti kallis ja tõhus abrasiivlint. See sobib väga hästi eriti "kapriissete" materjalide töötlemiseks.
Magnetväljade kasutamine
Viimastel aastatel on tööstuses üha sagedamini hakatud kasutama abrasiivset teritamist. See ei kasuta vett.rõhu all ja mitte suruõhu all: abrasiivide väikseimad osakesed hõljuvad võimsas magnetväljas, mis moodustab "lihvketta". Seda meetodit kasutatakse täppistehnikas, kuna seda saab kasutada nende osade poleerimiseks või teritamiseks, mille töötlemine on tavaliselt liiga kallis ja/või aeganõudev. Abrasiivina kasutatakse kõige sagedamini alumiiniumiühendeid nende metallidega, millel on see omadus.
Magnetorheoloogilised poleerimismeetodid
Reoloogilise poleerimismeetodi puhul ei kasutata "füüsilist" abrasiivset tööriista üldse. Materjalid segunevad vedelikega, mille paksuses nad liiguvad elektriväljade mõjul. See meetod on väga sarnane ülalkirjeldatule ja seda kasutatakse ka teatud osade puhul täppisehituses ja sarnastes tööstusharudes.
Üldiselt kasutatakse viimastel aastatel tootmises üha enam vedelike või sünteetiliste vaikudega eelnev alt segatud abrasiive. Hea näide on kroomoksiidil põhinev GOI niisutatud abrasiivpasta. See on tuntud juba pikka aega, kuid alles viimastel aastatel on see pälvinud erilist tähelepanu. Põhjus on lihtne – selle ühendi madal hind ja kõrge poleerimise efektiivsus. Lisaks mõjub abrasiivpasta töödeldud materjalile õrn alt, ilma seda kriimustamata või kahjustamata.
Abrasiivkettad nurklihvijatele ("lihvijad")
Neid ei kasutata mitte ainult poleerimiseks. Abrasiivid võivad lõigata ka eriti kõvasid materjale. Selleks kasutage alumiiniumoksiidi ja fenooli baasil valmistatud õhukesi lihvkettaidkohad. Harvadel juhtudel kasutatakse metallist abrasiivset ketast. Sellised tööriistad on asendamatud eelkõige marmori kaevandamisel karjäärides. Fakt on see, et see mineraal on väga tihe, tavaliste saagidega on seda raske lõigata.
Nagu me juba ütlesime, kasutatakse saagimisel alumiiniumoksiidi, ränikarbiidi, tehisteemante ja boorkarbiidi. Nendest saab valmistada abrasiivset ketast, samuti kasutatakse neid spetsiaalsete saagide moodustamiseks eriti vastupidavate materjalide jaoks.
Peamised tööstuses kasutatavad tööriistad
Seega on need ühendid vajalikud materjalide teritamiseks, poleerimiseks ja lõikamiseks. Kaasaegne tööstus kasutab kõige sagedamini kunstliku päritoluga abrasiivset tööriista. Selle põhjuseks on sünteetika suhteliselt madal hind. Loodusliku päritoluga ühendid on palju kallimad. Nende hulka kuuluvad alumiiniumoksiid, mida oleme korduv alt maininud, aga ka ränikarbiid, tsirkooniumdioksiid ja nn superabrasiivid (teemant või boornitriid).
Erandid on haruldased ja neid esindab peamiselt korund. See on väga kallis ja selle kasutamine tootmises on üsna piiratud. Veelgi harvematel juhtudel kasutatakse naturaalseid teemante, mis ei sobi lõikamiseks oma üliväikse suuruse või struktuurivigade tõttu.
Tööstuslike abrasiivide areng
Lihvketaste tööstuslike abrasiivide ajalugu sai alguse looduslikest mineraalidest – kvartsist ja ränist, aga ka korundist. Just viimane, muide, sai esmakordselt nime "smirgel". See oli esimene baarabrasiivne. Looduslike mineraalide tagasilükkamine algas 20. sajandi esimesel poolel ja lõppes peaaegu täielikult selle lõpuks. Ja siin polnud mõtet ainult looduslike materjalide kõrges hinnas. Fakt on see, et neil kõigil on rangelt määratletud omadused, mida ei saa kuidagi muuta. Teatud tingimustel loodud sünteetilised abrasiivid võivad olla täiesti erinevad ja sobida paremini mõne ebatüüpilise ülesande lahendamiseks.
Näiteks saab uute tehnoloogiate abil luua kiipi meenutava osakese kujuga ühendi. See materjal sobib ideaalselt poleerimisrataste pinnale kandmiseks. Lisaks saab näiteks titaanoksiidi alumiiniumühenditega kombineerides luua täiesti uusi materjale. Need abrasiivid sobivad ideaalselt eriti kõvadele pindadele.
Millal toimus "abrasiivne läbimurre" tööstuses?
Kaasaegset abrasiivide tootmist, sealhulgas lihvketaste ja smirgelnahkade tootmist, on raske kirjeldada kaubamärkide ja patentide hulga tõttu, mis paljudel juhtudel kirjeldavad sama toodet. Lahendus sellistele kokkupõrgetele on lihtne – keemilise koostise väikseimate erinevuste tõttu saate registreerida uue kaubamärgi. Kuid mis on sünteetiliste abrasiivide aluseks ja millal sai tööstus võimaluse neid massiliselt kasutada?
Tõeliselt märkimisväärne sündmus oli ränikarbiidi – mineraali, mida looduses ei leidu – avastamine. Sünteetilise alumiiniumoksiidi loomine 1890. aastatel innustas ainult selle valdkonna uurimistöö algust. 1920. aastate lõpuksPeamised tööstuslikud abrasiivid olid sünteetiline alumiiniumoksiid, ränikarbiid, granaat ja korund.
Kuid tõeline läbimurre saabus 1938. aastal. Just siis sai võimalikuks saada keemiliselt puhast alumiiniumoksiidi, mis leidis masinaehituses kohe kõige laiemat rakendust. Peagi sai selgeks, et tsirkooniumi ja alumiiniumoksiidi segu sobib ideaalselt nõudlikeks lõiketöödeks eriti kõvade metallide puhul. See on tõeliselt ainulaadne abrasiivne pulber: see säilitab kõrge jõudluse, kuid on suhteliselt odav. Tänapäeval hoiab peopesa kinni sünteetiline alumiiniumoksiid, mis on säilitanud boksiidi tooraine algse mikrokristallilise struktuuri. Eelkõige loodi sel viisil ainulaadne Cubitron™, aga ka keraamilised abrasiivid kaubamärgi SolGel™ all.
Tüdrukute parimate sõprade kohta
Looduslik teemant on vanim abrasiivkivi. See sai populaarseks 1930. aastal. Sellel oli kaks põhjust. Esiteks, kuni selle aastani oli teemantide kaevandamise maht lihts alt tühine ega suutnud füüsiliselt katta tööstuse kasvavaid vajadusi. Teiseks hakkasid paljud riigid eelseisva sõja terava tunde tõttu kiiresti otsima võimalusi volframkarbiidi töötlemiseks masinate abil. Seda ainet kasutatakse endiselt soomust läbistavate mürskude südamike tootmisel.
Probleemiks oli selle materjali ebareaalne kõvadus, mida abrasiivne töötlemine lihts alt ei võtnud. General Electric Company poolt 1960. aastatel läbi viidud uuringviis sünteetiliste teemantide väljatöötamiseni. Lõppkokkuvõttes viivad selle valdkonna uuringud kuubiku boornitriidi (CBN) avastamiseni. Seda teemantkõva segu kasutatakse laialdaselt muude abrasiivide valmistamisel, kuna see võib kõva terase sõna otseses mõttes tolmuks lihvida.
Muidugi on kõigil neil abrasiivsetel ainetel lisaks kõikidele nende suurepärastele omadustele üks suur puudus – hind. Hiljutine erand on Abral abrasiiv, mille on sünteesinud Euroopa kontsern Pechiney. See ettevõte on välja töötanud omamoodi "teemantide aseaine", mis ei jää neile kõvaduse poolest alla, kuid võidab oluliselt oma hinda.
Kuid tööstust edasi ei viinud ainult abrasiivid ise. Suur tähtsus oli nende rakendamisel kasutatud materjalidel. Eelkõige sai bakeliidi loomisel võimalikuks toota kergemaid, kuid vastupidavamaid lihvkettaid. Need lihvisid ühtlasem alt ja abrasiivid jaotusid paremini nende sisemises mahus. Selle tulemuseks oli oluliselt parem materjalikäsitsus.
Liivapaber
Smirgelnahad kasutavad alusena tehis- ja looduslikke kangaid, kilesid ja isegi tavalist paberit, mis on tugevdatud kootud kiududega. Mõnel juhul saadakse "liivapaber" kangast impregneerimisel fenoolvaikude või vee baasil põhineva lahusega (loomulikult abrasiivide lisamisega). Samuti võib hankida abrasiivse käsna. Sellised vahendid on lai alt tuntud peaaegu kõigile, me kohtame neid pidev alt jaiga päev.
Oleme kirjeldanud nende materjalide paljusid rakendusi. Kuid tõsiasi on see, et keskmine keskmine inimene ei kohta enamikku neist oma elus üldse. Nii et paljud teavad lihvkividest, viilukividest või sellestsamast liivapaberist, keegi kasutas abrasiivset võrku. Kuid vähesed teavad konkreetseid aineid, mida kasutavad näiteks ülikõvast terasest valmistatud laagrite või kvaliteetsete nugade tootjad. Viimaseid, muide, on kodus peaaegu võimatu teritada. Nende "teritajad" vajavad väga erilist.
Millised rakendused sobivad selle või teise abrasiivi jaoks?
Spetsiifiliste vajaduste jaoks on vaja superabrasiive, mida oleme juba eespool põgus alt maininud. Neid pakutakse ka smirgelnahkade, abrasiivsete pintslite, ketaste ja ringidena. Niisiis kasutavad tootjad standardse terase klassi nugade tootmisel alumiiniumoksiidi ja ränikarbiidi. Masstootmine seevastu eeldab enamasti laialdasemat liivapritsimasinate kasutamist: roostevaba teras, kuullaagrid ja eriti kõva puidu masstöötlemine. Enamasti jäävad töösturid siiski truuks "vanale heale" alumiiniumoksiidile. See abrasiivne pulber on odav, kuid väga tõhus.
Lõpuks ometi
Abrasiivid mängivad otseselt või kaudselt rolli peaaegu kõige valmistamisel, millega inimesed igapäevaselt kokku puutuvad. Eelkõige ilma nendeta on võimatu luua anodeeritud alumiiniumist korpuseid, misnii populaarne "õunatoodete" fännide seas. Ärge unustage, et lihtne abrasiivkivi "veski" või isegi tavaline liivapaber on paljude põlvkondade teadlaste ja käsitööliste tegevuse vili, kes on aastate jooksul kogunud ja süstematiseerinud oma teadmisi.
Ettevõtted, mis toodavad erinevat tüüpi abrasiive, lihvkettaid ja smirgelnahka, kasutavad teoreetilisi teadmisi, mis on olemas paljudes seotud tööstusharudes. Nad juhinduvad keraamika uurimisel saadud andmetest, praktiseerivad laialdaselt rakenduskeemiat, füüsikat ja metallurgiat. Abrasiivid on alati kasulikud, need on paljude ettevõtete kaasaegse tootmistsükli põhiomadused.
