Abrasivos y procesamiento de abrasivos

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Los materiales abrasivos ( francés  abrasif  - molienda, del latín  abradere  - raspar) son materiales con una dureza elevada y se utilizan para el tratamiento superficial de diversos materiales: metales, materiales cerámicos, rocas, minerales, vidrio, cuero, caucho y otros [1 ] . De acuerdo con GOST 21445-84, un material abrasivo es un material natural o artificial capaz de procesamiento abrasivo.

Los materiales abrasivos se utilizan en los procesos de esmerilado , pulido , rectificado , superacabado , materiales de corte, y se utilizan ampliamente en la producción de piezas en blanco y el acabado de diversos materiales metálicos y no metálicos.

Durante mucho tiempo se han utilizado materiales abrasivos naturales (esmeril, piedra pómez, corindón, diamante, cuarzo), desde finales del siglo XIX se han utilizado materiales artificiales (electrocorindón, carburo de silicio, carburo de boro, monocorindón, diamante sintético, y otros) [1] .

La dureza (MN/m²) se determina presionando una pirámide de diamante en la superficie del material que se está probando (por ejemplo, para cuarzo 11000-11300, electrocorindón 18000-24000, diamante 84250-100000). La capacidad abrasiva se caracteriza por la masa del material eliminado durante la molienda en el siguiente orden: diamante, nitruro de boro, carburo de silicio, monocorindón, electrocorindón, esmeril, pedernal. Las herramientas abrasivas rígidas y flexibles están fabricadas con materiales abrasivos, que son muy utilizados en todas las ramas de la ingeniería, especialmente en la fabricación de rodamientos [1] .

Tipos de procesamiento abrasivo

Existen los siguientes tipos de procesamiento abrasivo:

• rectificado redondo : procesamiento de superficies cilíndricas y cónicas de ejes y agujeros;
• rectificado plano: procesamiento de planos y superficies planas de acoplamiento;
• rectificado sin centros: procesamiento en la producción a gran escala de superficies externas e internas (ejes, jaulas de cojinetes , etc.);
• rectificado de banda sin centro - superficies externas, incluidos perfiles complejos;
• rectificado de cinta de perfiles complejos, por ejemplo, rectificado de álabes de turbina ;
• corte y corte de espacios en blanco: adquisición y producción de ensamblaje, desmantelamiento de estructuras;
• lapeado  - lapeado abrasivo de superficies (por ejemplo, una silla de montar y una aguja de boquilla diesel );
• procesamiento hidroabrasivo  - chorro y volteo (fundiciones, forjas, herrajes , etc.);
• procesamiento ultrasónico  : perforación de orificios en aleaciones duras, eliminación de herramientas rotas, fabricación de troqueles;
• procesamiento abrasivo magnético  - procesamiento con polvo abrasivo magnético en un campo magnético;
• bruñido  - procesamiento de agujeros (cilindros de motores, bombas, etc.);
• pulido  : dar a la superficie una pequeña rugosidad y un acabado de espejo;
• el superacabado  es la entrega final a perfiles externos, internos y complejos de la más alta precisión y limpieza superficial, incluido el superacabado de diamante (mecanismos de precisión, herramientas, partes de dispositivos muy precisos, herramientas, armas, etc.).

Herramientas abrasivas

Los materiales abrasivos para uso en la industria deben fijarse o fabricarse estructuralmente en forma de diversas herramientas y composiciones.

Los principales tipos de herramientas y composiciones abrasivas:

• Ruedas de corte: varios diámetros (hasta 3500 mm), ancho, alto y formas (perfiles) de la capa de trabajo (abrasiva) y métodos de fijación en el cuerpo de la rueda.
• Muelas abrasivas: diversos materiales abrasivos en forma de círculos, discos, conos de diferentes perfiles y diámetros.
• Piedras: abrasivas y metal-abrasivas en diferentes tamaños y perfiles para bruñir, lapear, superterminar.
• Cinta: cinta de tejido sintético o vegetal de diferentes anchos con granos abrasivos pegados en una o dos caras.
• Papel de lija : material abrasivo aplicado a una base de tela o papel.
• Pastas : abrasivos abrasivos para lapear y pulir distribuidos uniformemente en el aglutinante (parafina, ceresina, ácido oleico, estearina, aceites, queroseno, etc.).
• Grano suelto: grano abrasivo seco para chorro de agua, ultrasonidos y arenado.
• Lana de acero : una herramienta abrasiva para moler y pulir.
• Cuerpos giratorios : una herramienta abrasiva en forma de productos geométricos (cilindro, prisma, cono, cubo, etc.) diseñada para girar .

Abrasivos

Los materiales abrasivos se clasifican por dureza ( superduro , duro, blando), y composición química, y por el tamaño del grano de molienda (grande o grueso, medio, fino, extrafino), el tamaño del grano se mide en micrómetros o mallas .

Grano abrasivo - Una partícula de material abrasivo en forma de un solo cristal, policristal o sus fragmentos. [3]

La idoneidad de los materiales abrasivos depende de las propiedades físicas y cristalográficas ; de particular importancia es su capacidad para romperse en partículas de ángulo agudo por abrasión. El diamante tiene la propiedad más alta. La elección del material abrasivo depende de las propiedades físicas del material procesado y procesado, así como de la etapa de procesamiento (desbastado, esmerilado y pulido ), y la dureza del material abrasivo debe ser mayor que la dureza del procesado. material (a excepción del diamante, que se procesa con diamante).

Los materiales abrasivos se caracterizan por su dureza , fragilidad , capacidad abrasiva , resistencia mecánica y química .

• La dureza es la capacidad de un material para resistir la presión de otro material. La dureza (MN/m²) se determina presionando una pirámide de diamante en la superficie del material que se está probando (por ejemplo, para cuarzo 11000-11300, electrocorindón 18000-24000, diamante 84250-100000).

• La capacidad abrasiva se caracteriza por la cantidad de material triturado por unidad de tiempo.

• Resistencia mecánica: la capacidad de un material abrasivo para soportar cargas mecánicas sin romperse durante el corte, esmerilado y pulido. Se caracteriza por la resistencia a la compresión, que se determina por la trituración del grano del material abrasivo, fijando la carga en el momento de su destrucción. La resistencia a la tracción de los materiales abrasivos disminuye con el aumento de la temperatura.

• Resistencia química - la capacidad de los materiales abrasivos de no cambiar sus propiedades mecánicas, estando en interacción con soluciones de álcalis , ácidos , así como en agua y solventes orgánicos.

Los materiales abrasivos utilizados para el esmerilado y pulido mecánico de materiales semiconductores difieren en el tamaño (finura) de los granos con los números 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25,20, 16, 10, 8, 6, 5, 4, 3, M40, M28, M20, M14, M10, M7 y M5 y se dividen en cuatro grupos:

• moler grano (del No. 200 al 15),
• polvo de lijar (del nº 12 al 3),
• polvo de micromolienda (de M63 a M14),
• micropolvos finos (de M10 a M5).

La clasificación de los materiales abrasivos según los números de granularidad se lleva a cabo por dispersión en tamices especiales, cuyo número caracteriza el tamaño del grano. El número de grano de los materiales abrasivos se caracteriza por una fracción: limitante, gruesa, básica, compleja y fina. El porcentaje de la fracción principal se denota por los índices B, P, N y D.

Actualmente, los materiales abrasivos se extraen y producen sintéticamente, y los nuevos materiales sintéticos suelen ser más efectivos que los naturales. A continuación se encuentran listas de materiales abrasivos conocidos.

Abrasivos naturales

• Diamante : forma alotrópica cúbica similar al diamante del carbono elemental, extraído en roca madre ( tuberías de kimberlita ) y depósitos aluviales. El material más valioso en términos de sus propiedades abrasivas. Su variedad negra es considerada la mejor - carbonado (carbonato), extraído en Brasil y en la isla de Borneo . El segundo lugar lo ocupa una cuenta  , una variedad de diamante radialmente radiante. En el mercado, bajo el nombre de la junta, se venden todos los diamantes no aptos para el corte. Del total, 20% carbonado, 20% perla real, el resto es polvo de diamante y fragmentos. Se utiliza en el procesamiento de piedra dura, así como para moler y pulir el propio diamante.
• Granada : Mineral natural, consta de: R 2+ 3 R 3+ 2 [SiO 4 ] 3 , donde R 2+  es Mg, Fe, Mn, Ca; R 3+  - Al, Fe, Cr.
• Tierra de diatomeas : Roca sedimentaria compuesta predominantemente por restos de diatomeas . Químicamente , la tierra de diatomeas es 96% sílice hidratada ( ópalo ). Se utiliza como polvo fino para pulir piedra y metal.
• Cuarzo : sílice cristalina, uno de los abrasivos más baratos disponibles. Cuando está seca, provoca silicosis . Úselo solo junto con el suministro de agua. El cuarzo y el pedernal con una fractura concoidea, cuando se dividen, dan partículas de ángulo agudo. Se utilizan en polvo para el procesamiento de piedras blandas ( mármol ), en máquinas de chorro de arena para el procesamiento de metales, para la limpieza de piedras en la industria de la construcción y para la fabricación de pieles abrasivas. Los nódulos de pedernal se utilizaron para fabricar bolas para molinos de bolas.
• Corindón : La alúmina cristalina, al igual que el zafiro , se extrae en placeres y, a veces, en minerales. El mineral de corindón extraído se tritura, enriquece y clasifica por tamaño de grano. Se utiliza en polvo y para la fabricación de círculos artificiales, barras y pieles a partir de él.
• Piedra de hierro roja : un mineral de hierro muy difundido Fe 2 O 3 . En variedades especialmente puras, se utiliza para pulir hierro y vidrio.
• Tiza : Carbonato de calcio , para abrasivos finos (lapeado, pulido ).
• Esmeril : Mineral natural, compuesto por: corindón y magnetita - óxido de hierro magnético negro Fe 3 O 4
• Piedra pómez : vidrio volcánico burbujeante. Adecuado para moler piedra pómez con placas de vidrio delgadas que forman tabiques entre las celdas. La mejor piedra pómez es la de la isla de Lipari , cerca de Sicilia . Se utiliza para moler madera, piedras blandas y metales.
• Feldespato : Un grupo de minerales formadores de rocas de la clase de los silicatos . La mayoría de los feldespatos son representantes de soluciones sólidas del sistema ternario de la serie isomórfica K[AlSi 3 O 8 ] - Na[AlSi 3 O 8 ] - Ca[Al 2 Si 2 O 8 ], cuyos miembros finales, respectivamente, son albita (Ab), ortoclasa (Or), anortita (An). En forma molida, pegada sobre un lienzo o papel, se utiliza en los casos en que se requiere un material de molienda suave.
• Tripol : roca sedimentaria de ópalo finamente porosa, suelta o débilmente cementada . Se utiliza como polvo fino para pulir piedra y metal.

Abrasivos sintéticos

A continuación se muestra una lista de materiales abrasivos fijados en GOST 21445-84. Es costumbre referirse a materiales abrasivos solo a aquellos materiales que cumplen con GOST. Hay un término estandarizado para cada concepto. Se prohíbe el uso de términos sinónimos para el término estandarizado. [3]

• El diamante sintético es un diamante hecho artificialmente. Síntesis a alta presión, procesamiento de aleaciones duras, piedra, vidrio, metales no ferrosos.
• Nitruro de boro cúbico borazona (En Rusia, el nitruro de boro cúbico se conoce como elbor ): Síntesis a alta presión, utilizada al rectificar piezas de varios aceros y aleaciones.
• Carburo de boro (B 4 C): compuesto refractario, solo superado por el diamante en dureza. Se utiliza para procesar aleaciones duras, vidrio, metales ferrosos.
• Carburo de silicio (SiC) o Carborundo : Un compuesto químico de silicio con carbono. Obtenido por primera vez en un horno eléctrico en 1891. Americano es considerado el mejor - Carborundum C °, Norton; El alemán es peor debido a las impurezas. Cuanto menor sea el tamaño de sus granos, mayor será su fuerza. Se utiliza en polvo para la fabricación de ruedas y revestimientos artificiales para el procesamiento de aleaciones duras, metales no ferrosos y titanio.
• Electrocorindón (Al 2 O 3 ): óxido de aluminio cristalino. Se utiliza en el procesamiento de metales ferrosos, ocasionalmente piedra y vidrio.

• Electrocorindón normal - Electrocorindón hecho de bauxita.

• Electrocorindón blanco - Electrocorindón hecho de alúmina.

• Monocorindón - Electrocorindón en forma de monocristales, hechos de materias primas que contienen alúmina y azufre por descomposición de escoria de oxisulfuro.
• Electrocorindón de circonio - Electrocorindón, hecho de materias primas que contienen alúmina y circonio, caracterizado por la estructura eutéctica del corindón-badeleyita.
• Electrocorindón aleado - Electrocorindón hecho de materias primas que contienen alúmina con la adición de elementos de aleación que forman una solución sólida con corindón.
• Abrasivo revestido: material abrasivo en el que la superficie de los granos abrasivos está revestida con una capa de otro material. Dependiendo del material de recubrimiento, se hace una distinción entre abrasivos con recubrimiento metálico y abrasivos con recubrimiento no metálico.

Se están desarrollando nuevos materiales abrasivos prometedores:

• Nitruro de carbono C 3 N 4
• Aleación de carburo de titanio (TiC) y carburo de escandio (Sc 4 C 3 )

Por separado, es necesario resaltar el método de procesamiento magnético-abrasivo y los materiales para su implementación. La esencia del método radica en el uso de materiales con altas propiedades abrasivas y magnéticas, lo que permite el llamado procesamiento suave y pulido a un nivel superior.

Literatura

• Kremen Z.I., Yuriev V.G., Baboshkin A.F. Tecnología de rectificado en ingeniería mecánica.
• Elbor en ingeniería mecánica / Ed. V. S. Lisanov. - L. : Mashinostroenie, 1978.
• Chorreado: una guía para el chorreado abrasivo de alta eficiencia / Kozlov D. Yu. - Ekaterimburgo: Origami ID LLC, 2007. - 216 p. - 1000 copias.  - ISBN 978-5-9901098-1-0 .
• Enciclopedia Técnica / Cap. edición Martens LK - Moscú: Diccionarios electrónicos y tradicionales, 2005. - ISBN 5-86460-132-2 .
• Directrices para la formación de inspectores para el control de calidad visual y de medición de los trabajos de pintura / Cap. edición Pirogov V. D .. - Ekaterimburgo: LLC Publishing House "Origami", 2009. - 202 p. - ISBN 978-5-9901098-1-5 .
• GOST R 52381-2005 (ISO 8486-1:1996, ISO 6344-2:1998, ISO 9138:1993, ISO 9284:1992) Materiales abrasivos. Tamaño de grano y composición de grano de polvos de molienda. Control de granos.
• GOST 21445-84 (ST SEV 4403-83) Herramientas y materiales abrasivos. Términos y definiciones.

Notas

1. ↑ 1 2 3 Materiales abrasivos // Kazajstán. Enciclopedia Nacional . - Almaty: Enciclopedias kazajas , 2004. - T. I. - ISBN 9965-9389-9-7 .  (Ruso) (CC POR SA 3.0)
2. ↑ Federación de Productores Europeos de Abrasivos. Federación de Fabricantes Europeos de Abrasivos.
3. ↑ 1 2 GOST 21445-84 (ST SEV 4403-83) Herramientas y materiales abrasivos. Términos y definiciones.

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