4. ШЛИФОВКА И ПОЛИРОВКА ОБРАЗЦА

4.1. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Подготовку поверхности, шлифование и полирование образцов ведут с помощью абразивных материалов и инструментов. Абразивные материалы представляют собой измельченные породы: природные (алмаз, корунд, наждак, гранат, кварц, кремень, крокус-оксид железа и др.) и искусственные (синтетический алмаз, нитрид бора, электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, оксид алюминия).

Для шлифования, как правило, используются синтетические абразивные материалы. Твердость некоторых абразивных материалов приведена в табл. 4.1 [1].

Электрокорунд в зависимости от содержания Al2O3 или специальной добавки других оксидов металлов имеет несколько наименований: нормальный, белый и легированный.

Нормальный корунд содержит 92-97 % Al2O3, он твердый, прочный и особенно широко применяется для обработки резанием вязких материалов. Белый электрокорунд состоит из чистого глинозема, он тверже нормального корунда, но более хрупкий. Благодаря хорошей расщепляемости белый электрокорунд обладает эффектом самозатачивания и позволяет с успехом обрабатывать вязкие и твердые материалы. Путем легирования белого

19

электрокорунда 2 % Cr2O3 или 44,6 % ZrO2 (эвтектический состав) получают высокопрочный рубиново-красный электрокорунд высшего качества и циркониевый электрокорунд.

Карбид кремния тверже и хрупче электрокорунда. Он образует частички с острыми кромками, обладающими высокой режущей способностью, хорошо пригодные для обработки хрупких и твердых, а также вязких и мягких материалов. Карбид кремния подразделяется на два сорта, отличающиеся по цвету: черно-коричневый и зеленый [2].

Абразивный материал характеризуется номером зернистости, который связан с размером зерен основной фракции (табл. 4.2) и содержанием основной фракции (табл. 4.3) [9].

20

Взависимости от крупности зерна абразивные материалы делятся на шлиф-зерно, шлиф-порошки, микропорошки и тонкие порошки. К шлиф-зерну относятся абразивные материалы с номером зернистости от 200 до 16, к шлиф-порошкам – от 12 до 3, микропорошкам – с номера М63 до М14 и тонким микропорошкам – с M10 до М5.

Шлифование и полирование образцов ведется абразивным материалом (порошками, пастой) и абразивным инструментом (шлифовальные круги, бруски, шлифовальная бумага).

С помощью шлифовальных кругов не удается добиться качества поверхности, пригодного для последующего полирования. После чернового шлифования следует проводить многоступенчатое чистовое шлифование с помощью шлифовальной бумаги.

Взависимости от клеящего вещества и основы (тканевая или бумажная) шлифовальная бумага предназначается для сухого

шлифования или для шлифования с водяным, масляным или керосиновым охлаждением. Изготовляется шлифовальная бумага в рулонах и листах. При маркировке шлифовальной бумаги с помощью условных обозначений обязательно указываются формат, абразивный материал и его зернистость. Например, водостойка шлифовальная бумага шириной 230 мм и длиной 280 мм из зеленого карбида кремния марки 63С зернистостью М50-ВА класса А (класс показывает качество) обозначается: водостойкая 230x280 63С М50-ВА [10].

Широко распространена шлифовальная бумага польского производства шириной 230 мм и длиной 280 мм, которая имеет иную маркировку: Р40…Р1500. Цифра показывает количество абразивных частиц на мм2. Чем больше количество абразивных частиц на мм2, тем меньше зернистость шлифовальной бумаги.

При изготовлении образцов из твердых, хрупких материалов, композиционных материалов и т.д. применяют алмазные пасты или порошки. Алмаз в качестве абразива имеет по сравнению с другими абразивными материалами очень высокую стойкость к выкрашиванию. Скалывание зерна происходит лишь в

21

незначительной степени. Операция обработки образцов с помощью алмазных паст или порошков носит название доводки. В этом случае несвязанный абразив используется на соответствующей подложке (ватман, картон, шлифованные диски и т.д.) Инструмент в данном случае состоит из несущего элемента (подложки) и алмазного абразива.

Алмазные порошки в зависимости от размера зерен делят на следующие группы [11]:

–шлиф-порошки – размер зерен от 3000 до 40 мкм;

–микропорошки – размер зерен от 80 до 1 мкм;

–субмикропорошки – размер зерен от 1,0 до 0,1 мкм и мельче. Для доводки используются, как правило, микропорошки.

Алмазные микропорошки и субмикропорошки в зависимости от вида сырья, из которого они изготовлены, обозначаются:

AM – из природных алмазов; АСМ – из синтетических алмазов.

Алмазные микропорошки повышенной абразивной способности обозначаются:

АН – из природных алмазов. АСН – из синтетических алмазов.

К буквенному обозначению субмикропорошков добавляется цифровой индекс, обозначающий долю зерен крупной фракции в процентах. Зернистость алмазных микропорошков и субмикропорошков определяется размерами зерен основной фракции и обозначается дробью, числитель которой соответствует наибольшему, знаменатель – наименьшему размеру зерен основной фракции.

Пример условного обозначения микропорошка из синтетических алмазов АСМ зернистостью 7/5: микропорошок АСМ 7/5 ГОСТ 9206-80. Для субмикропорошка из синтетических алмазов (содержание крупной фракции до 5 %), зернистостью 0,5/0,1: субмикропорошок ACМ5 0,5/0,1 ГОСТ 9206-80.

22

Алмазные пасты изготавливаются из алмазного микропорошка, по ГОСТ 9206-80 и характеризуются:

−видом алмазного порошка (AM или АСМ);

−зернистостью (по ГОСТ 25593-83) [11а];

−массовой долей алмазного порошка в пасте;

−смываемостью;

−консистенцией.

Пасты изготавливаются с нормальной (Н), повышенной (П) и высокой (В) весовыми долями алмазов. Массовая доля алмазов в пасте, цвет пасты и этикетки представлены в табл. 4.4.

В зависимости от составляющих связующих компонентов пасты выпускаются нескольких типов. Типы паст и область их применения представлены в табл. 4.5 и 4.6 ГОСТ 25593-83.

По смываемости пасты делятся на пасты смываемые водой (В), органическими растворителями (О), водой и органическими растворителями (ВО). По консистенции – мазеобразные (М), твердые (Т), жидкие (Ж).

23

Пример условного обозначения пасты из алмазного порошка марки АСМ зернистостью 7/5 с нормальной массовой долей алмазов (Н), смываемых органическим растворителем (О), мазеобразной консистенции (М), типа (Г): паста алмазная АСМ 7/5 НОМГ ГОСТ 25593-83.

Для шлифования и полирования металлов и сплавов на их основе в качестве абразивного материала можно применять и специальные пасты на основе оксида железа, оксида хрома и диоксида олова.

Оксид железа (крокус) готовят окислением металлического железа или прокаливанием гидроксида железа. В отличие от природного крокуса, оксид железа может иметь высокую чистоту и любую степень дисперсности, что позволяет на его основе изготовлять высококачественные полировальные пасты.

24

Оксид хрома представляет собой тонкий порошок темно-зеленого (иногда почти черного) цвета. На его основе готовят универсальные полировальные пасты, к которым относится, в частности, широко используемая в промышленности паста ГОИ (Государственного оптического института).

Диоксид олова – беловато-серый порошок, чрезвычайно мелкие и равномерные зерна которого обладают невысокой твердостью, что определяет его применение для окончательной доводки поверхности полируемого образца.

В качестве искусственных полирующих материалов находят также применение оксиды циркония, цинка, магния, алюминия.

Для приготовления доводочных и полировальных паст используют различные композиции, в которые входят олеиновая и стеариновая кислоты, парафин, церезин, техническое и натуральное сало, канифоль, масло костяное и вазелиновое, скипидар и т.д. Связку для паст выбирают в зависимости от ее назначения: она состоит из активных добавок (олеиновой и стеариновой кислот) и жировой основы. Олеиновая и стеариновая кислоты химически активизируют процесс полирования, повышают его производительность.

Пасту на основе оксида хрома готовят следующим образом. В

фарфоровой или эмалированной металлической посуде расплавляют 15 % стеарина и 12 % парафина. Когда расплавленные жиры разогреваются, к ним при непрерывном помешивании добавляют 73 % предварительно просеянного и высушенного оксида хрома. Смесь тщательно перемешивают и греют до получения достаточной жидкой массы, которую разливают в формы. После остывания пасту вынимают из форм и хранят завернутой в бумагу.

Существуют и другие рецептуры паст на основе оксида хрома. Например, предлагается активная паста, состоящая из 73 % оксида хрома, 23 % стеариновой кислоты и 4 % олеиновой кислоты.

Также широко применяют пасты на основе крокуса (оксида железа). Для изготовления этой пасты в фарфоровой или эмалированной металлической посуде расплавляют 18,5 %

25