Razvoj i primjena abraziva i alata za brušenje

Abrazivni alati su alati koji se koriste za brušenje, lapiranje i poliranje. Većina brusnih alata su umjetni alati izrađeni od abraziva i veziva, a postoje i prirodni abrazivni alati izravno prerađeni iz prirodnih minerala. Osim što se široko koriste u proizvodnji strojeva i drugim metaloprerađivačkim industrijama, abrazivni alati se također koriste u preradi hrane, industriji papira i obradi nemetalnih materijala kao što su keramika, staklo, kamen, plastika, guma i drvo. Tijekom uporabe abrazivnog alata, kada su brusna zrna tupa, zbog djelomičnog usitnjavanja samih abrazivnih zrna ili loma veziva, dolazi do potpunog ili djelomičnog otpadanja abrazivnih zrna od abrazivnog alata, a abraziva na radnu površinu brusnog alata. abrazivni alat kontinuirano stvara nove rezne rubove ili kontinuirano izlaže nova oštra abrazivna zrna, tako da abrazivni alat može zadržati učinak rezanja određeno razdoblje vremena. Ovo svojstvo samooštrenja abrazivnih alata je istaknuta značajka abrazivnih alata u usporedbi s općim alatima za rezanje.

Čovjek je već u mlađem kamenom dobu počeo koristiti prirodno brusno kamenje za obradu kamenih noževa, kamenih sjekira, alata od kosti, oruđa od roga i zuba. Godine 1872. u SAD-u su se pojavile keramičke brusne ploče od prirodnih abraziva i gline. Oko 1900. godine nastaju umjetni abrazivi, te se jedan za drugim proizvode različiti brusni alati od umjetnih abraziva, čime se stvaraju uvjeti za brzi razvoj brusa i brusnih strojeva. Od tada se udio prirodnih alata za brušenje u alatima za brušenje postupno smanjuje.

Abrazivi se klasificiraju u dvije kategorije prema izvorima sirovina: prirodni abrazivi i umjetni abrazivi. Jedini prirodni abraziv koji se obično koristi u industriji strojeva je uljni kamen. Umjetni abrazivi klasificirani su u pet kategorija prema njihovim osnovnim oblicima i strukturnim karakteristikama: brusne ploče, brusne glave, uljni kamen, pješčane pločice (zajedno se nazivaju vezani abrazivi) i presvučeni abrazivi. Osim toga, abrazivi se također uobičajeno klasificiraju kao vrsta abraziva.

Vezani abrazivi mogu se podijeliti na obične abrazivne abrazive i supertvrde abrazivne abrazive prema upotrijebljenim abrazivima. Prvi je napravljen od uobičajenih abraziva kao što su korund i silicijev karbid, dok je drugi napravljen od super tvrdih abraziva kao što su dijamant i kubični borov nitrid. Osim toga, postoje neke posebne vrste, kao što su abrazivi od sinteriranog korunda.

Obični abrazivno vezani abrazivi su abrazivi koji su vezani vezivom u obliku određenog oblika i imaju određenu čvrstoću. Općenito se sastoje od abraziva, veziva i pora, koji se često nazivaju tri elementa vezanih abraziva.

Abrazivi imaju ulogu rezanja u alatu za brušenje. Vezivo je materijal koji učvršćuje labavi abraziv u alatu za brušenje. Postoje dvije vrste: anorganske i organske. Anorganska veziva uključuju keramiku, magnezijev i natrijev silikat, itd.; u organska veziva spadaju smole, guma i šelak itd. Među njima se najčešće koriste keramika, smole i veziva za gumu.

Tijekom mljevenja, pore mogu sadržavati i uklanjati strugotine, a također mogu držati rashladnu tekućinu, koja pomaže u odvođenju topline mljevenja. Kako bi se zadovoljili određeni posebni zahtjevi obrade, pore se također mogu impregnirati određenim punilima, kao što su sumpor i parafin, kako bi se poboljšala učinkovitost abrazivnog alata. Ovo punilo se također naziva četvrtim elementom abrazivnog alata.

Stavke koje označavaju karakteristike običnih brusnih alata vezanih abrazivom uključuju: oblik, veličinu abraziva, veličinu čestica, tvrdoću, strukturu, podlogu, ljepilo za podlogu i vezivno sredstvo. Tvrdoća abrazivnih alata odnosi se na poteškoću abrazivnih zrnaca koja padaju s površine abrazivnih alata pod djelovanjem vanjske sile, što odražava snagu vezivnog sredstva da drži abrazivna zrna.

Tvrdoća abrazivnog alata uglavnom ovisi o količini dodanog veziva i gustoći abrazivnog alata. Ako abrazivne čestice lako otpadaju, to znači da je abrazivni alat niske tvrdoće; inače, to znači da je tvrdoća visoka. Razina tvrdoće općenito se dijeli na sedam glavnih razina: super mekana, mekana, srednje mekana, srednja, srednje tvrda, tvrda i supertvrda. Te se razine dalje mogu podijeliti u nekoliko malih razina. Metode mjerenja tvrdoće abrazivnih alata su metoda ručnog konusa, mehanička metoda konusa, Rockwellova metoda mjerenja tvrdoće i metoda mjerenja tvrdoće pjeskarenjem.

Tvrdoća alata za brušenje ima odgovarajući odnos s njegovim dinamičkim modulom elastičnosti, što je pogodno za korištenje audio metode za mjerenje dinamičkog modula elastičnosti alata za brušenje kako bi se izrazila tvrdoća alata za brušenje. U procesu brušenja, ako je tvrdoća materijala izratka visoka, općenito se odabire alat za brušenje niske tvrdoće; inače se odabire brusni alat visoke tvrdoće.

Mikrostruktura abrazivnih alata može se grubo podijeliti u tri kategorije: čvrsta, srednja i labava. Svaka se kategorija dalje može podijeliti u nekoliko razina koje se razlikuju po brojevima mikrostrukture. Što je veći broj mikrostrukture abrazivnog alata, to je manji volumni postotak abraziva u abrazivnom alatu, širi je razmak između abrazivnih zrna, a mikrostruktura je labavija. Suprotno tome, što je mikrostrukturni broj manji, to je mikrostruktura čvršća. Abrazivne alate s labavom mikrostrukturom nije lako pasivizirati tijekom uporabe, stvaraju manje topline tijekom procesa brušenja i mogu smanjiti toplinsku deformaciju i opekline izratka. Abrazivna zrna abrazivnog alata s tijesnom mikrostrukturom teško otpadaju, što pogoduje održavanju geometrijskog oblika abrazivnog alata. Mikrostruktura abrazivnog alata kontrolira se samo prema formuli abrazivnog alata tijekom proizvodnje i općenito se ne mjeri.