Wyroby ścierne nasypowe. Dobór ziarna i nasypu w zależności od powierzchni roboczej
Powracam do tematu materiałów ściernych. Jest to wiedza dość szeroka i wymaga starannego przyjrzenia się oznaczeniom, symbolom, które są bardzo ważne przy doborze właściwych materiałów do obróbki danych elementów roboczych. Mam na myśli:
- krążki ścierne
- arkusze i rolki ścierne (popularnie nazywane papierem ściernym)
- pasy bezkońcowe
Materiał ścierny składa się z następujących warstw:
- podłoża
- spoiwa podkładowego
- ziarna ściernego
- spoiwa zalewowego
- warstwy aktywnej (jest to warstwa opcjonalna)
Jaka jest rola podłoża w materiałach ściernych?
Podłoże to materiał będący nośnikiem ziarna ściernego. Najczęściej stosowanymi podłożami są:
- papier
- tkanina bawełniana
- tkanina poliestrowa
- fibra
- folia
- płótno będące połączeniem bawełny z poliestrem
Skupię się na papierze i płótnie.
Papier może mieć gramaturę od 95 do 500 g/m², niższa gramatura ma większą elastyczność (podłoże jest delikatniejsze ale dzięki temu łatwiej się dopasowuje do szlifowanych powierzchni). Optymalna gramatura do szlifowania ręcznego to od 95 do 250 g/m², gdzie od 250 w górę papier dedykowany jest do obróbki wyłącznie maszynowej. Grubszy papier jest mniej elastyczny ale cechuje go wyższa wytrzymałość.
W przypadku płótna zależność grubości do wytrzymałości jest podobna – lekkie płótna są bardzo elastyczne, a ciężkie bardzo mocne.
Na podłoże nanosi się spoiwo podkładowe – najczęściej są to żywice sztuczne. Spoiwo podkładowe wstępnie mocuje ziarno do podłoża.
Ziarno ścierne – jest to element tnący, może to być węglik krzemu, elektrokorund (tlenek glinu), elektrokorund cyrkonowy, elektrokorund ceramiczny.
Dzieląc ziarno wg twardości:
– węglik krzemu (karborund) – bardzo twardy, mało ciągliwy, krystaliczny. Jego twardość plasuje się między twardością diamentu i korundu i wg skali Mohsa wynosi 9,5. Jest odporny na wysokie temperatury. Zalicza się do materiałów kruchych. Dzięki swoim właściwościom znalazł zastosowanie właśnie jako ziarno na powierzchniach ciernych stosowanych przy wysokich temperaturach. Nie wchodzi w reakcję z kwasami ale jest wrażliwy na działanie zasad. Ciekawostką jest zastosowanie węglika krzemu do osłon w statkach kosmicznych.
– elektrokorund (tlenek aluminium, korund) – twardy i ciągliwy, trwały. Twardość w skali Mohsa wynosi 9. Ziarno ma postać krystaliczną, nieregularną, ostrokrawędziową w kształcie klina. Elektrokorund podstawowy ma kolor brązowy i idealnie nadaje się do czyszczenia stali zwykłej, metali kolorowych, metali ciężkich, kamienia, szkła, drewna i cegły.
– elektrokorund cyrkonowy uzyskiwany jest z tlenku boksytu lub glinu i zawiera 30-40% tlenku cyrkonu, jest ziarnem twardym, bardzo ciągliwym w postali krystalicznej regularnej. Ziarno ma kształt zbliżony do kropli i posiada właściwości samoostrzące.
– elektrokorund ceramiczny – jest twardy i bardzo ciągliwy, ma budowę mikrokrystaliczną. Ziarno ma ostre, szpiczaste krawędzie i posiada właściwości samoostrzące. Samoostrzenie wynika z łamania się i powstawania nowych, ostrych krawędzi.S
Ziarno charakteryzują dwie zmienne: twardość i ciągliwość.
Im ziarno jest twardsze tym ma mniejszą ciągliwość.
Ziarnem o najwyższym współczynniku twardości jest węglik krzemu (SIC) i dlatego dedykowany jest do obróbki szkła, kamienia, tworzyw sztucznych, lakierów.
Następnie o niższym stopniu twardości i wyższym ciągliwości w stosunku do SIC jest elektrokorund. Elektrokorund znajduje zastosowanie w obróbce stali, metali nieżelaznych, drewna i skóry.
Kolejne miejsce zajmuje elektrokorund cyrkonowy – zastosowanie stal szlachetna, stal jakościowa, stal. Elektrokorund ceramiczny ma sporą ciągliwość i dedykowany jest do superstopów i stali szlachetnych.
Bardzo ważny jest odpowiedni dobór wielkości ziarna. Drobne ziarno używane jest do obróbki materiałów twardych i kruchych, do obróbki wykańczającej lub precyzyjnej. Ziarno grube stosowane jest do materiałów miękkich i ciągliwych, do szlifowania zgrubnego, zdzierania, wszędzie tam gdzie zachodzi konieczność szybkiego usuwania materiału roboczego, bez zwracania uwagi na jakość powierzchni.
Nasyp ziarna na podłożu może być:
– pełny (100% pokrycie podłoża)
– półotwarte ( ok. 75% pokrycia podłoża)
– otwarte (ok. 50% pokrycia podłoża)
Do czego nasyp otwarty, półotwarty, a do czego pełny?
Nasyp otwarty polega na niepełnym pokryciu podłoża ziarnem, tak aby pomiędzy ziarnami były otwarte przestrzenie. Taki sposób rozmieszczenia ziarna gwarantuje komfort pracy przy obróbce materiałów miękkich, drewna (świerk, sosna, jodła), lakierów, gipsu – ziarno nie zapycha się urobkiem.
Natomiast nasyp pełny – to praktycznie 100% pokrycie podłoża ziarnem daje nam gwarancję długiej żywotności materiału ściernego i powinien być stosowany do materiałów twardych. Znajduje zastosowanie przy obróbce drewna twardego – np. liściastego – dąb.
Czwartym ważnym elementem wyrobów ściernych z nasypem jest tzw. spoiwo zalewowe, które wraz ze spoiwem podkładowym dokładnie umacnia ziarno na podłożu (nośniku). Spoiwo zalewowe tworzone jest zwykle z żywic syntetycznych.
Opcjonalnie na wierzchnią warstwę może tworzyć tzw. warstwa aktywna. Czym ona jest?
Tworzą ją środki wspomagające proces szlifowania. Wydłużają żywotność materiału ściernego i poprawiają efektywność pracy. Warstwa aktywna jest nanoszona dodatkowo. Nie jest składnikiem podstawowym materiałów ściernych nasypowych.
Wśród warstw aktywnych wyróżniamy:
– warstwę stearynianową, która zapobiega zapychaniu pasa bezkońcowego i dedykowana jest do obróbki wysokiej jakości powierzchni lakierowanych.
Co powoduje warstwa stearynianowa? Stearynian (wapnia lub cynku) tworzy powłokę antyadhezyjną dzięki której można zapobiec lub spowolnić proces zapychania ziarna i tworzenia „negatywnej warstwy” zmniejszającej efekt obróbki. Negatywna warstwa to nic innego jak powstający pył przy obróbce miękkich materiałów, który pod wpływem wysokiej temperatury tworzy lepkie cząsteczki i „zapycha” ziarno w materiale ściernym. Dzięki tej warstwie szlifowanie jest równomierne. Należy jednak pamiętać, że temperatura topnienia stearynianu jest dość niska (110 stopni C dla cynku, 140 stopni C dla wapnia), zatem w maszynach należy stosować odpowiedni system chłodzący.
– warstwa ACT – Advanced Coating Technology – technologia doskonaląca właściwości materiałów ściernych. Spowalnia ona proces „zapychania” ziarna i wydłuża żywotność. Znajduje zastosowanie przy agresywnym szlifowaniu metali, przy pasach bezkońcowych do szlifowania drewna i powierzchni lakierowanych.
Tarcie, a ładunki elektryczne – czyli czy materiały ścierne powinny mieć właściwości antystatyczne?
W zależności od materiału, który poddawany jest obróbce możemy mówić, że przewodzą lub nie przewodzą prąd. Sztandarowym przykładem jest drewno (suche), które jak wiemy z lekcji fizyki nie przewodzi prądu, jest izolatorem. W wyniku tarcia ładunek elektryczny gromadzi się obrabianej powierzchni. Dlatego materiały ścierne powinny mieć właściwości antystatyczne, dzięki którym ładunki elektryczne odprowadzane są przez maszynę. Dzięki takiemu zabiegowi pył ścierny nie „lepi” się do powierzchni roboczej, materiału ściernego i maszyny.
Ciekawostki i wiedza praktyczna:
Jak prawidłowo przechowywać materiały ścierne?
– w oryginalnych opakowaniach
– w pomieszczeniach o wilgotności 45-65%
– w temperaturze 18-22 stopnie Celsjusza
Najstarszy papier ścierny świata?
Pierwsza wzmianka pochodzi z XIII wieku n.e. z Chin, gdzie na pergaminie za pomocą naturalnego kleju mocowano rozdrobnione fragmenty muszli, ziaren i piasku.
Skóra rekina jako materiał ścierny?
Tak – w odległych czasach skóra rekina po wyprawieniu służyła jako materiał ścierny.
Kto był twórcą papieru ściernego we współczesnym znaczeniu?
John Oakey twórca współczesnego papieru ściernego – XIX wiek, Anglia – produkcja profesjonalnych materiałów ściernych.
