Перевод зернистости абразивных материалов

Зернистость абразивного материала

Особенности изготовления абразивных элементов

Зернистость абразивных материалов определяется исходя из размера шлифовочной частицы, которая наносится на особую основу и скрепляется связующим веществом. Абразивные круги, бруски, головки, сегменты, шкурки и порошки применяются для шлифования и снятия верхнего слоя с различных типов поверхностей. Чем крупнее зерно абразива, тем большую стружку он удаляет, более мелкие представители счищают меньше.

Точная и эффективная обработка осуществляется при равномерном составе абразива. Это снижает уровень изнашиваемости круга и повышает класс шероховатости покрытия шлифованного изделия.

При изготовлении мелкозернистого шлифовального материала используются крупные куски абразива, который измельчается в дробильных машинах. По окончанию этого этапа зерно очищается от каких-либо примесей. Следом оно подвергается обработке температурами и химическими реагентами. В конце его просеивают на специальных решетах, предназначенных для сортирования материала по размерам.

Калибр и номер зерна определяют грани ячеек двух решет. Такой подход приводит к тому, что в сите остается только 60% абразивных частиц, остальные из-за не совсем точного размера клетки просеиваются. Так большие размеры зерна, соответствующие диаметру, остаются в решете, а мелкие проходят сквозь него. Номера зернистости шлифовальных материалов представляются единицами, мерой измерения которых стал микрометр.

Связки абразивных зерен

Шлифовальный материал представляет собой абразивные частицы, скрепленные связующими веществами. Связка играет важную роль в определении эффективности готового полотна. В процессе их производства используются следующие виды составляющих:

• неорганические;
• органические;
• металлические.

К неорганическим компонентам относят:

Чаще всего применяются керамические связующие вещества, на их основе изготовлены более 50% образцов всех шлифовальных приспособлений.

К категории органических связок относят:

Здесь популярным стало бакелитовое сырье. Инструмент на его основе отличается своей прочностью, эластичностью и скоростью. Хотя уровень химической и тепловой устойчивости такого материала крайне невысок.

Глифталевая связка повышает упругость шлифовальных кругов, поэтому они прекрасно подходят для чистовой и доводочной обработки.

Вулканитовая основа позволяет изготовить абразивный элемент, толщина которого не будет превышать 0,5 мм. Они применяются для порезки и бесцентрового шлифования.

Металлические связки

В основе металлического связующего вещества – наполнитель и порошок олова, меди или другого металла. Используется в алмазных кругах, изредка в инструментах из карбида кремния.

Классификация абразивных материалов по зернистости

Выделяют 4 группы абразивных материалов, отличающихся между собой размером шлифовальных частиц:

1. Шлифзерно.
2. Шлифпорошок.
3. Микропорошок.
4. Тонкий микропорошок.

Микропорошок маркируется буквой «М» и цифрой, которая показывает самый большой диаметр абразивной частицы в микрометрах. Каждый номер зернистости имеет следующие фракции:

Фракции – это группа шлифовальных зерен, которые имеют одинаковый интервал размера, преобладающий по объему частиц.

Диаметр абразивной частички микропорошка определяется путем измерения самой большой ширины зерна, которую видно под микроскопом.

Круг и зернистость абразивов выбирается исходя из следующих параметров: тип шлифовки, размер обрабатываемой поверхности, необходимая шероховатость и точность выполняемой работы.

Существует три разновидности зернистости абразивных материалов:

Крупный размер наждачного полотна позволяет провести грубую шлифовку покрытия, а более мелкий диаметр применяется для финишной абразивной обработки, доводки и заточки.

Область применения абразивных материалов в зависимости от зернистости

Абразивные приспособления позволяют провести шлифовку, подрезку и полировку разных типов поверхностей: дерево, метал, камень. В зависимости от вида шлифовального материала и размера зерна абразива данные приспособления применяются для различных работ.

Крупнозернистые устройства используют в следующих процессах:

• на этапах обдирания и предварительных работ в операциях, требующих большую глубину реза, где удаляются припуски;
• для работы на машинах с большой мощностью и жесткостью;
• для шлифования материалов, которые заполняют поры инструмента и засаливают его покрытие, например, при зашкуривании латунных, медных, алюминиевых изделий;
• при работе, где круг контактирует с большой площадью;
• для плоской шлифовки торцом;
• для внутренних шлифовальных работ.

Приспособления со средним и мелким зерном применяют в следующих случаях:

• для получения определенной шероховатости покрытия (0,32 -0,08 мкм);
• в процессе обработки закаленной стали и твердых металлических сплавов;
• для финишной шлифовки, заточки и доводки различных приборов;
• для точной и качественной обработки деталей.

Таблица: зернистость абразивных материалов по сферам применения

Зернистость абразива	Сфера применения
200 — 160	для обработки покрытий из оргстекла, текстолита, фибры и прочих неметаллических составляющих
125-80	в процессе зачистки швов от сварки и литья
50-40	черновая шлифовка изделий, заточка приспособлений на начальном этапе
40-10	финишная обработка и затачивание инструментов, которые производят быструю резку, шкурение отбеленной чугунной продукции
10-6	обработка высокоответственных запчастей и изделий
12-4	шлифовка резьбы
6-5	доводка инструмента с многими лезвиями
6-3	тонкая отделочная полировка

Инструменты с мелким зерном имеют меньшую способность к самозатачиванию, нежели крупнозернистые приспособления, поэтому они быстрее стачиваются и засаливаются.

Источник

Зернистость — с чем ее едят?

Введение

Наверняка вы знаете о существовании разных классификаций зернистости абразивов: в Европе — FEPA, в Японии — JIS, в России — ГОСТ. Разные производители пользуются разными системами, что вносит сложность в идентификации зернистости.

Вопрос на засыпку (попробуйте ответить на него сами или задайте его опытному заточнику, если вы пока не разбираетесь в предмете). Есть алмазная гранула размером 9 мкм. Какова ее зернистость в разных классификациях зернистости?

Скорее всего вы (или ваш визави) откроете одну из многочисленных сводных таблиц, чтобы найти однозначный ответ. И в этом случае ваш ответ будет неверным, вне зависимости от того, какие значения вы назовете. Потому что заданный вопрос просто не имел смысла.

Зернистость во всех существующих классификациях определяет статистический состав абразива как конгломерата огромного количества частиц. С отдельными частицами классификации не работают. Нельзя присвоить зернистость отдельно взятой частице, потому что частица одного размера может входить в совершенно разные фракции абразива. (Частица 9 мкм из нашего примера может входить в 4 фракции по ГОСТ 9206-80, и в целых 8 фракций по JIS!)

Что такое зернистость

Человек всегда будет стремиться свести любую сложную проблему к одному числу, и зернистость – не исключение. Вне всяких сомнений, присвоить любому точильному камню одно единственное число – зернистость – является очень соблазнительной идеей, так как задача сравнения становится тривиальной. Жонглируя значениями зернистости, вы должны отчетливо понимать – что стоит за цифрами. Пользуясь таблицами преобразования – знать фундаментальные недостатки и ограничения каждой классификации.

Основные классификации зернистостей объемных абразивов, которыми пользуются в деле заточки:

• FEPA-F – европейская классификация, которой также пользуются в США
• JIS – японская классификация
• ГОСТ 9206-80 – российская классификация алмазных абразивов
• ГОСТ 3647-80 – российская классификация не-алмазных абразивов

Каждая из этих классификаций дает определение своего набора зернистостей. Зернистость – величина дискретная (не непрерывная). К примеру, FEPA-F дает определение зернистости 800 и 1000, а зернистостей 801 или 900 не существует.

Любой абразив (неважно – твердый, паста или порошок) состоит из громадного числа частиц. В мире пони и бабочек (в котором живут многие маркетологи компаний-производителей) все частицы имеют одинаковый размер. В реальном мире абразивные частицы не могут иметь одинаковый размер, одни будут больше, другие – меньше. Даже если производитель тщательно сортирует абразивные частицы по размеру, всегда будет определенный диапазон размеров. Как классифицировать абразивный порошок, состоящий из миллиарда частиц разного размера?

Классификации вносят элемент порядка в хаотический мир статистики. Зернистость определяется как интегральная функция предельного распределения размера зерен. Поясняющая картинка – зернистость грубых абразивов (макрогриты) в классификации FEPA-F (мы используем логарифмическую шкалу на всех графиках). Большая часть исследуемого абразива должна находиться внутри указанного диапазона. Особо подчеркну – среднее значение размера зерен не совпадает с центром диапазона, а просто находится внутри.

Примерим на себя роль лаборанта, который должен определить зернистость FEPA-F абразивного порошка. Мы последовательно берем пары эталонных сит – крупнозернистое сверху и мелкозернистое снизу. И сыпем порошок сверху. Если большая часть порошка проходит сквозь верхнее сито и застревает в нижнем сите – значит образец удовлетворяет зернистости. При этом возможны три случая:

1. Если абразив плохой (слишком большое распределение размеров зерен), он может вообще не удовлетворять ни одной зернистости.
2. Нормальный абразив удовлетворяет лишь одной зернистости.
3. Сверхкачественный абразив (с узким распределением размера зерен) может удовлетворять двум или более зернистостям. К примеру, зерно 100±5 мкм можно классифицировать одновременно как F 150 и F 120.

И это – общая проблема при пользовании таблиц зернистостей. Зернистость по одной классификации никогда не совпадает с какой-либо зернистостью другой классификации. Если производитель декларирует соответствие бруска какой-либо зернистости, без тщательного лабораторного анализа невозможно определить соответствие бруска зернистости в другой классификации. Можно лишь делать допущения и упрощения.

Что такое фракция

Вы спросите – неужели нарисованные на графике прямоугольники FEPA так сильно отличаются от аналогичных для других классификаций? Все дело в том, что мы сильно упрощаем суть, так как говорим лишь об основной фракции. Основная фракция – это лишь половина абразивных частиц (размер которых ближе всего к среднему значению). Вторая половина (ее называют смежной фракцией) может находиться за пределами описанного диапазона. Смежная фракция может оказывать существенное влияние на чистоту абразива в целом.

Например, абразив J 2500 (JIS) имеет основную фракцию в диапазоне 5-6 мкм, а зерна смежной фракции могут достигать 14 мкм, что почти втрое крупнее. Если вы взглянете на таблицу преобразования в конце статьи, то увидите, что J 2500 соответствует ГОСТ 7/5. Но ГОСТ 9206-80 запрещает наличие крупных зерен смежной фракции. Поэтому транслировать J 2500 в ГОСТ 7/5 по меньшей мере самонадеянно.

Но и это еще не все! Основная фракция – около 50% частиц, смежная – еще около 40%. Остается еще 9-10% частиц, размер которых может выходить за диапазон смежной фракции. Это называется предельной фракцией. К примеру, абразив с зернистостью J 240 имеет основную фракцию 57±3 мкм, а зерна предельной фракции могут достигать размера 127 мкм! И это не какой-то брак, это такой стандарт.

Разумеется, не стоит кидаться в крайности и считать, что раз стандарт допускает разброс, безобразный с точки зрения заточки ножей, то производители этим пользуются и халтурят. Реальные абразивные бруски скорее всего будут иметь адекватное распределение размера зерен. Но не зная этого наверняка, не стоит делать допущений.

Пройдемся по основным классификациям.

FEPA (The Federation of the European Producers of Abrasives, http://www.fepa-abrasives.org/) регулирует стандарты абразивов для Европы. Несмотря на наличие своего национального стандарта ANSI, производители США повсеместно используют стандарты FEPA для обозначения зернистости. Актуальные стандарты: 42-1:2006, 42-2:2006 для объемных абразивов и 43-1:2006, 43-2:2006 для поверхностных абразивов. Отсутствуют в свободном доступе.

Исторически сложилось, что значение зернистости объяснялось как количество частиц в единице объема для объемных абразивов. Так как у поверхностных абразивов объема нет, то для них зернистость объяснялась как количество частиц на единице площади. Этот не очень продуманный подход привел к тому, что один и тот же абразив имеет разную зернистость в точильном камне и на наждачной бумаге. Чтобы не путаться, для объемных абразивов используют обозначение «F» (классификацию называют FEPA-F), для поверхностных абразивов – обозначение «P» (FEPA-P).

Каждый из двух стандартов в свою очередь разделяется на два подстандарта: для макрогритов (грубых зернистостей) и микрогритов (мелкодисперсных зернистостей). Они имеют несколько разные требования к составу фракций.

JIS (Japanese Industrial Standards) регулирует стандарты абразивов Японии. Актуальный стандарт для объемного абразива: JIS R 6001:1998. Отсутствует в свободном доступе.

В этой статье анализируются только микрогриты для JIS. (Информации по макрогритам JIS не было найдено.)

ГОСТ регулирует стандарты абразивов РФ и некоторых стран бывшего СССР. Все стандарты ГОСТ есть в свободном доступе.

Актуальные стандарты, регулирующие зернистость:

• ГОСТ 9206-80 для алмазных абразивов
• ГОСТ 3647-80 для не-алмазных абразивов

ГОСТ называет макрогриты шлифзерном и шлифпорошком, микрогриты — микрошлифпорошком.

ГОСТ 9206-80 (для алмазов) используют интуитивно понятное именование зернистостей – в ней указывается диапазон основной фракции. Но в этом скрывается подвох, так как есть еще смежная и предельная фракции (поэтому алмазный порошок 2/1 может включать зерна от 0 до 3 мкм.)

Одна из прелестных черт классификации ГОСТ 9206-80 – это простая система диапазонов для всех фракций: основной, смежной и предельной. Надо лишь запомнить микронную лестницу – последовательность 1 – 2 – 3 – 5 – 7 – 10 – 14 – 20 – 28 – 40 – 60 для микрогритов, и аналогичную для макрогритов. Соседняя пара чисел будет основной фракцией для одноименной зернистости (к примеру 7/5 – основная фракция от 5 до 7 мкм). Смежная фракция – на одну ступеньку вниз (от 3 до 5 мкм). Предельная фракция – еще на одну ступеньку вниз и на одну – вверх (от 7 до 10 мкм, плюс от 2 до 3 мкм).

Для макрогритов смежная фракция – на одну ступеньку вверх и вниз. (Предельной фракции нет.)

В ГОСТ 9206-80 есть еще классификация субмикронных фракций, но мы ее не будем затрагивать в виду малого использования.

Если вы сравните размер полосок основной фракции ГОСТ 9206-80 с FEPA и JIS, вы обратите внимание на их сравнительно большой размер. Но не стоит ругать советский стандарт. В отличии от FEPA и JIS, основная фракция ГОСТ – это от 70% до 80% среднестатистических зерен (в отличии от 50% в FEPA, JIS и даже ГОСТ 3647-80).

ГОСТ 3647-80 (для не-алмазов) использует почти такую же микронную лестницу, но другую систему именования. Для макрогритов зернистость обозначается числом, для микрогритов – числом с индексом «М». При этом разработчики стандарта своеобразным образом «сплавили» макрогриты и микрогриты: зернистость 5 = М63, зернистость 4 = М50 (они полностью эквивалентны за исключением верхней предельной фракции).

Сводный график

Сведем все полученные данные в один график. Вертикальная шкала – размер зерна в логарифмической шкале, на которой горизонтальными линиями отмечены 0, 1, 10 и 100 мкм.

Теперь, приложив немного усилий, вы сможете ответить на некоторые вопросы, которые раньше ставили вас в тупик. Иногда вы видите явное несоответствие каких-либо данных «общепризнанным» таблицам зернистости.

Например, бруски Boride серии Golden Star имеют две маркировки – FEPA-F и JIS. На бруске зернистости F 800 отпечатано «J-1500».

Но если вы посмотрите любую таблицу преобразования, то напротив F 800 будет другая зернистость – J 2000. Boride ошиблись? Если абстрагироваться от дискретных значений в таблице и переключиться на график с диапазонами, то все встает на свои места. Boride делает бруски из отборных зерен, и реальный диапазон может быть очень узким. Легко представить где на графике должны быть зерна Golden Star 800, чтобы удовлетворять условиям F 800 / J 1500.

Нерегулируемые зернистости

Как вы, наверное, догадались, все описанные стандарты создавались с большим запасом. Необработанный песок, который черпает ковшом из карьера экскаватор, наверняка подходит под одну из зернистостей. И тем не менее, очень часто производители абразивов сталкиваются с тем, что их продукт не вписывается ни в одну стандартную зернистость. В этом случае вступают в дело маркетологи! И они начинают изобретать свои собственные зернистости.

Boride изобрела несуществующую зернистость F 900, базируясь на среднем размере зерна. Не исключено, что абразивы с маркировкой F 900 не удовлетворяют стандарту FEPA-F для соседних зернистостей: F 800 и F 1000. Eze-Lap изобрела несуществующую зернистость F 250 для своих грубых алмазов.

JIS заканчивает свое существование на отметке 8000 грит. Но уже начиная с 4000 грит начинается настоящая вакханалия. Производители японских водных камней и примкнувший к ним Norton предлагают собственные «продолжения шкалы JIS». Разумеется, каждый гнет свою линию, не оглядываясь на других. 5000, 10000, 15000, вот уже 30000 грит. Что означает та или иная зернистость в этом диапазоне, могут дать лишь данные о размере зерна.

Таблица зернистости

Если вы прочитали все вышесказанное, вы должны понимать необходимость таблиц преобразования с одной стороны, и огромные ограничения их использования с другой. Подавляющее большинство известных производителей абразивов не пользуются никакими стандартами классификаций вообще, либо отходят от них для некоторых продуктов. Но каждая надпись в приведенной таблице – это не точка, а размытое пятно. Пятно может быть маленьким, может быть большим (в зависимости от строгости отбора зерен для конкретного абразива). Если вы конвертируете одну зернистость в другую, не забывайте произносить слово «примерно».

Таблица разделена на серии с соответствующими заголовками. Вертикальная позиция метки – это средний размер зерна в микронах.

Некоторые колонки включают две серии (для компактности), например, в одной колонке вы найдете шкалу «ASTM Sieve» и серию Chosera. В этом случае метки двух серий различаются цветовым оформлением.

Черно-оранжевые вертикальные полосы демонстрируют удвоение размера зерна. Часто считается, что комплект абразивных брусков должен иметь зернистости с логарифмической прогрессией. Так как наша таблица имеет логарифмическую шкалу, то зернистости в наборе должны быть равноудалены друг от друга.

В некоторых колонках вы увидите метки, выделенные красным цветом. Это отмечены серии, которые не имеют своих отдельных колонок.

Цветные метки соответствуют продуктам, имеющим такой же цвет в реальности, например бруски Chosera и алмазы DMT. Цвет алмазных паст, указанный в колонке «♢ Compound», стал стандартом де факто, ей пользуются компании Advanced Abrasives Corporation, Amplex Superabrasives, BORIDE Engineered Abrasives, Engis®, Norton, PPT Pro Polishing Tools, United States Products Co. Российские алмазные пасты выпускаются в других цветах по требованию ГОСТ.

Фиолетовым цветом отмечены метки, которые были смещены по вертикали для того, чтобы избежать наложения друг на друга. Бруски Shapton 8K и 10K, 15K и 16К были смещены по вертикали на 2%. Micro-Mesh™ MXD 600, 800 и 1200 были смещены на 4.5% (они практически идентичны друг другу по зерну). В одном случае два бруска совпадают по зернистости: Norton Hard Arkansas и Spyderco Fine. Соответствующие метки надо читать как «Spyder Fine» и «Hard Ark», находящиеся в одной колонке в одной точке.

Алюмокерамика Spyderco, Wicked Edge, BRKT, а также арканзасы соответствуют «ожидаемой зернистости», то есть по результатам тестов, а не анализа физической структуры.

Продукты с недоказанной зернистостью отмечены серым цветом.

Для стандартных классификаций использовался средний размер зерна основной фракции.

Для продуктов, использующих средний размер зерна в микронах, использовался этот самый размер.

Один пиксел соответствует изменению размера на 1%. Поскольку из статьи вы знаете, что средняя фракция стандартных классификаций имеет существенно больший разброс, положение меток имеет достаточную точность для сравнения.

В колонке «Other» (другие) вы найдете пункт «Table Salt» (поваренная соль). Это шутка автора таблицы.

Источник