Ziarno ścierne

Najczęściej używanymi materiałami ściernymi są:

korund
szmergiel
elektrokorund
węglik krzemu
ceramiczny korund

Naturalne materiały ścierne:

Korund i szmergiel są naturalnymi materiałami występującymi w przyrodzie. Ich podstawowym składnikiem jest krystaliczny tlenek glinu Al₂O₃. Materiały te stosowane są głównie do dogładzania i polerowania powierzchni.

Sztuczne materiały ścierne:

Materiały ścierne sztuczne są zdecydowanie najczęściej stosowane w przemyśle. Należą do nich: elektrokorund, węglik krzemu i ceramiczny korund.

Elektrokorund jest materiałem ściernym sztucznym, jest odpowiednikiem materiału naturalnego – minerału zwanego korundem. Otrzymywany jest metodą stapiania w piecach łukowo oporowych. W zależności od zawartości Al₂O₃ w stapianych materiałach otrzymuje się elektrokorundy o różnych stopniach czystości a w związku z tym o różnych właściwościach mechanicznych i różnym zakresie zastosowań. Istnieje kilka gatunków elektrokorundu. Są to:

Elektrokorund szlachetny – 99A:

Jest otrzymywany z tlenku glinu o wysokim stopniu czystości (powyżej 98,50 %)
Charakteryzuje się najwyższą czystością chemiczną (min. 99 % Al₂O₃), zawiera najmniej domieszek, którymi są tlenki (SiO₂, Fe₂O₃, CaO, Na₂O)
Ma barwę białą
Z grupy elektrokorundów jest najbardziej łupliwy i kruchy. Ma bardzo ostre, poszarpane krawędzie skrawające
Ze względu na ostrość i kruchość jest stosowany do produkcji narzędzi ściernych przeznaczonych do obróbki precyzyjnej twardych stali, wszędzie tam, gdzie przedmiot szlifowany nie powinien się nagrzewać i przypalać oraz do obróbki drewna

Elektrokorund normalny – 95A:

Jest otrzymywany z wytopu boksytów, zawiera około 95 % Al₂O₃
Ma barwę brązową, szarobrązową lub szarą
Elektrokorund zwykły jest z całej grupy elektrokorundów najmniej kruchy, najmniej łupliwy, stosunkowo najbardziej ciągliwy, ma ziarna o bardzo trwałych kryształach mających kształt zwartych bloków
Z tych względów elektrokorund zwykły jest bardziej odpowiedni do operacji szlifowania zgrubnego, szlifowania w ciężkich warunkach pracy i przy stosunkowo grubych warstwach do zeszlifowania
Typowe przykłady zastosowania: szlifowanie zgrubne na szlifierkach stojakowych, na szlifierkach ręcznych, w odlewniach, kuźniach, w różnych warsztatach mechanicznych do obróbki stali, staliwa i żeliwa

Elektrokorund półszlachetny lub mieszany – 97A:

Zawiera około 97 % Al₂O₃
Ma barwę szarą lub jasno szarą
Ma właściwości pośrednie pomiędzy elektrokorundem 99A i 95A
Stosowany jest do produkcji narzędzi ściernych tam, gdzie wymagana jest duża wytrzymałość ziarna ściernego, ale również jego ostrość i kruchość

Elektrokorund cyrkonowy – ZrA

Powstaje w wyniku stopienia mieszaniny tlenku cyrkonu ZrO₂ z tlenkiem aluminium AL₂O₃ w dokładnie określonych proporcjach
Narzędzia z tego typu elektrokorundu mają barwę niebieską, względnie zieloną
Układ związków ZrO₂ i AL₂O₃ zapewnia uzyskanie ziarna ściernego charakteryzującego się dużą ciągliwością i wytrzymałością mechaniczną, co pozwala na zastosowanie ZrA do szlifowania z dużymi naciskami, głównie stali szlachetnych

Węglik krzemu – SiC - obok elektrokorundów jest również materiałem ściernym wytwarzanym sztucznie. Popularnie nazywany jest karborundem, otrzymywany jest w temp. powyżej 2000⁰ C z krzemionki i czystych materiałów węglowych. Węglik krzemu występuje w dwóch odmianach różniących się stopniem czystości. Są to: węglik krzemu zielony i węglik krzemu czarny. Węglik krzemu zielony jest bardziej czysty, zawiera mniej domieszek. Jest on jednak trudniejszy do wyprodukowania, wymaga surowców o większym stopniu czystości i z tego powodu jest znacznie droższy od czarnego węglika krzemu. Generalnie charakteryzuje się dużą twardością i ostrymi krawędziami kryształów, co decyduje, że jest bardzo dobrym materiałem szlifierskim do obróbki materiałów kruchych i twardych, takich jak: żeliwo, brązy, stopy aluminium, węgliki spiekane, szkło, ale również materiały drewnopochodne, lakiery, tworzywa sztuczne i guma.

Ceramiczny korund – charakteryzuję się drobno krystaliczną budową. Główną jego zaletą jest wysoka wytrzymałość i odporność na pękanie.

Podstawowe parametry klasyfikacji ziaren ściernych

Wielkość ziarna (ziarnistość, granulacja)– to podstawowy parametr określający ziarna ścierne. Ziarna materiału ściernego w wyniku rozdrobnienia pękają zawsze według określonych płaszczyzn łupania. Mają w związku z tym kształty zbliżone do graniastosłupów o podstawie trójkątnej lub czworokątnej, ostrosłupów o takiej samej podstawie, ośmiościanów oraz sześcianów.
Wielkość ziarna określana jest umownie i ujednoliconą normą międzynarodową FEPA (Stowarzyszenie Europejskich Wytwórców Wyrobów Ściernych) oraz oznaczana literą „P” na podkładzie przed numerem granulacji. Spełnianie przez ziarno normy FEPA oznacza, że jego wielkość dla danej granulacji nie jest większa niż określona w normie. W praktyce oznacza, że szlifując granulacją „P80” uzyskujemy stały i jednakowy poziom zarysowań szlifowanej powierzchni.
W Polsce w tym zakresie obowiązuje norma PN-76/M-59107. Za charakterystyczny wymiar przyjmuje się szerokość ziarna podaną w milimetrach. Jest ona kryterium kwalifikacji ziarna do określonej wielkości i grupy. Natomiast numer ziarna, czyli ziarnistość materiału ściernego, jest wielkością umowną, np. symbol „P80” oznacza zakres charakterystycznych wymiarów ziaren od 212 mm do 180 mm.
Pełny zakres oferowanych ziarnistości materiałów ściernych zawiera się w granicach od P12 do P5000.
W tab.1 przedstawione jest typowe zestawienie numerów ziaren stosowanych do produkcji materiałów ściernych elastycznych nasypowych. Każdy numer ziarna jest podporządkowany dopuszczalnemu przedziałowi wielkości ziarna określonej w mikrometrach.

Tablica1.

Na rysunku 2 przedstawione są ujednolicone normy określające wielkości ziarna ściernego (systemy porównawcze wielkości ziaren dla wszystkich możliwych regulacji na świecie z uwzględnieniem włókniny).

Rysunek 2.

Na rys.3 przedstawione są ujednolicone normy określające wielkości ziarna ściernego (wzór – przelicznik wielkości ziarna z normy FEPA na miarę liniową).

Rysunek 3.

Na rys.4 przedstawione są ujednolicone normy określające wielkości ziarna ściernego (systemy porównawcze wielkości ziaren dla wszystkich możliwych regulacji na świecie z uwzględnieniem włókniny).

Rysunek 4.

Twardość ziarna określana w skali MOHS, gdzie 1 to twardość talku, natomiast 10 to twardość diamentu.
W tab.2 przedstawione są podstawowe rodzaje ziarna ściernego i ich twardość.

Tablica 2.

Rodzaje nasypu

Istotnym czynnikiem wpływającym na jakość i koszty szlifowania jest rodzaj nasypu.
W ogólnej klasyfikacji dzielimy nasypy na:

Nasyp otwarty – gdzie powierzchnia materiału ściernego pokryta jest ziarnem w 50-70 %. Stosowany jest głównie do szlifowania masywu drewna sosnowego, klejonki, renowacji posadzek i podłóg. Charakteryzuje się on większą odpornością na zaklejanie powierzchni ziarna ściernego.
Nasyp zamknięty – to pokrycie podkładu ziarnem w 100 %. Znalazł zastosowanie głównie do szlifowania metali, materiałów drewnopochodnych, litego drewna liściastego i lakierów.
Nasyp półotwarty – uniwersalny. Powierzchnia materiału ściernego pokryta jest ziarnem ściernym w 80-90 %, stosowany jest głównie do szlifowania metali kolorowych, obróbki wykańczającej litego drewna liściastego i materiałów drewnopochodnych, do szlifowania gumy i tworzyw sztucznych.

Nasyp nakładany jest dwoma metodami: grawitacyjną i elektrostatyczną.

Przy metodzie grawitacyjnej ziarno układa się na podkładzie w sposób losowy, przez co materiał nie jest jednakowo agresywny na całej swojej powierzchni.
Przy metodzie elektrostatycznej ziarno ustawia się ostrym końcem prostopadle do podkładu, co zwiększa znacznie agresywność późniejszego szlifowania.

Biorąc pod uwagę wielowarstwowość ziarna ściernego nasypy dzielimy na:

Jednowarstwowe– najbardziej typowe w zakresie granulacji od P12 do P5000, w których pojedyncze ziarna ścierne naniesione są na podłoże w sposób ciągły i rozmieszczone równomiernie.
Wielowarstwowe – nowo opracowane rodzaje nasypów materiału ściernego, które znacząco podniosły właściwości skrawne narzędzi ściernych nasypowych.

Do nasypów wielowarstwowych zaliczyć można:

Nasyp programowany

Nasyp agregatowy

Pęcherzykowate ziarna sferyczne

Przestrzenne – w którym ziarna ścierne przyczepione są do włókien połączonych z podłożem. Typowym przykładem jest włóknina ścierna (rys.5).

Rysunek 5.