Шлифующие абразивы

Это твердые, мелкозернистые, кристаллические вещества. Они бывают природные и синтетические; основные абразивы, используемые в оптическом производстве: алмаз, электрокорунд, карбид кремния. При­меняют в свободном (водные суспензии, пасты) или связанном состоянии

(алмазный инструмент).

Алмаз (природный и синтетический) представляет собой кристал­лическую модификацию углерода. В природе встречается в виде отдель­ных кристаллов в горной породе или продуктах ее разрушения. Синтети­ческие алмазы получают в виде порошков, зерна которых в зависимости от условий синтеза отличаются формой, характером поверхности, проч­ностью и хрупкостью. В соответствии с этим их относят к разным мар­кам. Область применения определяется совокупностью свойств зерен. Для обработки оптических материалов порошки алмазов используют в основном в связанном состоянии. В виде паст и суспензий - ка завер­шающих стадиях обработки некоторых кристаллов.

Электрокорунд - кристаллическая окись алюминия А1₂О₃ а- моди­фикации, получаемая электроплавкой руд, содержащих глинозем (бокси­ты и другие горные породы). Промышленность выпускает несколько раз­новидностей электрокорунда, в частности:

электрокорунд нормальный (92 - 96% кристаллической окиси алюминия), цвет зерен - от розового до темно-коричневого;

электрокорунд белый (99% кристаллической окиси алюминия), твердость и прочность зерен выше, чем у нормального электрокорунда;

электрокорунды легированные (содержат титан, хром, кобальт и другие вещества, которые образуют с окисью алюминия твердые рас­творы и позволяют регулировать свойства зерен);

- монокорунд (почти вся окись алюминия представлена зернами монокристаллами, которые имеют изометрическую форму и острые ре­жущие кромки, их прочность и твердость выше по сравнению с зернами нормального и белого электрокорунда.

Карбид кремния - химическое соединение углерода с кремнием SiC. Получают восстановлением кремнезема углеродистым материалом (антрацит, нефтяной кокс). Кремнезем содержится в кварцевом песке и кварците. Чистый карбид кремния бесцветен, а технический окрашен в разные цвета - от светло-зеленого до черного. Для обработки оптических материалов имеет ограниченное применение, так как в процессах, связан­ных с удалением больших масс обрабатываемого материала, более высо­кую производительность обеспечивает алмазный инструмент. На завер­шающих стадиях процессов шлифования использование карбида кремния нецелесообразно из-за высокой твердости осколков разрушенных зерен, которые могут образовывать на обрабатываемой поверхности выколки и царапины.

Все шлифующие абразивы в зависимости от размера зерен разде­лены на группы, а внутри каждой группы, по этому же признаку, на но­мера зернистости. Абразив каждого номера зернистости составляет не­сколько фракций: основную, принятую за характеризующую данный но­мер зернистости, и побочные с зернами крупнее и мельче основной. Ко­личественное содержание фракций определяет зерновой состав абразива:

Порошки из природных и синтетических алмазов разделены на три группы: шлифпорошки, микропорошки и субмикропорошки. Марки шлифпорошков природного алмаза А1, А2, A3, А5, А8. Различаются они содержанием зерен изометрической формы, соответственно 10, 20, 30, 50 и 80%. Марки шлифпорошков синтетических алмазов: АС2, АС4, АС6, АС 15, АС20, АС32, АС50. Цифровой индекс - среднее арифметическое значение показателя прочности зерна на сжатие (Н) для всех зернистостей. Порошок каждой марки путем просеивания исходного продукта че­рез сита с последовательно уменьшающимся размером ячейки разделен по зернистости. Порошок каждой зернистости составляют 3 фракции: крупная, основная, мелкая. Содержание их массовых долей регламенти­рует ГОСТ 9206-80Е. Зернистость установлена по основной фракции. Ее обозначают дробью, числитель и знаменатель которой характеризуют размер (мкм) ячеек двух сит: числитель - размер стороны ячейки верхнего сита, ограничивающего максимальный размер зерен основной фракции, а знаменатель - размер стороны ячейки нижнего сита, ограничивающего минимальный размер зерен этой фракции. В алмазном инструменте ис­пользуют шлифпорошки зернистостей: 160/125; 125/100, 100/60, 80/63, 63/50, 50/40. Выбирают зернистость в зависимости от вида выполняемой операции, твердости обрабатываемого материала, размера изделия.

Микропорошки природных алмазов имеют марки AMI и АМ5, из синтетических АСМ1 и АСМ5. Характеристикой качества микропорош­ков, наряду с зерновым составом, является шлифующая способность и шероховатость обработанной поверхности. По зернистости микропорош­ки разделяют центрифугированием, осаждением в столбе жидкости и другими способами. Зернистость обозначают дробью, числитель и знаме­натель которой характеризуют размер (мкм) наибольшего и наименьшего зерна основной фракции. Кроме нее в состав входят крупная и мелкая фракции. Микропорошки имеют следующие номера зернистости: 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10,10/7, 7/5, 5/3, 3/2, 2/1.

Порошки природного и синтетического алмаза с размером зерен менее 0,7 мкм являются исходным сырьем для изготовления субмикропо-рошков, используемых при обработке полупроводниковых кристаллов, синтетического корунда и других материалов. Классификацией на супер­центрифугах получают порошки зернистостей: 0,7/0,3; 0,5/0,1; 0,3/0,1; 0,1/0. Качество этих порошков характеризуется параметрами шероховато­сти поверхности образцов кремния и интенсивностью его износа

(мкм/мин).

Порошки электрокорунда и других абразивов (кроме алмаза), в за­висимости от способа классификации условно делят на два класса. К од­ному относят продукты, разделяемые на ситах, к другом}' - разделяемые в потоке жидкости, гидроциклонах, центрифугах. Продукты просеивания делят на шлифзерно и шлифпорошки, а продукты классификации в вос­ходящем потоке жидкости и другими способами - на микропорошки и тонкие микропорошки. В соответствии с ГОСТ 3647-80 для каждой из этих групп установлены номера зернистости, приведенные в табл. 1.

Таблица 1.

Группа Номер зернистости Шлифзерно 200 160 125 100 80 63 | 32 25 14 Шлифпорошки 12 10 8 6 5 4 1 3 Микропорошки М63 М50 М40 М28 М20 М14

^Т°^НКИе М10 М7 М5 микропорошки | | j 1

Маркировка абразивов, относящихся к шлифзерну и шлифпорош-кам, соответствует размеру (в сотых долях миллиметра) в свету ячейки того сита, на котором задерживаются зерна основной фракции. В зерно­вой состав входят фракции: предельная, крупная, основная, смежная, мелкая. Различают также комплексную фракцию, состоящую из несколь­ких фракций, например, из основной и смежной.

Микро- и тонкие микропорошки разделяют на номера зернистости гидроклассификацией. Способ основан на разной скорости оседания в во­де зерен неодинаковых размеров. Используемые для этого устройства (рис. 1) представляют собой ряд каскадно расположенных классификато­ров, которые имеют форму конуса с цилиндром в основании. Площадь ^; сечения цилиндрической части классификаторов последовательно увели­чивается. Абразивная пульпа, непрерывно поступающая в дозатор 1, са­мотеком проходит последовательно через все классификаторы. В каждом сечении конической части классификаторов во взвешенном состоянии

фракции. Микропорошки имеют следующие номера зернистости: 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10,10/7, 7/5, 5/3, 3/2, 2/1.

Порошки природного и синтетического алмаза с размером зерен менее 0,7 мкм являются исходным сырьем для изготовления субмикропо-рошков, используемых при обработке полупроводниковых кристаллов, синтетического корунда и других материалов. Классификацией на супер­центрифугах получают порошки зернистостей: 0,7/0,3; 0,5/0,1; 0,3/0,1; 0,1/0. Качество этих порошков характеризуется параметрами шероховато­сти поверхности образцов кремния и интенсивностью его износа

(мкм/мин).

Порошки электрокорунда и других абразивов (кроме алмаза), в за­висимости от способа классификации условно делят на два класса. К од­ному относят продукты, разделяемые на ситах, к другом}' - разделяемые в потоке жидкости, гидроциклонах, центрифугах. Продукты просеивания делят на шлифзерно и шлифпорошки, а продукты классификации в вос­ходящем потоке жидкости и другими способами - на микропорошки и тонкие микропорошки. В соответствии с ГОСТ 3647-80 для каждой из этих групп установлены номера зернистости, приведенные в табл. 1.

Таблица 1. | Группа Номер зернистости Шлифзерно 200 160 | 125 100 80 63 | 32 25 14 Шлифпорошки~[ 12 10, 8 6 5 4 3 Микропорошки М63 М50 М40 М28 М20 М14 Тонкие _ш микропорошки

Маркировка абразивов, относящихся к шлифзерну и шлифпорош-кам, соответствует размеру (в сотых долях миллиметра) в свету ячейки того сита, на котором задерживаются зерна основной фракции. В зерно­вой состав входят фракции: предельная, крупная, основная, смежная, мелкая. Различают также комплексную фракцию, состоящую из несколь­ких фракций, например, из основной и смежной.

Микро- и тонкие микропорошки разделяют на номера зернистости гидроклассификацией. Способ основан на разной скорости оседания в во­де зерен неодинаковых размеров. Используемые для этого устройства (рис. 1) представляют собой ряд каскадно расположенных классификато­ров, которые имеют форму конуса с цилиндром в основании. Площадь ^; сечения цилиндрической части классификаторов последовательно увели­чивается. Абразивная пульпа, непрерывно поступающая в дозатор 1, са­мотеком проходит последовательно через все классификаторы. В каждом сечении конической части классификаторов во взвешенном состоянии

______„po-j-jxj_____________ находятся зерна, скорость

\, ----------------tx»-j------х-------------:->_) оседания которых равна CD­S' 2 2 у ответствующей этому уров-Т ^^, £==, [ ню вертикальной состав-1. у 1 О 3 Y-—' ляющей скорости восходя-Т *si=b 4г if^T Т щего потока. В цилиндриче-

Y. ₄ V ской части скорость потока

\ / \ У постоянна, но не одинакова

'VV⁷ \/ ^по абсолютной величине в

—¥ каждом классификаторе. В

классификаторе 2 она равна

Рис. 1. Схема гидроклассификаци скорости оседания зерен ос-микропорошков новной фракции наиболее

крупного из выделяемых номеров зернистости. Зерна этой и более мелких фракций выносятся во­дой и поступают в следующий классификатор 3. Здесь скорость восходя­щего потока меньше. Зерна основной фракции остаются как выделенный номер зернистости, а имеющие меньший размер уходят в классификатор 4-и т.д. Одновременно работают две одинаковые, параллельно соединен­ные линии классификаторов. В то время как в одной линии ведут разде­ление порошков, в другую в это время, перекрыв поступление пульпы, подают чистую воду. Происходит очистка порошков от побочных фрак­ций. Управление процессом полуавтоматическое.

находятся зерна, скорость оседания которых равна со­ответствующей этому уров­ню вертикальной состав­ляющей скорости восходя­щего потока. В цилиндриче­ской части скорость потока постоянна, но не одинакова по абсолютной величине в каждом классификаторе. В классификаторе 2 она равна скорости оседания зерен ос­новной фракции наиболее крупного из выделяемых

1.2. ПОЛИРУЮЩИЕ АБРАЗИВЫ

В качестве полирующих абразивов используют находящиеся в по­рошкообразном состоянии окислы некоторых веществ, в частности:

Крокус - безводная окись железа Fе₂Оз тождественная природному гематиту а-модификации. Получают осаждением солей железа (сульфат­ного, углекислого, щавелевокислого) из раствора и их последующим про­каливанием при 700 - 800° С. Форма зерен изометрическая, средний раз­мер 0,6 - 1,0 мкм. Применение ограничивает низкая, по сравнению с дру­гими порошками, полирующая способность. Используют при полирова­нии деталей, поверхности которых должны удовлетворять первому клас­су чистоты (сетки, шкалы и др.). Концентрация суспензии Т:Ж=1:5 -1:10.

Полирит оптический — порошок, состоящий в основном из оки­слов редкоземельных металлов. Полирующим веществом является окись церия СеСЬ, содержание которой составляет 50%. Размер зерен основной фракции 1,3-1,4 мкм. Область применения - полирование деталей из хи­мически стойких и химически нестойких стекол, в том числе стекол типа ФФС. Концентрация водн Порошок ПФ - тонкодисперсный порошок, зерна которого, как и зерна полирита оптического, представляют твердый раствор окиси церия в окислах и фторидах редкоземельных элементов. Массовая доля СеО₂ составляет 81 - 99%. Размер зерен основной фракции 0,9 - 1,4 мкм. Ис­пользуют при полировании деталей из химически стойких стекол (за ис­ключением стекол типа СТК, ФФС) на эластичных полировальниках. Концентрация водной суспензии Т:Ж=1:15 - 1:20. Порошок токсичен. Его пыль действует на слизистую оболочку верхних дыхательных путей и внутренние органы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) порошка в воздухе - 5 мг/м³. При работе с порошком необходимо соблюдение пра­вил техники безопасности и промышленной санитарии.

Церит - порошок с содержанием окиси церия 99,9%. Размер зерен основной фракции 0,7 - 1,2 мкм. Отсутствие остаточных напряжений в зернах определяет высокую полирующую способность порошка. Его от­личительной особенностью является устойчивость суспензии к осажде­нию и вспениванию. Область применения - полирование деталей из хи­мически нестойких стекол с высокой твердостью по сошлифовыванию, в частности стекол типа СТК. Могут быть применены полировальники из пенополиуретана и интенсивные режимы полирования. Концентрация водной суспензии Т:Ж=1:10.

Фотопол - порошок, состав которого аналогичен порошку церит. Размер зерен основной фракции 0,4 - 0,75 мкм. Полирующая способность примерно на 40% ниже, чем у церита. Используют для полирования и до­водки поверхностей деталей из химически нестойких стекол (ЛФ, Ф, ТФ, ОК, ФФС) и некоторых кристаллов (Si, Ge, ДКДП), к точности формы поверхности которых предъявляются высокие требования. Материал ра­бочей поверхности полировальников - полировочные смолы. Концентра­ция водной суспензии порошке Т:Ж=1:10.

Окись тория - ThOa- Тонкодисперсный порошок, получаемый прокаливанием гидроокиси тория или его органических солей. Поли­рующая способность выше, чем у полирита оптического и порошка ПФ. Трудоемкость изготовления порошка определяет его высокую стоимость ограничивающую применение.

При полировании борлантановых стекол типа ТК, ОТК, БФ, ТБФ, на пекоканифолевых подложках порошками на основе окиси церия, к об­рабатываемой поверхности "прилипают" частицы абразива. Причиной яв­ляется образование малорастворимых карбоновых мыл, которые и при­клеивают эти частицы к поверхности стекла. Для полирования стекол указанных типов разработан ряд композиций на основе соединений цир­кония, в частности:

Цироспол - порошок, представляющий механическую смесь окиси циркония ZrOa (80 - 70%) и двойного основного сульфата циркония Zr(OH)zSO4 (20 - 30%). Оптимальная концентрация суспензии Т:Ж=1:3. ой суспензии Т:Ж=1:10. Для стекол разных марок содержание основного сульфата изменяется в пределах от 10 до 60%. Двойной основной сульфат циркония может быть заменен на двойной основной сульфат циркония и титана. Присутствие последнего в количестве 1,3 - 1,5% ускоряет процесс полирования.

Недостаток циркониевых полировальных композиций, их кислот­ность, которая приводит к быстрому износу оборудования находящего в контакте с суспензией.

Качество абразивов оценивают по их полирующей способности и чистоте полированной поверхности.

5. ОПЕРАЦИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТЕКЛА 5.1. РАСПИЛИВАНИЕ СТЕКЛА

Распиливание относится к операциям изготовления заготовок из стекла, которое не имеет приближенной формы будущей детали. В част­ности это стекло отлитое в блок, куски, полученные при разборке стекло­варенного сосуда, пластины.

Для распиливания блоков и больших кусков стекла, полученных после развалки сосуда, используют алмазные отрезные круги формы АПДС по ГОСТ 16115-78 (рис. 11).

Режущая кромка кругов составлена из отдельных алмазосо­держащих сегментов, связанных с несущей поверхностью посред­ством припаивания. Диаметр кругов от 250 до 2000 мм. Толщина от 2,5 до 12,0 мм. Исполь­зуется алмазный поро­шок марки А1 зерни­ стостью от 400/315 до 630/500. Относительная концентрация алмаза в алмазосодержащем слое от 25 до 100%. Количество сегментов зависит от диаметра круга и состав­ляет от 23 до 115 шт. Сегменты припаивают к корпусу серебряным при­поем марки ПСр по ГОСТ 19738-74, или другим припоем, исключающим графитизацию алмаза и нарушение физико-механических свойств связки. Распиливание стекла в виде кусков и пластин выполняют алмаз­ными отрезными кругами формы АОК по ГОСТ 10110-78 (рис. 12). Круги представляют собой диск из холоднокатаной стали марки 08кп по ГОСТ

1050-74, по периферии которого способом порошковой металлур­гии закреплен алмазосодержащий слой. Диаметр кругов от 50 до 500 мм. Толщина от 0,15 до 2,4 мм. Профиль алмазосодержащего слоя прямоугольный и трапецеи­дальный. Марки применяемых алмазов А2, АС15, АС20 и АС50. Зернистость от 50/40 до 630/500.

Концентрация возрастает от 25 до 100% с увеличением зернисто-:ти порошка, которая находится в прямой зависимости от диаметра круга.

Для распиливания больших блоков стекла используют алмазные полосовые штрипсовые пилы формы АПШ по ОСТ 3-6007-85 (рис. 13).

Предусмотрены 2 типоразмера пил отли­чающихся длиной (1150 и 1350) и числом элементов (9 и 14 соответственно). Каждый тип пилы имеет 3 размера алмазосодержа­щих элементов отличаю­щихся шириной (3,0; 3,5; 4,0 мм) и толщиной (5,0; 6,0; 7,0 мм). Длина элементов 20 мм. Зернистость алмазного порошка от 400/315 до 630/500. Концентрация 50, 75 и 100%. Для распиливания используют специализи­рованные станки разных моделей: 8805, АОС-200, СР-300 и др. Количе­ство смазочно-охлаждающей жидкости подаваемой в зону контакта инст­румента со стеклом составляет 30-40 л/мин.

Данные для ориентировочного выбора режима распиливания стек­ла алмазными отрезными кругами АОК и АПДС приведены в таблице 4.

Дата добавления: 2015-07-11