Razvoj i primjena abraziva i alata za brušenje

Brusni alati su alati koji se koriste za brušenje, lakiranje i poliranje. Većina abrazivnih alata su umjetni alati napravljeni od abraziva i veziva, a postoje i prirodni abrazivni alati direktno obrađeni od prirodnih minerala. Osim što se široko koriste u proizvodnji strojeva i drugim metaloprerađivačkim industrijama, abrazivni alati se također koriste u prehrambenoj, papirnoj industriji i obradi nemetalnih materijala kao što su keramika, staklo, kamen, plastika, guma i drvo. Prilikom upotrebe abrazivnog alata, kada su abrazivna zrna tupa, zbog djelomične fragmentacije samih abrazivnih zrna ili loma veziva, zrna abraziva djelomično ili potpuno otpadaju sa abrazivnog alata, a abraziv na radnoj površini brusnog alata. abrazivni alat kontinuirano pojavljuje nove rezne ivice ili kontinuirano izlaže nova oštra abrazivna zrna, tako da abrazivni alat može zadržati performanse rezanja u određenom periodu vremena. Ovo svojstvo samooštrenja abrazivnih alata je istaknuta karakteristika abrazivnih alata u poređenju sa opštim alatima za rezanje.

Već u neolitskom dobu, ljudi su već počeli koristiti prirodno kamenje za mljevenje za obradu kamenih noževa, kamenih sjekira, koštanih alata, oruđa od roga i zubnog alata. Godine 1872. u Sjedinjenim Državama pojavile su se keramičke brusne ploče od prirodnih abraziva i gline. Oko 1900. godine nastaju umjetni abrazivi, a proizvodi se jedan za drugim razni alati za brušenje od umjetnih abraziva, stvarajući uslove za brzi razvoj mašina za mljevenje i brušenje. Od tada se udio prirodnih alata za brušenje u alatima za brušenje postepeno smanjivao.

Abrazivi se dijele u dvije kategorije prema izvoru sirovine: prirodni abrazivi i umjetni abrazivi. Jedini prirodni abraziv koji se obično koristi u industriji mašina je uljni kamen. Umjetni abrazivi su klasifikovani u pet kategorija prema njihovim osnovnim oblicima i strukturnim karakteristikama: brusne ploče, brusne glave, uljni kamenčići, pješčane pločice (zajedno nazvane vezani abrazivi) i obloženi abrazivi. Osim toga, abrazivi se također uobičajeno klasificiraju kao vrsta abraziva.

Vezani abrazivi se mogu podijeliti na uobičajene abrazivne vezane abrazive i super-tvrde abrazivne vezane abrazive prema korištenim abrazivima. Prvi je napravljen od uobičajenih abraziva kao što su korund i silicijum karbid, dok je drugi napravljen od super tvrdih abraziva kao što su dijamant i kubni bor nitrid. Osim toga, postoje neke posebne varijante, kao što su sinterirani korundni abrazivi.

Obični abrazivni vezivni abrazivi su abrazivi koji su vezani vezivom da formiraju određeni oblik i imaju određenu čvrstoću. Uglavnom se sastoje od abraziva, veziva i pora, koje se često nazivaju tri elementa vezanih abraziva.

Brusna sredstva igraju ulogu rezanja u alatu za brušenje. Vezivo je materijal koji konsoliduje labavi abraziv u alat za brušenje. Postoje dvije vrste: neorganski i organski. Neorganska veziva uključuju keramiku, magnezijum i natrijum silikat, itd.; organska veziva uključuju smole, gumu i šelak itd. Među njima se najčešće koriste keramika, smole i veziva od gume.

Tokom mljevenja, pore mogu sadržavati i uklanjati strugotine, a također mogu zadržati rashladnu tekućinu, koja pomaže da se rasprši toplina mljevenja. Da bi se ispunili određeni posebni zahtjevi obrade, pore se također mogu impregnirati određenim punilima, kao što su sumpor i parafin, kako bi se poboljšale performanse abrazivnog alata. Ovo punilo se naziva i četvrti element abrazivnog alata.

Stavke koje ukazuju na karakteristike običnih abrazivnih alata su: oblik, veličina abraziva, veličina čestica, tvrdoća, struktura, podloga, ljepilo za podlogu i vezivno sredstvo. Tvrdoća abrazivnih alata odnosi se na poteškoću otpadanja abrazivnih zrna s površine abrazivnog alata pod djelovanjem vanjske sile, što odražava snagu vezivnog sredstva da zadrži abrazivna zrna.

Tvrdoća abrazivnog alata uglavnom ovisi o količini dodanog veziva i gustoći abrazivnog alata. Ako abrazivne čestice lako padaju, to znači da abrazivni alat ima nisku tvrdoću; inače, to znači da je tvrdoća visoka. Nivo tvrdoće se generalno deli na sedam glavnih nivoa: super meko, meko, srednje meko, srednje, srednje tvrdo, tvrdo i super tvrdo. Ovi nivoi se mogu dalje podijeliti na nekoliko malih nivoa. Metode za mjerenje tvrdoće abrazivnih alata su ručna konusna metoda, mehanička konusna metoda, Rockwellova metoda mjerenja tvrdoće i metoda mjerenja tvrdoće pjeskarenjem.

Tvrdoća brusnog alata 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, obično se bira alat za brušenje niske tvrdoće; u suprotnom, odabire se alat za brušenje visoke tvrdoće.

Mikrostruktura abrazivnih alata može se grubo podijeliti u tri kategorije: čvrsta, srednja i labava. Svaka kategorija se dalje može podijeliti na nekoliko nivoa, koji se razlikuju po brojevima mikrostrukture. Što je veći broj mikrostrukture abrazivnog alata, manji je volumenski postotak abraziva u abrazivnom alatu, širi je jaz između abrazivnih zrna i labavija je mikrostruktura. Suprotno tome, što je manji broj mikrostrukture, to je mikrostruktura čvršća. Brusni alat sa labavom mikrostrukturom nije lako pasivizirati tokom upotrebe, stvaraju manje toplote tokom procesa brušenja i mogu smanjiti toplotnu deformaciju i opekotine radnog komada. Abrazivna zrnca abrazivnih alata čvrste mikrostrukture ne mogu lako otpasti, što je pogodno za održavanje geometrijskog oblika abrazivnog alata. Mikrostruktura abrazivnog alata se kontroliše samo prema formuli abrazivnog alata tokom proizvodnje i generalno se ne meri.