Vývoj a aplikace brusiv a brusných nástrojů

Brusné nástroje jsou nástroje používané k broušení, lapování a leštění. Většina brusných nástrojů jsou umělé nástroje vyrobené z brusiv a pojiv a existují i ​​přírodní brusné nástroje přímo zpracované z přírodních minerálů. Kromě toho, že jsou brusné nástroje široce používány ve strojírenské výrobě a v dalších odvětvích zpracování kovů, nacházejí uplatnění také v potravinářském, papírenském průmyslu a při zpracování nekovových materiálů, jako je keramika, sklo, kámen, plasty, pryž a dřevo. Při použití brusných nástrojů, kdy jsou brusná zrna otupená, v důsledku částečné fragmentace samotných brusných zrn nebo porušení pojiva, brusná zrna částečně nebo úplně odpadnou z brusného nástroje a brusivo na pracovní ploše brusného nástroje brusný nástroj neustále objevuje nové řezné hrany nebo nepřetržitě odhaluje nová ostrá brusná zrna, takže brusný nástroj může udržovat řezný výkon po určitou dobu. Tato samoostřící vlastnost brusných nástrojů je výraznou vlastností brusných nástrojů ve srovnání s obecnými řeznými nástroji.

Již v neolitu lidé začali používat přírodní brusné kameny ke zpracování kamenných nožů, kamenných seker, kostěných nástrojů, rohovin a zubních nástrojů. V roce 1872 se ve Spojených státech objevily keramické brusné kotouče vyrobené z přírodních brusiv a hlíny. Kolem roku 1900 vznikla umělá brusiva a postupně se vyráběly různé brusné nástroje z umělých brusiv, které vytvářely podmínky pro rychlý rozvoj brusek a brusek. Od té doby se podíl přírodních brusných nástrojů v brusných nástrojích postupně snižoval.

Brusiva jsou rozdělena do dvou kategorií podle jejich surovinových zdrojů: přírodní brusiva a umělá brusiva. Jediným přírodním brusivem běžně používaným ve strojírenství je olejový kámen. Umělá brusiva jsou klasifikována do pěti kategorií podle jejich základních tvarů a strukturálních charakteristik: brusné kotouče, brusné hlavy, olejové kameny, pískové dlaždice (souhrnně označované jako lepená brusiva) a brusiva s povlakem. Kromě toho jsou brusiva také obvykle klasifikována jako typ brusiva.

Lepená brusiva lze rozdělit na běžná brusiva s pojivem a supertvrdá brusiva s pojivem podle použitého brusiva. První je vyroben z běžných brusiv, jako je korund a karbid křemíku, zatímco druhý je vyroben ze supertvrdých brusiv, jako je diamant a kubický nitrid boru. Kromě toho existují některé speciální odrůdy, jako jsou brusiva ze slinutého korundu.

Běžná brusiva vázaná brusiva jsou brusiva, která jsou spojena pojivem tak, aby vytvořila určitý tvar a měla určitou pevnost. Obvykle se skládají z brusiv, pojiv a pórů, které se často nazývají tři prvky lepených brusiv.

Brusivo hraje v brusném nástroji řeznou roli. Pojivo je materiál, který konsoliduje volné brusivo do brusného nástroje. Existují dva typy: anorganické a organické. Anorganická pojiva zahrnují keramiku, křemičitan hořečnatý a sodný atd.; organická pojiva zahrnují pryskyřice, kaučuk a šelak atd. Z nich se nejčastěji používá keramika, pryskyřice a pryžová pojiva.

Během broušení mohou póry obsahovat a odvádět třísky a mohou také obsahovat chladicí kapalinu, která pomáhá odvádět teplo z broušení. Pro splnění určitých speciálních požadavků na zpracování mohou být póry také impregnovány určitými plnivy, jako je síra a parafín, aby se zlepšil výkon brusného nástroje. Toto plnivo se také nazývá čtvrtým prvkem brusného nástroje.

Položky, které označují vlastnosti běžných brusných lepených brusných nástrojů zahrnují: tvar, velikost brusiva, velikost částic, tvrdost, strukturu, podklad, podkladové lepidlo a pojivo. Tvrdost brusných nástrojů označuje obtížnost odpadávání brusných zrn z povrchu brusných nástrojů působením vnější síly, což odráží sílu pojiva udržet brusná zrna.

Tvrdost brusného nástroje závisí především na množství přidaného pojiva a hustotě brusného nástroje. Pokud brusné částice snadno odpadávají, znamená to, že brusný nástroj má nízkou tvrdost; jinak to znamená, že tvrdost je vysoká. Úroveň tvrdosti je obecně rozdělena do sedmi hlavních úrovní: super měkká, měkká, středně měkká, střední, středně tvrdá, tvrdá a super tvrdá. Tyto úrovně lze dále rozdělit na několik malých úrovní. Metodami měření tvrdosti brusných nástrojů jsou ruční kuželová metoda, mechanická kuželová metoda, metoda tvrdoměru podle Rockwella a metoda tvrdoměru pískování.

Tvrdost brusného nástroje má odpovídající vztah k jeho dynamickému modulu pružnosti, což vede k použití audio metody k měření dynamického modulu pružnosti brusného nástroje k vyjádření tvrdosti brusného nástroje. Při procesu broušení, pokud je tvrdost materiálu obrobku vysoká, je obecně zvolen brusný nástroj s nízkou tvrdostí; jinak se zvolí brusný nástroj s vysokou tvrdostí.

Mikrostrukturu brusných nástrojů lze zhruba rozdělit do tří kategorií: těsné, střední a volné. Každou kategorii lze dále rozdělit do několika úrovní, které jsou odlišeny čísly mikrostruktury. Čím větší je číslo mikrostruktury brusného nástroje, tím menší je objemové procento brusiva v brusném nástroji, tím větší je mezera mezi zrny brusiva a tím volnější je mikrostruktura. Naopak, čím menší číslo mikrostruktury, tím těsnější mikrostruktura. Brusné nástroje s volnou mikrostrukturou není snadné pasivovat během použití, generují méně tepla během procesu broušení a mohou snížit tepelnou deformaci a popáleniny obrobku. Brusná zrna brusných nástrojů s těsnou mikrostrukturou nesnadno odpadávají, což přispívá k zachování geometrického tvaru brusného nástroje. Mikrostruktura brusného nástroje je během výroby kontrolována pouze podle vzorce brusného nástroje a obecně se neměří.