Основными материалами (сырьем) для изготовления абразивного камнеобрабатывающего инструмента служат абразивные материалы (абразивы) и удерживающие их в рабочем слое инструмента связующие вещества (связки).
Абразивы (от латинского абразио – соскабливание). Представляют собой материалы повышенной твердости и режущей способности, используемые для резания и шлифовки металлов, горных пород, минералов, керамических изделий и др.
Подавляющее большинство абразивов входит в состав рабочего слоя инструмента в измельченном состоянии, закрепляясь там связкой. Это так называемые связанные абразивы, в отличие от которых некоторые абразивы (техническая дробь, карборунд, кварцевый песок), не связанные в инструменте, принято называть свободными.
Таблица 1. Физико-механические свойства алмазов и других абразивных материалов
| Материал | Плотность, кг/м3 | Твердость по шкале Mooca, единицы | Микротвердость, ГПа | Модуль упругости, ГПа | Относительная абразивная способность, единицы | Предел прочности при сжатии, ГПа | Температуростойкость, °C |
| Алмаз природный | 3520 | 10 | 98,4 | 900,0 | 1,0 | 2,0 | 700—800 |
| Алмаз синтетический | 3500 | 10 | 84,4—98,1 | 720,0—930,0 | 0,8 | 2,0 | 700—800 |
| Карборунд (карбид кремния – черный и зеленый) | 3200 | 9 | 34,0 | 365 | 0,25—0,45 | 1,5 | 1300—1400 |
| Корунд | 4020 | 9 | 20,0 | 357 | 0,15—0,25 | 1,1 – 1,6 | 1700—1800 |
| Электрокорунд | 3900 | 9 | 19,2 | 350 | 0,20—0,30 | 0,7-0,8 | 1250—1300 |
| Карбид бора | 2500 | 9 | 41,0 | 296 | 0,20—0,25 | 1,8 | 700—800 |
| Кварц | 2700 | 7 | 12,5 | 70 | 0,05—0,07 | 0,4 | 1500—1800 |
К абразивам относятся самые, различные по характеру и свойствам материалы: кварцевый песок, карборунд, техническая дробь, а также корунд и электрокорунд. Особую разновидность абразивов составляют алмазы, которые из-за их уникальных свойств принято выделять в самостоятельную группу материалов, состоящую из природных и искусственных (синтетических) алмазов. Основные усредненные свойства алмазов и других характерных абразивов приведены в табл. 1.
Рядовые (неалмазные) абразивы также подразделяются на природные (кварц, корунд) и искусственные, получаемые промышленным способом (карборунд, электрокорунд, техническая дробь).
Кварц
Кварц – минерал (оксид кремния), широко распространенный в природе в виде песка, песчаников, кварцитов. Кварцевый песок – первый абразив, который благодаря доступности и небольшой стоимости длительное время использовался при распиловке камня штрипсовыми (полосовыми) и канатными пилами. Его применяли только в свободном состоянии, подавая с водой в пропилы под режущую часть пилы. В настоящее время этот древнейший абразив сохранил лишь частичное применение при распиловке камня неармированными канатными пилами. Изредка кварц (в виде кварцевого песка) используют также при изготовлении инструмента для тонкой шлифовки (лощения).
Корунд (оксид алюминия) – минерал, обладающий высокой твердостью и ударной вязкостью. В настоящее время корунд практически заменен искусственными абразивами.
Карборунд
Карборунд (карбид кремния) – химическое соединение кремния с углеродом, получаемое плавкой в электропечах при температуре около 2200 °С. Сырьем служат кварцевый песок и углеродистые вещества – нефтяной кокс и антрацит. Абразивная промышленность выпускает два вида карборунда: черный (КЧ), содержащий не менее 9.5 % кремния, и зеленый (КЗ) – не менее 97 %.
Зерна карборунда имеют кристаллы многогранников пластинчатой и игольчатой формы, длина которых в 2—3 раза больше их поперечного сечения.
Из карбида кремния получают шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки, используемые при изготовлении различного инструмента для шлифовки, калибровки и профилировки камня. Раньше карборунд широко применялся также при распиловке камня как в свободном, так и в связанном состоянии (дисковые абразивные пилы). Абразив закреплялся на корпусе инструмента в бакелитовой или керамической связке. В настоящее время при распиловке камня он полностью вытеснен алмазными пилами и имеет единичное использование в свободном состоянии при распиловке прочных пород канатными пилами.
Электрокорунд
Электрокорунд – искусственный корунд на основе природного корунда в его кристаллической форме, получаемый путем восстановительной плавки пород, богатых глиноземом (чистый глинозем или бокситы), в электропечах при температуре около 2000 °С. Твердость его больше, чем у природного корунда.
Зерна электрокорунда имеют шероховатую поверхность и более простую конфигурацию, чем зерна карборунда.
В зависимости от содержания корунда электрокорунд изменяет цвет, структуру и свойства. Это обусловило его подразделение на нормальный (алунд), белый (корракс) и монокорунд.
Нормальный электрокорунд
Нормальный электрокорунд (содержание корунда 93—95 %) имеет коричневый цвет и характеризуется высокой механической прочностью зерен при их повышенной вязкости, что обеспечивает эффективную работу камнеобрабатывающего инструмента с переменными нагрузками. Используется он в производстве инструмента на керамических и органических связках для шлифовки, калибровки и профилировки камня (преимущественно марки 13А и 14А).
Белый электрокорунд (содержание корунда 98—99 %) более однороден по своему химическому составу и физическим свойствам по сравнению с нормальным электрокорундом и имеет одинаковую с ним область применения.
Монокорунд
Монокорунд (содержание корунда до 99 %) обладает повышенной режущей способностью. Его выпускают в виде шлиф- зерна и шлифпорошка, используемых для тех же целей, что и другие разновидности электрокорунда.
Зерна монокорунда являются в большей части монокристаллами (а не их осколками). Они имеют большее, по сравнению с другими видами электрокорунда, число граней и меньше дефектов (раковин, пустот и т. п.).
Техническая дробь
Техническая дробь (рис. 1) – металлический абразив, широко используемый при распиловке прочных изверженных пород гладкими штрипсовыми пилами, а также для их грубой шлифовки (обдирки), т. е. в свободном состоянии. Дробь характеризуется невысокой стоимостью и простотой классификации и рекуперации. Изготавливается она из чугуна и стали в соответствии с ГОСТ 11964—81 Е. В зависимости от вида металла и формы различают следующие марки дроби: ДЧЛ – дробь чугунная литая, ДЧК – чугунная колотая, ДСЛ – стальная литая, ДСК – стальная колотая, ДСС – стальная рубленая из проволоки (сечка), ДСЛБ – стальная литая буровая.
- а — I типа (мозаичные);
- б— II типа (брекчиевидные);
- в —III типа (орнаментные).
Рисунок 2. Дробь техническая:
а – чугунная литая; б – чугунная колотая
Рисунок 3. Кристаллические решетки: а – алмаза; б – графита
Каждая из перечисленных марок дроби выбирается по номерам. Номер дроби примерно соответствует ее диаметру: № 0,8 (0,7-0,9 мм), № 1,0 (0,9-1,2 мм), № 1,2 (1,1-1,3 мм), № 1,5 (1,2-1,6 мм), № 2,0 (1,6—2,2 мм). Дробь указанных номеров применяется для распиловки камня, причем диаметр дроби должен составлять примерно 1/4 толщины пилы. Предпочтение отдается ДЧЛ номеров 0,8; 1,0 или 1,2 (иногда с добавкой в количестве 20—30 % дроби ДСС № 1,2). Для грубой шлифовки обычно используют дробь номеров 1,5 и 2,0.
Истинная плотность технической дроби составляет 7800 кг/м3, средняя плотность (в зависимости от крупности) литой дроби— 3800 ч-5250, колотой и рубленой – 38004-4000 кг/м3. Твердость по HRC чугунной дроби – 504-60 ед., стальной (с закалкой и отпуском) – 354-50 ед. Прочность на разрушение при статической нагрузке: чугунной дроби – 4000 Н, стальной – 2000 Н.