Вы здесь

Абразивы для шлифования

Основными характеристиками абразивного материала являются:

  • 1) твердость, прочность и вязкость;
  • 2) форма абразивного зерна;
  • 3) абразивная способность;
  • 4) зернистость.

Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него другого, не получающего остаточных деформаций тела. Основным требованием, предъявляемым к абразивному материалу, является высокая твердость, так как именно это дает способность одному телу обрабатывать (шлифовать) поверхность другого, менее твердого. Твердость абразива характеризуется его местом по шкале твердости Мооса. Например, твердость алмаза по безразмерной десятибалльной шкале Мооса равна 10 (самая высокая твердость). Твердость корунда 9. Шлифующие качества абразивного материала зависят не только от его твердости, но и от прочности — способности воспринимать без разрушения удары и усилия, испытываемые абразивом при шлифовании. Очевидно, твердость абразивного материала должна сочетаться с определенной прочностью и хрупкостью его.

Хрупкость — это способность разрушаться под действием внешних сил быстропеременной величины (ударных сил). В отличие от вязких хрупкие тела имеют предел прочности ниже предела текучести. Абразивные материалы должны сохранять твердость при высоких температурах, развивающихся в процессе шлифования. Хрупкость абразивных зерен играет важную роль в сохранении абразивной (шлифующей) способности. При поломке абразивного зерна образуется новый острый режущий край. При недостаточной хрупкости зерна не ломаются, а стачиваясь, закругляются, абразивный инструмент загрязняется («засаливается») и теряет шлифующую способность. Мягкие материалы не всегда быстро стачиваются абразивами и вследствие этого могут иметь хорошее сопротивление абразивному воздействию. Например, чистое золото слабо поддается истиранию абразивом, так как в мягком материале абразивные частички срезают в виде стружки немного металла, а основную массу раздавливают по бокам, образуя царапины.

Кроме твердости абразивного материала, существует понятие «твердость» абразивного инструмента. Это сопротивляемость в связке вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента под влиянием внешних сил. В правильно выбранном круге связка удерживает абразивные материалы зерна только до их затупления, после чего затупившиеся зерна должны выкрашиваться (расщепляться) или же их следует удалить правкой. При шлифовании твердых металлов абразивные зерна затупляются быстрее, поэтому обновление рабочей поверхности круга должно происходить интенсивнее. В связи с этим, например, закаленные стали обрабатывают менее твердыми кругами, чем стали незакаленные. Цветные сплавы и металлы (бронза, латунь, медь, алюминий и др.) обрабатывают менее твердыми кругами, чем сталь. Потеря работоспособности круга может произойти не только в результате его затупления, вызываемого округлением вершин, но и забивания его пор стружкой и другими отходами шлифования («засаливания»), что чаще всего наблюдается при шлифовании весьма пластичных (мягких) металлов. К таким металлам относят медь, алюминий, легкоплавкий сплав, шлифование которых производят мягкими кругами.

Важно правильно выбрать шлифовальный инструмент. Если круг слишком твердый, то при шлифовании обрабатываемая деталь быстро нагревается, круг затупляется и перестает резать. Если же круг слишком мягкий, то он режет производительно, но быстро изнашивается. Иногда для повышения твердости керамических кругов их пропитывают бакелитом.

Форма абразивных зерен. Искусственные и природные абразивные материалы измельчаются на специальных дробилках в зерна различной величины. Процесс дробления не может обеспечить правильной геометрической формы отдельных абразивных зерен. Изучение абразивных зерен разной зернистости при помощи микроскопа позволило сделать следующие основные выводы:

  • 1) абразивные зерна являются многогранником неправильной формы, режущий, царапающий элемент абразивного зерна имеет, как правило, пирамидальную форму;
  • 2) каждый режущий, царапающий элемент абразивного зерна имеет округленную вершину, причем обычно у более крупных абразивных зерен радиусы округлений вершин больше.

Зерно может иметь приблизительно равные высоту, ширину и толщину (изометрическая форма) или мечевидную и пластинчатую форму, что определяется природой абразивного материала и степенью измельчения исходного зерна. Форма зерна должна быть ближе к изометрической, так как зерна мечевидной и пластинчатой формы не обладают достаточной прочностью. Дополнительной обработкой абразивного материала в аппаратах, сходных по устройству с пескоструйной установкой, улучшают форму зерна. После обработки зерна приобретают форму, близкую к изометрической.

Абразивная способность характеризуется количеством снимаемого материала до затупления зерен и, помимо физических свойств материала, в значительной мере зависит от состояния поверхности абразивного зерна. По абразивным свойствам абразивы располагаются в следующем порядке: алмаз, корунд, электрокорунд, естественный корунд, наждак, гранат, кварц.

Абразивные круги

Абразивный инструмент — инструмент, предназначенный для механической обработки поверхности (изделие, поверхность пломбы и др.). К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги (рис. 65), различной формы головки специального стоматологического абразивного инструмента (рис. 66), бруски, карандаши и др. Важным свойством абразивного инструмента является его способность к частичному или полному самозатачиванию. Восстановление режущей способности объясняется тем, что при затуплении абразивных зерен возрастает усилие резания и зерна разрушаются или выкрашиваются, причем обнажаются острые режущие кромки других зерен, находящихся под ними. При этом режущая способность восстанавливается до первоначальной. При частичном самозатачивании лишь небольшая часть затупившихся зерен выкрашивается или разрушается полностью, режущая способность восстанавливается лишь отчасти и абразивный инструмент постепенно утрачивает режущую способность. Структура абразивных инструментов определяется числом и размерами пор. Абразивные инструменты характеризуют:

  • 1) родом абразивного материала (Э — электрокорунд, Е — корунд естественный, КЧ — карборунд черный, КЗ — карборунд зеленый и т. д.);
  • 2) номером зернистости (от № 10 до 320 — порошки, от № 28 до 45 — микропорошки);
  • 3) классом твердости (ЧМ — чрезвычайно мягкий, ВМ — весьма мягкий, М — мягкий, СМ — среднемягкий, С — средний, СТ—среднетвердый, Т — твердый, ВТ — весьма твердый, ЧТ — чрезвычайно твердый);
  • 4) родом связки (К — керамическая, Б — бакелитовая, В — вулканитовая, С — силикатная);
  • 5) структурой (от 0 до № 12).

Формы головок стоматологического абразивного инструмента



Связующие материалы. Назначение связующих материалов заключается в цементировании абразивных зерен для получения инструмента (круг) требуемой конфигурации и размера. Связующие материалы (связки) делят на неорганические (керамическая, силикатная, магнезиальная, стеклоцементная) и органические (вулканитовая, бакелитовая, акриловая).

Керамическая связка состоит из шпата, огнеупорной (белой) глины и талька, а также в ряде случаев имеет добавки других материалов (мел, кварц и др.). Этот состав связки позволяет получать круги, имеющие различные характеристики, достаточно высокую механическую прочность и применяемые наиболее широко. Круги на керамической связке превосходят все остальные по огнеупорности, химической стойкости и не боятся влаги, но хрупки, довольно сложны в изготовлении и не позволяют работать со скоростями свыше 35 м/с.

Бакелитовая связка получила широкое распространение, так как обладает высокой прочностью, достаточной упругостью и гладкими поверхностями связей, уменьшающими теплообразование при шлифовании. Это имеет большое значение для зубо-технических работ, при которых необходим минимальный нагрев шлифуемого материала (например, зуба). Недостатком бакелитовой связки является меньшая прочность сцепления с абразивными зернами по сравнению с керамической связкой, а также потеря прочности при нагреве свыше 180 °С. Эти круги могут быть изготовлены с большим диапазоном твердости и зернистости и допускают скорость шлифования 50—60 м/с.

Вулканитовая связка обладает еще большей упругостью (эластичностью) и плотностью, чем бакелитовая. Материалом для вулканитовой связки является каучук с добавкой серы (до 30%), который после смешения с абразивными зернами подвергается вулканизации. Круги на вулканитовой связке являются незаменимыми при чистом шлифовании, когда от круга требуется не только шлифующее, но и полирующее действие. Полирующее действие этих кругов объясняется размягчением связки при температуре в рабочей зоне около 150 °С и выдавливание абразивных зерен в эту размягченную связку. Абразивный инструмент на бакелитовой и вулканитовой связке очень прочен и дает хорошие результаты при создании промежутка между стоящими рядом зубами, при шлифовке канавок и т. д.

Скорость. В процессе шлифования скорость движения абразива имеет существенное значение. Чем медленнее движется абразив, тем большую стружку снимает зерно абразива и, следовательно, тем большее разрушающее усилие испытывает абразивное зерно. При быстром движении по поверхности обрабатываемого изделия абразив снимает меньшую стружку и поэтому испытывает меньшее сопротивление, а следовательно, меньше изнашивается. При одинаковой скорости грубые абразивные частицы снимают больше материала обрабатываемого изделия, но оставляют более глубокие царапины. За скорость движения абразива принимают его линейную скорость, выраженную в метрах в секунду. Оптимальная скорость абразива с сохранением его эффективной абразивной способности зависит от вида абразивного материала. Для большинства абразивов оптимальная скорость равна 25—30 м/с. Эта скорость достижима только в случае использования абразивных кругов большого диаметра на зуботехнических станках, дающих до 3000 об/мин.

Давление. Абразивы должны придавливаться к обрабатываемой поверхности. В полости рта нельзя применять большое давление, так как это может привести к поломке инструмента и травмированию больного. Кроме того, излишнее давление приводит к возникновению теплоты трения, что является нежелательным.

Тепловые явления при шлифовании. Процесс шлифования (массового царапания) сопровождается возникновением на обрабатываемой поверхности огромного числа высокотемпературных очагов. Источником теплоты при шлифовании является работа деформирования материала и работа внешнего трения абразивных зерен о поверхность металла или другого обрабатываемого материала. Поскольку шлифовальный круг практически нетеплопроводен, а сечение снимаемого слоя незначительно, возникающая теплота отводится в массу обрабатываемого изделия.

При резании и царапании абразивными зернами поверхностного слоя металла могут отмечаться высокие мгновенные температуры, особенно при шлифовании твердых материалов. Такие температуры могут привести к структурным изменениям в закаленной стали, появлению ожогов (шлифовочным ожогом называется местное изменение структуры поверхностного слоя шлифуемого изделия в результате воздействия высоких местных температур в рабочей зоне) и даже шлифовочных трещин, т. е. к снижению механических свойств поверхностного слоя, главным образом снижению твердости и износоустойчивости. Тепловой эффект зависит в основном от скорости движения абразива, давления и остроты режущих граней и зерен абразива. Повышение температуры надо учитывать при шлифовании пластмассовых базисов, которые могут размягчаться и при этом деформироваться. Этого можно избежать, охлаждая обрабатываемые протезы водой или ограничивая интенсивность шлифовки.

Скорость абразивной операции в полости рта надо также ограничивать. Если зуб препарируют очень быстро без эффективного охлаждения, повышение температуры приводит к повреждению нежной ткани зуба. Температура дентина препарируемого зуба может достигнуть 200 °С, причем температура пульпы может повыситься на 30 °С, что вызывает болезненные явления. Грубый абразивный инструмент обеспечивает быстрое шлифование и оставляет глубокие царапины, мелкий — более медленное шлифование и более гладкую поверхность. Высокая линейная скорость приводит к быстрому процессу шлифования, значительному повышению температуры, небольшому износу абразивного материала, умеренно гладкой поверхности, низкая линейная скорость — к медленному процессу шлифования, небольшому повышению температуры, износу абразивного материала или выкрашиванию его из связующего вещества и к более глубоким царапинам.

Исходя из изложенного, при шлифовании зуботехнических изделий необходимо соблюдать следующие условия:

  • 1) подбирать зернистость абразивного инструмента в зависимости от количества удаляемого материала;
  • 2) применять умеренно высокую скорость вращения абразивного инструмента;
  • 3) использовать соответствующее охлаждение.

Почти все зуботехнические абразивные материалы применяются при эффективности ниже максимальной. Однако это не является недостатком, так как в зуботехнической практике скорость шлифования ограничивается тепловыделением.