История шлифования и абразивного инструмента
История шлифования начинается ещё в каменном веке. Период «неолита» явился временем начала развития технологий обработки камня, кости и рога. Около восьми тысяч лет назад люди освоили технику пиления, сверления и шлифовки. Эти открытия вызвали настоящую революцию в развитии общества, названную неолитической революцией. Но она не смогла бы состояться без использования в те далекие времена абразивных материалов.
Начались поиски материалов и минералов, пригодных для производства предметов труда и орудий. Неолит стал также и временем первого знакомства с самородными металлами - медью, золотом и серебром. Шлифование как метод обработки известно человеку с незапамятных времен: тем или иным способом обтачивались и шлифовались практически все создаваемые человеком орудия охоты и предметы быта. История и развитие разнообразного абразивного инструмента - неотъемлемая часть истории развития человечества.
На ранних этапах заготовку просто шлифовали о шершавый камень. Затем между заготовкой и шлифовальным камнем стали подсыпать кварцевый песок. Это ускорило процесс обработки. Наконец, был освоен процесс мокрой шлифовки, когда шлифовальную плиту обильно и часто поливали водой. Для окончательной отделки и полировки древние умельцы применяли измельченный пемзовый порошок, который наносили с помощью кусочка кожи. Искусство полировки доходило до такой высоты, что в некоторых местностях практиковалось производство каменных зеркал, вполне пригодных для употребления (на Гавайях такие зеркала делали из базальта, в доколумбовской Мексике - из обсидиана).
Впоследствии древние люди пришли к пониманию, что лучше шлифует песок не с реки или моря, хотя его проще достать, а добытый из земли, поскольку кромки у зерна острые, а у песка на воде за счет перекатывания и перетирания кромки округляются и для абразивных работ малопригодны. Потом начали применять другие природные абразивы: наждак, кремень и пр. В зависимости от географического положения, использовались различные абразивы - мелкие морские ракушки, корунды, гранаты, но основные принципы шлифования практически не менялись.
Развитие инструмента для сверления - от обычной деревянной палки до каменного сверла и изобретения лучкового способа вращения сверла в эпоху неолита - позволило делать первые отверстия в твердых и хрупких материалах. Технология сверления с применением абразивных порошков и трубчатых костей стала очередным великим открытием в производстве инструментов. Под перпендикулярно срезанный торец трубчатой кости, приводимой во вращение сначала руками, а затем, с открытием лука, - тетивой лука, обернутой вокруг кости, подсыпался абразивный порошок, и подавалась вода, как смачивающая и охлаждающая жидкость. Эта технология позволяла выполнять сквозное сверление во всех известных материалах, включая и кремень, окончательно решая проблему надежного закрепления ручек в топорах, молотках и т. п.
Когда же пиление и сверление было дополнено шлифовкой, древний человек полностью овладел всей технологией обработки камня. Главное отличие шлифовки камня от других способов обработки заключалось в возможности удалять материал очень малыми и ровными слоями, причем одновременно со всей поверхности заготовки. Появились инструменты правильных геометрических форм с гладкой поверхностью. Шлифовка позволяла обрабатывать материал любой формы, строения и твердости.
При переходе к железному веку железо становится основным материалом для производства оружия и орудий труда, усложнение хозяйственной деятельности привело человека к необходимости создания более совершенных инструментов с тщательно отделанными лезвиями. Люди научились обрабатывать металл, и для его шлифования требовались новые абразивы.
Из истории известно, что у многих народов и культур, особенно у скифов, абразивы были культовыми предметами. Ни один уважающий себя воин не обходился без специального предмета - точильного камня, древнего оселка. Благодаря нему точились мечи, ножи, заострялись двух, трёх и четырёхгранные наконечники стрел.
Древний оселок имел продолговатую форму с отверстием вверху, таким образом, его можно было без проблем прикрепить к поясу. В некоторых племенах северо-кавказских культур этот предмет связан с языческим богом неба и грозы. Оселки часто находят вместе и с другим арсеналом воина в протомеотских (досарматских) и киммерийских захоронениях, онипредставляютизсебяузкуюилиширокуюпластинукамнясутолщениемпосередине. Обломки брусков, сточенные до основания встречаются в древних поселениях и стоянках кочевников. Сделаны были точильные бруски из мелкозернистых пород песчаников, сланцевикварцитов.
Удивительно то, что в могильниках древние оселки чаще встречаются новые, специально для жизни в ином мире. Точила делались из разного камня (с мелкокристаллической структурой) часто твёрдых, красивых пород. Они хорошо отшлифованы, отверстие аккуратно просверлено либо с одной стороны, либо с двух. Самые длинные из них от18-21см.
Не менее древней является шлифовальная шкурка (наждачная бумага). Ещё в Древнем Китае, наряду с точильными камнями наждачка широко использовалась для изготовления домашней утвари и украшений. Её из разных природных материалов: измельченных моллюсков, разных семян, песка. Клей для создания бумаги делали как из веществ, образующихся при вываривании костей, так и растительных материалов с клеющими свойствами. Клеющими веществами наждачную крошку закрепляли на пергаменте — им далее можно было шлифовать необходимые изделия. Некоторые древние народы применяли как шлифовальную шкурку кожу крокодилов и даже акул.
С этого времени для человека не было ничего невозможного - он мог придавать изделию любую желаемую форму и грани всегда оставались гладкими и ровными. Абразивные материалы и инструмент различались в зависимости от традиций и условий конкретного региона. По мере совершенствования орудий труда совершенствовался процесс шлифования. В начале первого тысячелетия появились первые песчаные ручные точила. И хотя точильный камень – был непрочный и грубый, результаты работы на нем были качественны и точны
С появлением первого кустарного производства в 5-6 веках шлифование и полирование стали его частью. Первые абразивные станки это приспособления с лучком для добывания огня плавно перешедшие в сверление каменных топоров а также планшайбы гончаров и мельницы мукомолов.
Первоначально абразивная обработка велась на монолитных кругах вырезанных из природных камней, в основном из природного песчаника. Отделочная обработка велась на деревянных кругах обтянутых воловьей кожей смесью масла с наждаком за счет мягкого основания абразив при работе вдавливался в поверхность и не оставлял глубоких рисок. Полирование велось на быстроходных деревянных кругах, на поверхности которых натягивался ремень, покрытый разведенным в масле крокусом или наждаком. В зависимости от величины зерен последнего, различалось грубое и тонкое полирование. Для придания лучшим сортам клинков особо красивой поверхности применялась полировка на кругах, покрытых тончайшим крокусом на разведенном спирту, сами же круги вращались сравнительно медленно.
Отправной точкой в развитии абразивной обработки является промышленная революция в Англии, в конце 18-го века. Начиная с этого периода машинная технология стала играть первостепенную роль в развитии промышленности и серьезно возросла потребность в абразивных материалах. Каменщики Англии, Франции, Швеции и Америки быстро наживали состояния: в этих странах были найдены месторождения особенно удачных по структуре точильных камней. Взрыв спроса на шлифовальные камни взвинтил цены на все естественные абразивные материалы: искусственных тогда еще не изобрели.
Высокие цены на точильные камни, которые высекали из цельного камня, стимулировали поиск суррогатов. В результате, в 1842 году были изобретены и изготовлены искусственные шлифовальные круги из размолотых зёрен наждака смешанных с глиной. Круги формовали под прессом, а затем обжигали. Прочность этих кругов была невысокой, поэтому применялись они достаточно ограничено. Требовались более прочные связующие. Толчком к разработке прочных связующих стало изготовление в 1874 году первого круглошлифовального станка. Производительность станка была небольшой, скорость не превышала 5-7м/с, но он позволил в разы повысить точность обработки. Практически одновременно был изобретен плоскошлифовальный станок и круг с вулканитовой (резиновой) связкой.
Революцией в абразивах, несмотря на предшествующую многовековую историю, послужило открытие карбида кремния и искусственного корунда в конце 19-го века.
В 1891 году Ачесон, бывший тогда инженером-электриком в штате Пенсильвания, во время плавления различных смесей в электрической печи обнаружил мелкие блестящие кристаллики. Состав их был неизвестен, но они обладали очень высокой твёрдостью, поэтому первоначально предполагалось их использовать для обработки драгоценных камней. Эти случайно обнаруженные кристаллы были предвестниками современных абразивов на базе карбида кремния.
Верлейн во Франции и Хасслашер (Hasslacher) в Германии запатентовали плавку наждака в 1893 и 1894 года, соответственно. В 1895 году, Верлейн пересмотрел свой предыдущий патент за счет использования бокситов вместо наждака. Настоящий корунд был получен после того, как Джекобс (Jacobs) усовершенствовал плавку бокситов . Метод Джэкобса был впервые использован в коммерческом масштабе Компанией Наждачных Кругов Нортон