Шлифы стеклянные – притирка и использование
Столкнулся с тем, что у большинства недорогой посуды с притертыми пробками сопряжения кривые. Пришлось углубиться в тему притираний :), благо с абразивами работал.
Для начала напомню одно из основных правил обращения с притертыми шлифами: не тереть их друг о друга, прокручивать в сухом состоянии. Чем лучше шлиф, тем жёстче надо это соблюдать; даже просто вставлять без смазки/бумажки пробку в горло не рекомендуется. Так как при этом происходит "задир" – силы трения/адгезия между частицами стекла разных тел (керна/пробки и муфты/горла) побеждают когезию между частицами стекла одного и того же тела, с катастрофическими последствиями в виде царапин/канавок/выщербин (сопряжение ещё и заклинивает частичками стекла по этой причине), зачастую они так глубоки, что перешлифовка бесполезна: после неё керн будет слишком глубоко проваливаться в муфту. Вода, кстати – плохая смазка. Силиконовые смазки без фторопласта тоже не очень хороши и часто приводят к заеданию.
Понятно при всём этом, что недорогой посуде в зубы особенно пристально не заглядывают, зачастую притирая шлифы установок/кранов друг к другу индивидуально. Но и у неё заметно качающиеся керн/муфта это ахтунг, который исправить быстро сложно. Не надо брать посуду со шлифами с большими плешами, на которых нет, собственно, шлифовки, а есть гладкое пятно нешлифованного стекла, так как стеклянная заготовка была отлита со слишком малым припуском под шлифовку. Плешь, во-первых, требует слишком много смазки (что и накладно для, например, фторалкановых смазок, и может загрязнить продукт выдавленным излишком, и просто неудобно), а в-главных, уплотняет только тесный (пришлифованный) зазор, а это пятно уплотняемая среда будет проскакивать с минимальным усилием. Зачастую пришлифовать шлиф так, чтобы плешь сошла на нет, не удаётся, не говоря о трудоёмкости этого.
Точность сопряжения хорошего шлифа порядка микрометра. Это реально даёт возможность выдерживать давления во много атмосфер и даже десятков атмосфер просто со смазкой. Смазка это не просто ньютоновская жидкость (масло), а состав, приготовленный из базового масла и загустителя, тиксотропный: при напряжениях ниже предела прочности она вообще не течёт. Расчёт давления, выдерживаемого шлифом, прост. Прочность смазок на сдвиг порядка 100 Па (зависит от температуры). Например, для зазора 2 мкм (на сдвиг работает каждая половинка зазора, "опираясь" на керн или муфту) и длины зазора 10 мм давление, при котором смазку выдавит, равно 100*10/0,001 = 1 000 000 Па, т.е. более 10 атмосфер! Понятно, что даже с весьма прочными смазками плохо притертый шлиф с зазором, к примеру, 0,1 мм, уплотнять будет плохо.
Теперь как исправлять, то есть шлифовать. Буду рассматривать взаимную притирку сопрягаемых пар. Это не по науке (по науке нужно делать на довольно точном токарном станке несколько конических притиров из мягкого металла, черновые и чистовые, и шлифовать стекла ими, что даёт взаимозаменяемость), но несравненно доступнее, и тоже работает, причём даже лучше (для самой хорошей герметичности даже очень качественные шлифы придется притереть друг к другу, тонким абразивом). Тратится при этом, набив руку, минут 10 на изначально не очень плохой шлиф.
Прежде всего, выбор абразива. Большинству людей на ум придёт алмаз. Для большинства шлифовальных работ он даёт максимальную скорость. Но это ошибка. Кроме его цены, алмаз обладает неприятной особенностью: прочность, твёрдость и формы зерен таковы, что в мягких или пористых материалах зерна алмаза норовят закрепиться (шаржироваться), причём, например, во многих металлах вывести зерно можно только снятием верхнего слоя – и ускоренно "ест" сопрягаемые поверхности при эксплуатации. Если бы так называемая "алмазная" паста для притирки клапанов содержала алмаз, производителей линчевали бы… Значение имеет и то, что рельеф после алмаза очень острый – крупные прочные зерна алмаза (а частицы в порошках не бывают идеально одинаковыми) делают глубокие риски. Это снижает прочность муфт. С алмазом нужно параноидально соблюдать абразивную гигиену: попавший при тонкой шлифовке грубый абразив способен испортить результат, в случае муфты – просто расколоть стекло. Да, закреплённое, скажем, в никелевом слое, алмазное зерно работает прекрасно (пример – точилки для пробок и не только), но нам нужен порошок.
По схожим причинам следует отвергнуть корунд (слишком прочный) и черный карборунд (карбид кремния) – тоже прочный. Лучший абразив – зеленый карборунд. Он острее, твёрже чёрного, более хрупкий – а нам это и нужно, при притирке порошок становится тоньше, когда зерна обкалываются. В большинстве автомобильных паст, кстати, тоже он, их напрямую можно использовать. У меня порошки карборунда были (продаются они почти повсюду), а поскольку с водой стекло притирать не менее эффективно и гораздо приятнее, паста осталась в стороне (её, кстати, элементарно приготовить из порошка, добавив стеариновую и/или олеиновую кислоту, машинное масло и по желанию загуститель).
Какие нужны размеры? Я остановился на 4 размерах зерна: 5(F220), М28(F400), М14 (F600) и М5(F1200). Это, условно, 50, 28, 14 и 5 мкм. Оговорюсь: это я такой перфекционист, а вообще можно было остановиться на паре размеров F220 и F400 (это примерно соответствует крупной и грубой фракциям автомобильных порошков), ибо карбид кремния хорошо дробится, и при аккуратной работе шлиф получается достаточно точно. Но мелкие порошки повышают качество и снижают трудоёмкость.
Техника безопасности прежде всего. Мелкие порошки начиная с F400 достаточно летучи; в лёгких они нам не нужны, поэтому пересыпать их надо под тягой. Работать, аккуратно насыпая из флаконов с острым носиком, впрочем, можно без особых предосторожностей. Обработку стекла нужно вести только мокрым порошком, инструментом и т.п., макая в воду. После работы воду вылить и прополоскать посуду. Порошок стекла опасен сухой – при вдыхании (из легких не выводится), и в любом виде – при съедании!
При абразивной обработке глупо обходиться без ПАВ, повышающих скорость и качество. Можно применить синтанол и т.п., я взял просто Фейри.
Процесс такой. Ставим перед собой таз с водой комнатной или чуть выше температуры (тепловые деформации нам не нужны). Берём притираемую пару, насухо делаем на муфте и керне по 5-7 штрихов вдоль образующей перманентным (спирторастворимым) маркером для контроля, погружаем обе части в воду, вынимаем, на керн из баночки с узким горлом на несколько мест насыпаем немного порошка, для первой операции крупного, капаем туда же каплю Фейри. При желании, конечно, можно изготовить что-то вроде водной пасты из синтанола, карбомера и т.п. и порошка. Держим муфту в левой руке, керн в правой, на весу вставляем керн в муфту и начинаем поворачивать относительно друг друга туда-сюда. При этом каждые два-три поворота слегка вынимаем керн из муфты для перемешивания шлифовальной пасты (основное время, впрочем, они должны быть в соприкосновении), также часто слегка вращаем керн и муфту в держащих их руках, причём в разные стороны, на случайные небольшие углы (чтобы в среднем конусы сошлифовывались равномерно). Не следует останавливать движение при нажатии, иначе может заклинить. Важно, особенно после нанесения свежего крупного порошка, когда самые крупные частицы ещё не сработались, почти не нажимать, иначе заклинит и крупно поцарапает.
Через полминуты–минуту притирка идёт легче, шуршание тише, паста белеет: порошок сработался и загрязнился частицами стекла. Погружаем детали в таз и смываем остатки порошка. Далее повторяем насыпание – каплю Фейри – притирку до тех пор, пока линии от маркера не исчезнут на большей части шлифа, т.е. "рабочей", притертой его части. Следим, чтобы не перешлифовать до "провала" керна в муфту так, что прибор станет неудобно собирать; иногда из-за этого приходится останавливаться на стадии, когда притёртая область занимает не всю площадь шлифа.
Почему нужно маркировать поверхность и добиваться полного удаления следов маркера? При абразивной обработке хрупких материалов под слоем неровностей (шероховатости) образуется приблизительно такой же по толщине слой микротрещин. Эти трещины вредны для прочности стекла (и чистоты среды), их нужно удалять. Маркер прокрашивает эти трещины. Поэтому когда мы видим, что следы на площади шлифа стали бледными, то операция не закончена – трещины остались, именно они "имеют бледный вид".
При каждом переходе на более мелкую фракцию также нужно делать штрихи в сухом виде (сушить можно салфеткой, туалетной бумагой…), но уже достаточно 3-4 штрихов. Как правило, для сведения штрихов достаточно одного нанесения порошка мелких фракций. Нажимать и на мелких фракциях сильно не нужно; чем мягче работаем, тем выше качество поверхности.
Перед притиркой самой мелкой фракцией желательно поменять воду в тазу. Если притирается несколько экземпляров посуды, надо предварительно пометить пары номерами, чтобы не перепутать, от какого керна какая муфта. При этом желательно сначала обработать все пары крупным порошком, потом все более мелким и т.п. Это удобно и, кроме того, даёт стеклу остыть от тепла рук. С самой тонкой фракцией желательно слегка прогревать рукой муфту, чтобы она имела температуру выше, чем керн, это даст чуть более плотное сопряжение, "запас по диаметру" на случай наличия ступенек на профиле (когда торец керна вырезает в муфте ступеньку и упирается в неё).
Количество порошка не должно быть большим. Частицы должны влезть в зазор в один слой и занять в нём примерно 20-30% площади, большее количество работает не эффективно потому, что частицы активно тупят друг друга, и много порошка вытесняется и не работает. Понятно, что вдвое меньшее зерно требует вдвое меньшего объёма для такого же заполнения зазора.
Если шлиф всё-таки перешлифовали и, скажем, ручка пробки от склянки начинает шлифовать торец горлышка бутылки (это заметно по появлению скрежета или резкому уменьшению сопротивления вращению), то надо разъединить части, окрасить ошибочно соприкасающиеся торцы маркером, и мокрым алмазным напильником (например, из строительного магазина, их применяют для плитки, только не перепутайте с карбидом вольфрама, это нам не нужно, он грубый и не такой стойкий, как алмаз) снести эту окраску с обоих поверхностей. Затем опять окрасить для контроля. Если этого не сделать, притирка может получиться не качественной.
После самого мелкого порошка тщательно моем посуду с ПАВ – готово.
Теперь про ленту ФУМ. Это одна из самых практичных "смазок для шлифов", выдерживающая почти всё, что выдерживает стекло, кроме температур выше 200-300 °C, абсолютно исключающая заедание, хотя и не самая герметичная (слой толстый, и фторопласт штука пористая). Она бывает разная.
"Ширпотреб" (марка 1 по нашим ТУ) для воды (белая) и углеводородного газа (желтая чаще всего). Продающиеся в розницу мотки, особенно для воды, часто неплотные (бывает ниже 0,3 г/см3), а главный её недостаток – пропитана вазелиновым маслом. Это облегчает её скольжение по резьбе при применении по прямому назначению, но на шлифах это часто вредно – масло препятствует образованию закрытых пор при сжатии ленты, а также вымывается и окисляется многими веществами, особенно органикой, что катастрофически ухудшает плотность шлифа.
Плотность хорошей ленты (легко считается по размерам ленты и массе нетто) примерно от 1 до 1,5 г/см3, причём нам лучше плотность около 1. Брать лучше толщиной 0,1 мм, 0,2 мм толстовато и не всегда удобно.
При работе с растворителями углеводородов и сильными окислителями нужна лента без масла (марка 2 по нашим ТУ).
Применяется лента ФУМ примерно так: наматывается на керн где-то 3 витка с небольшим перекрытием (чтобы нигде не было 2 слоя, а на небольшой части было 4 слоя). Если мотать меньше витков, место перекрытия может не сжаться достаточно, чтобы и прочие места шлифа уплотнились. Истинная плотность фторопласта-4 около 2,2 г/см3, и, например, если намотать 1 слой лентой плотностью 1,5 г/см3, 2 слоя перекрытия не сожмутся вдвое.
Вставлять керн с лентой ФУМ в муфту следует без вращения. При рассоединении шлифа повторно использовать намотку нельзя, если необходима хорошая герметичность. И то, и то оттого, что фторопласт-4 не упруг: сжавшись, он таким и останется, подвижки, как правило, нарушают герметичность, часть микровпадин муфты попадут на другие места керна, где фторопласт ранее сжат микровыступами муфты, образуются щели. Это, кстати, его главный недостаток и при применении по основному назначению.
При избыточном давлении или подвижках шлиф, уплотнённый фторопластом, может легко разъединиться из-за весьма низкого коэффициента трения, поэтому необходимо страховочное его скрепление.
