Kategorier
Slipning och bryning

Slipämnen (abrasives)

För att man ska kunna slipa (eller bryna) stål måste man gnida det mot något som är hårdare än stålet själv. För att slipa stålet effektivt måste det också vara vasst (ha vassa kanter som möjliggör avverkning av stålet). Det finns flera material som uppfyller dessa krav. Dessa material kan vi kalla slipämnen.

Slipämnen förekommer både naturligt och syntetiskt framställt. Det som gör dessa ämnen unika är att de består av kristaller med strikt organiserade atomer (3-dimensionella nätverk med mycket starka bindningar). De vanligaste naturligt förekommande varianterna är olika oxider, framför allt av aluminium och kisel. De i särklass mest förekommande syntetiska varianterna är aluminiumoxid, kiselkarbid och diamant.

Fram till för ungefär 100 år sedan var alla slipämnen naturligt utvunna. Dessa förekommer även idag som diverse slipstenar men har minskat i popularitet. Dessa naturliga slipstenar är oftast uppbyggda av kiseldioxid eller aluminiumoxid.

För att jämföra hårdhet mellan material finns olika skalor. Här har jag använt Knoop-skalan, en metod som går ut på att en diamantpyramid trycks in i materialet under standardiserade förhållanden. För jämförbarhetens skull kan nämnas att verktygsstål härdat till RCS 62 har ett Knoop-värde på ca 780.

Kiseldioxid

  • Knoop 820
  • Förening av kisel och syre (SiO2). Kiseldioxid är en komponent i kiselalgers (diatoméer) skal. När dessa dör ackumulerar skal på havsbotten och över tid byggs ett tjockt sedimenterande lager upp. När detta utsätts för tryck över tid sker en metamorfos vilket gör att kiseldioxiden blir en mineral som kan utvinnas.
  • Finns i många former (kristallina och amorfa), den som är intressant i slip-perspektiv är novakulit (hornsten).
  • Novakulit består av kalcedon, i huvudsak en mikrokristallin typ av kvarts.
  • Kristallstrukturen avgör hur aggressivt den slipande förmågan är
  • Innan moderna, syntetiska slip-material började produceras var novakulit branschstandard (naturliga oljestenar)
  • Kiseldioxid är också slipämnet i naturliga vattenstenar men i dessa sitter kiseldioxidpartiklar lösta i lera. För dessa stenar är det storleken på kiseldioxidpartiklarna som bestämmer slipegenskaperna. Till skillnad från oljestenarna är dessa spröda och går sönder under tryck (leran är mjukare än novakulit) – vilket dels automatiskt gör att nya kiseldioxidpartiklar exponeras vid användning men samtidigt också leder till att stenen deformeras. Detta är bakgrunden till att oljestenar, med alla sina egenskaper, skiljer sig från vattenstenar.

Kiselkarbid (SiC)

  • Knoop 2480
  • SiC-kristaller är (jämfört med Alox, se nedan) hårdare och vassare men är också sprödare och spricker lättare.
  • Förekommer naturligt men är ovanligt (bland annat i meteoritkratrar). Innan det upptäcktes i naturen hade man dock lyckats framställa det syntetiskt. Den ursprungliga syntetiska varianten kallas också carborundrum.
  • SiC är standardämne för diverse slippapper och i många slip-/brynstenar. Finns också som lösa partiklar man själv kan blanda med vatten och sprida på lämpligt underlag (gjutjärn, koppar, plast). Tanken här är att de fria SiC-partiklarna fastnar i det mjukare underlaget och blir som en slipande yta.

Aluminiumoxid (Alox)

  • Knoop 2100
  • Jämfört med SiC är Alox segare och går inte sönder lika lätt, däremot är kristallerna inte lika vassa och nöts dessutom ner med tiden. SiC-kristaller går istället sönder/knäcks vilket ger nya vassa kristallkanterkanter att slipa mot. Generellt är strategin för Alox istället att det tillverkas med glasartat keramiskt bindmedel som är hårdare (och därmed mer sprött) så att det bryts vid användning och exponerar helt nya Alox-partiklar.
  • Alox fungerar bättre än SiC på mjuka stål (RCS under 58). För stål med RCS 60-61 är SiC ett snabbare slipmaterial (sanning med modifikation, hur effektivt Alox är beror också på vilket bindmedel som använts).
  • Det finns runt 8 stycken former av Alox som tillverkas, alla har olika grad av sprödhet. Vissa tillverkare gör Alox som är mer spröda vilket gör att de mer liknar SiC i sina slipegenskaper.
  • Den stora bulken av alla slip-/brynstenar är Alox. Alla stora tillverkare gör primärt Aloxbaserade stenar.

Diamant

  • Knoop >7000
  • Diamant som slipämne är helt baserat på syntetiskt framställd diamant. Två principiellt olika varianter finns; monokristallina och polykristallina. För stenar använder man den monokristallina varianten och i slip-/brynpasta använder man den polykristallina (som är mer spröd och går sönder vilket blottlägger nya vassa slipytor).
  • Används aldrig i snabbroterande slipsystem som genererar värme (eftersom kolet från diamanten kan lösas upp i stålet pga. värmen)
  • Dyrare (pga. framställningsprocessen) men har längre livstid.

Kubisk bornitrid (cBN)

  • Knoop 4700
  • Liknar diamant i strukturen och är extremt hårt. Kan till skillnad från diamant användas vid högra temperaturer.
  • Används inte mycket eftersom det inte ger särskilt mycket fördelar och är dyrt.

Kromoxid

  • Knoop 1200
  • Används ofta med läderstropp som sista brynsteg. Ofta anges att medelstorleken på partiklarna är 0,5 mikrometer vilket alltså är finare än i stort sett samtliga brynstenar. Observera att detta är medelstorleken och att det oftast förekommer betydligt större partiklar än så, särskilt om brynpastan är en kombination (vilket är vanligt) av Alox och kromoxid (där vissa partiklar är så stora som 44 mikroner).
Kategorier
Slipning och bryning

Grit

Den klassificering av olika partikelstorlekar på slipmaterial (engelska: grit value) som man främst stöter på är sannolikt den japanska (JIS) – det är trots allt härifrån vi oftast köper våra slip-/brynstenar. Det finns dock andra; i Europa har vi FEPA, ryssarna har GOST och amerikanerna har ANSI (även om de använder FEPA mycket). För att göra det hela svårare så kan olika tillverkare använda olika klassificeringssystem. Ibland (t.ex. Shapton) är det marknadsförda grit-värdet baserat på egen klassificering (även om det oftast bygger på något av de vedertagna systemen).

Den faktiska storleken på en enskild partikel har egentligen ingenting med grit-värdet att göra. Ett grit-värde är en statistisk fördelning av alla partiklar (i t.ex. en brynsten eller på ett sandpapper). Man kan alltså inte definiera ett grit-värde för en enskild partikel. Själva siffran i grit-värdet kommer av att man använder referenssilar genom vilka man silar partiklarna. Siffran anger antalet ”hål” per ytenhet (ofta i tum). Denna metod används upp till ungefär grit 220. För finare partiklar finns olika metoder (t.ex. sedimentering och elutriering).

Till att börja med är alla grit-värden diskreta (och inte kontinuerliga). I FEPA-F finns t.ex. värden på F600, F800 och F1000 men inget däremellan (t.ex. F850 eller F953). Alla grit-värden antar alltså något bestämt värde och kan inte ligga mellan dessa.

För att reda ut hur grit-värdet hänger ihop med brynstenens slip-partiklar måste man ha klart för sig att alla produkter som säljs för att slipa eller bryna har astronomiskt många slip-partiklar och dessa har alltid varierande storlek. En tillverkare kan liksom inte tillverka eller kontrollera varenda partikel var för sig. Vissa av de slipande partiklarna kommer alltså att vara lite större och vissa lite mindre men det kommer alltid finnas ett visst intervall inom vilket de olika partikelstorlekarna är fördelade (för en fin brynsten med JIS-grit J8000 kommer t.ex. partikelstorlekarna variera mellan 0,6 till 6 mikroner). På grund av denna variation av partikelstorlekar kan man därför inte bara bestämma en siffra för grit baserat på partikelstorlek.

För att reda i det här dilemmat beskriver man spridningsmått för partikelstorlek på två sätt (eller intervall); main range och adjacent range. Main range är kanske den parameter som bäst beskriver slip-/brynstenen och i detta intervall ska medelstorleken finnas. För en brynsten med grit-värde J8000 är main range 0,9 till 1,5 mikroner. Ungefär 50% av alla partiklar ska falla inom detta intervall. Adjacent range är mer av ett mått på hur jämn kvalitén är i stenen. I detta intervall ska ungefär 91% av alla partiklar ligga. För samma J8000-brynsten är adjacent range ungefär 0,6 till 3,6 mikroner. För samma brynsten finns alltså ett par slip-partiklar som är större eller mindre än 0,6 till 3,6 mikroner. Detta totala intervall är för J8000 mellan 0,6 till 6 mikroner. För att sammanfatta innehållet i en sten som klassificerats som J8000 finns alltså partiklar som är allt ifrån 0,6 mikroner till 6 mikroner men den stora bulken av partiklar kommer att vara mellan 0,9 och 1,5 mikroner där också medelstorleken finns.

Historiskt så använde man grit-värden för att klassificera antalet partiklar per volymsenhet i slip- och brynstenar. När sandpapper dök upp insåg man att dessa inte har någon volym och började då använda grit-värden för att beskriva partiklar per areaenhet. Detta leder till konstigheter eftersom samma slipmaterial kan ha olika grit-värde beroende på om det sitter i en slipsten eller på ett slippapper. För att undvika förvirring använder man ”F” för stenar och ”P” för papper. Båda dessa är ytterligare indelade i grupper baserat på grova eller fina partikelstorlekar (där det finns olika krav på storleksintervallen). Main range kallas i FEPA för D50 och adjacent range benämner man D94-D3 (vilket endast används för fina partikelstorlekar, s.k. microgrits).

JIS används endast för fina partikelstorlekar (microgrits). Även här kallar man main range för D50 och adjacent range för D94-D3. Man använder också det totala storleksintervallet för klassifikation av olika grit-värden.

I praktiken är klassificeringen ännu krångligare eftersom man väger in partiklarnas form. Dessutom finns ”oreglerad” användning av JIS (som egentligen slutar vid J8000). Shapton t.ex. säljer stenar med grit-värde J30.000.

Att en brynsten har gritvärde J8000 betyder alltså att den uppfyller kraven på J8000 enligt JIS vilket är

  • D50: 0,9 – 1,5 mikroner
  • D94-D3: 0,6 – 3,5 mikroner
  • Totalt storleksintervall: 0,6 – 6 mikroner

Denna brynsten uppfyller därmed automatiskt också F2000 eftersom kraven för detta är

  • D50: 0,9 – 1,5 mikroner

Däremot uppfyller inte en sten märkt F2000 automatiskt J8000 eftersom man måste visa att D94-D3 är mellan 0,6 och 3,5 mikroner samt att det totala storleksintervallet är 0,6 till 6 mikroner. Ibland går det alltså att göra ”översättningar” mellan de olika systemen och ibland inte. De olika kraven gör ibland att översättningar blir lite oförutsägbara.

Ett exempel. Ta en sten som är märkt både F800 och J1500. Kollar man på medelstorleken för partiklarna i dessa två klassifikationer ser man att den är 6,5 respektive 8 mikroner. Samtidigt är medelstorleken för J2000 6,7 mikroner. Så varför klassas inte stenen som F800 och J2000? För att få klassificeras som F800 måste partiklarna uppfylla

  • D50: 5,5 – 7,5 mikroner
  • D94-D3: 2 – 14 mikroner

För J2000 gäller

  • D50: 6,1 – 7,3 mikroner
  • D94-D3: 4 – 17 mikroner
  • Totalt: 4 – 19 mikroner

Här gäller alltså att adjacent range uppfyller kraven på storlek men main range är lite utanför. Man alltså fått hoppa ner en nivå till J1500 på JIS för att hitta ett grit-värde som överensstämmer med stenens egenskaper, för J1500 gäller

  • D50: 7,4 – 8,6 mikroner
  • D94-D3: 4,5 – 20 mikroner
  • Totalt: 4,5 – 23 mikroner

Utifrån detta kan man alltså dra slutsatsen att för stenen gäller

  • Medelstorlek: 6,5 mikroner
  • D50: 5,5 – 7,5 mikroner
  • D94-D3: 2 – 14 mikroner
  • Totalt: 4,5 – 23 mikroner

I denna sten finns alltså förekomst av partiklar upp till 7,5 mikroner inom intevallet där 50% av partiklarna ligger vilket det inte får finnas om stenen ska klassas som J2000. Notera också att FEPA alltså inte tar hänsyn till den totala spridningen vilket JIS gör.

De flesta översättningstabeller är baserade på medelstorleken vilket alltså inte är helt korrekt. För de finare stenarna har alltså JIS som extra krav att den totala spridningen är inom ett visst intervall. En grov uppskattning kan man dock unna sig utifrån medelvärdet. Jag har sammanställt ungefär hur JIS och FEPA förhåller sig till varandra i följande tabell (baserat på medelstorlek):

Man ska också komma ihåg att klassificeringssystemen är i bästa fall mediokra och inte kan användas för att jämföra slip-produkter i alla avseenden. Exempel är att mjuka men vassa slip-partiklar kan slipa mjukt stål väldigt effektivt men vara betydligt mer ineffektivt på hårda stål. Det är alltså betydligt fler faktorer än enbart grit-värde som spelar in i hur en viss produkt presterar.

För att få en uppfattning har jag sammanställt ett par tabeller över populära tillverkare, man får dock ta det hela med en nypa salt. Jag har i de här tabellerna uppskattat vilken klassificering som de olika stenarna hade uppfyllt om man skulle göra en grov uppskattning och liksom försöka klämma in dem i någon kategori.

Shaptons brynsten med 30.000 grit (Ha-no-kuromaku) har ju sannolikt betydligt mindre partiklar än vad som krävs för att uppfylla J8000. I själva verket skulle den hamna någonstans motsvarande 20.000. Deras 12.000 grit hamnar någonstans mellan J6000 och J8000.

Intressant nog uppfyller inte Naniwas 10.000 grit (Pro-serien) J8000 (medelstorleken på partiklarna uppges vara runt 1,5 mikroner). Men som sagt det är betydligt fler faktorer som inverkar än enbart partikelstorlek.

Suehiro har jag inte gjort någon tabell för, deras märkning uppfyller JIS (Cerax 8000 är J8000).

Som ett litet tillägg kan också nämnas att för grön brynpasta (med kromoxid och aluminiumoxid, t.ex. Veritas) har en medelstorlek på runt 0,5 mikroner. Men även här får man komma ihåg att partikelstorleken varierar och att 0,5 mikroner är medelstorleken. Ljusgrön brynpasta innehåller också aluminiumoxid i varierande grad med partiklar som är större (upp till 44 mikroner!) vilket alltså gör att man riskerar att repa sin egg och göra den sämre (trots att brynpasta marknadsförs som en slip-produkt med 0,5 mikroner stora partiklar).

Kategorier
Slipning och bryning

Nagura, värt besväret?

Nagura-stenar användes ursprungligen för att putsa till naturliga vattenstenar. Eftersom naturliga vattenstenar är mer ojämna i sitt innehåll och struktur och har en naturligt oregelbunden yta behövde man helt sonika putsa upp sin brynsten innan den användes för att bryna stål.

Traditionen har överlevt övergången till moderna, syntetiska stenar vilka är betydligt mer homogena avseende innehåll och dessutom levereras med en, i princip, jämn yta.

Precis som vanliga vattenstenar finns nagurastenar med olika kornstorlek. Tanken är att nagurastenen ska ha mindre och mjukare slipande partiklar men med hårdare bindmedel.

Så om moderna stenar är i princip homogena och kan riktas på enklare sätt – vad är då syftet? Det första är att nagurastenen kan jämna ut mindre ojämnheter i vattenstenen. Istället för att rikta sin vattensten (med t.ex. diamantsten) kan man alltså köra ett par varv med en nagurasten för att hålla den någorlunda jämn i ytan lite längre tid. Man måste fortfarande rikta vattenstenen men med lite småputs då och då behöver man kanske inte göra det lika ofta. Ok, fair enough, det låter ju bra.

Nagurastenen kommer också nöta bort stålrester och annat skit som fastnat i ytan samtidigt som nya slipande partiklar blottläggs. De har alltså en tvättande och uppfräschande effekt på vattenstenen. Det låter ju också bra.

En tredje effekt som nagurastenarna marknadsförs för är att de skapar en sörja (slurry) i vilken man tänker sig att brynandet ska bli bättre. Här är det ingen som riktigt vet. Detta var sannolikt en av de goda effekterna när man hade naturliga stenar men med moderna stenar som är i princip helt homogona finns det helt klart utrymme att ifrågasätta hur bra det verkligen är med en nagura-sörja på slipytan. Först och främst får man fundera på om det kanske t.o.m. kan försämra? Riskerar man att få massa repor i stålet om det simmar runt massa nagurastenspartiklar i den där sörjan? Nja, använder man en nagurasten med partiklar av samma eller högre grit än själva vattenstenen borde det ju inte vara någon fara. Men då måste man veta vilken partikelstorlek man har i sin nagurasten. Naniwa säljer t.ex. nagura-stenar med grit 600. Hur bra är det med partiklar på runt 20 mikroner som simmar runt på ytan av en sten med slipande partiklar som är runt 1,2 mikroner? Här är teorin att nagurastenarna har ett slipmaterial som är mjukare än stål och som helt enkelt krossas när man börjar bryna (det är alltså inte något av de typiska slipande ämnena man gör nagurastenar på).

Jag vill minnas att jag läst något av Ron Hock där han teoretiserade om att sörjan som uppstår när man kör runt med sin nagurasten möjligen kan ha en effekt på så sätt att den liksom jämnar ut ytorna mellan brynstenen och stålet – att det med andra ord skulle bli som en liten barriär av sörja som ser till att endast de mest ojämna delarna på stålet kommer i kontakt med den slipande ytan på vattenstenen. Möjligen kan man se detta som att den effektiva partikelstorleken blir lite mindre.

Sammanfattningsvis tänker jag mig att nagurastenar är bra för att jämna ut små oregelbundenheter i ytan (1), rensa slipytan från skit som fastnat (2) och eventuellt även som lite finlir på den absolut finaste vattenstenen där man potentiellt kan utnyttja nagurasörjan för att få till en lite mer polerad yta (sannolikt marginell skillnad). Det finns sannolikt ingen poäng (utöver punkt 1 och 2), vad gäller själva kvalitén på eggen, med att använda nagurastenar på något annat än sista stenen.

Kategorier
Slipning och bryning

Slipning och bryning, en introduktion och ett par begrepp

För att reda i slipvärlden är den bra att först reda ut ett par begrepp. De flesta termer kommer från engelska och för att inte helt svengelskfiera allt man säger och gör är det bra om de svenska begreppen kan användas. Till att börja med så bör man ha klart för sig att ett skärande stål måste ha en skärande vinkel. På svenska så är det lämpligt att kalla den totala skärande vinkeln för eggvinkel. Detta syftar alltså på den totala vinkeln. Här kan det ibland också bli relevant att prata om eggens profil (engelska: blade profile). Med begreppet fasvinkel (engelska: bevel) avses den ena sidans vinkel. Eggen på en vanlig kökskniv har således två fasvinklar som tillsammans bildar en eggvinkel. På ett stämjärn gäller att den ena fasvinkeln alltid är 0° medan den andra fasvinkeln varierar. För stämjärn är alltså eggvinkel alltid lika med fasvinkel.

Vidare pratas det mycket om primär och sekundär fasvinkel (engelska: primary bevel, secondary bevel) och ibland även tertiär fasvinkel. Alla fasvinklar som slipas efter den primära kallas gemensamt för microbevels (mikrofasvinklar?) Enkelt uttryckt är detta som att skapa sin egg i olika vinkelsteg där eggen får stegvis högre vinkel desto närmre den skärande kanten man kommer. Det finns fördelar med detta vilket jag återkommer till.

När man talar om slipning (engelska: grinding) avses en grövre bearbetning av stålet som syftar till att skapa en bra primär fasvinkel. Detta gör man oftast för att reparera, återställa eller för att etablera en ny (annorlunda) fasvinkel. En slipad egg kan därefter brynas (engelska: honing) för att bli riktigt vass. Att göra ett verktyg vasst är alltså oftast en tvåstegsraket som involverar både slipning och bryning.

Vad är det då som avgör hur vasst något kan bli? En skärande egg är som mest effektiv då vinkeln är skarp och stålet är så jämnt i ytan som möjligt. Samtidigt gäller att en skarpare vinkel stålet gör stålet mindre hållbart. Över tid har vinklar på mellan 25 till 35 grader evolverat fram som lämpliga för skärande verktyg (det finns dock undantag när man slipar i högre vinkel). Dessa gradtal är alltså en kompromiss mellan vasst och hållbart.

Efter slipning kommer stål att ha ojämnheter i stålstrukturen eftersom man använder grövre slipkorn (en grövre brynsten t.ex.) för att avverka stål. Att bryna stålet syftar till att få bort dessa ojämnheter. Enkelt uttryckt kan man säga att när man slipar så vill man avverka stål snabbt (t.ex. för att få bort ett hack i eggen) samtidigt som man etablerar en viss primär fasvinkel på stålet och då använder man sig gärna av ett slipmaterial med större slip-partiklar (lägre grit).

Ok, lite mer om vinklar. För att få en bra och sådär dödligt vass egg måste man alltså först slipa och sen bryna. Ett bekymmer är att det inte är särskilt kul att varken slipa eller bryna. Man vill helt enkelt minimera tiden det tar samtidigt som man vill ha en vass egg. Det är här strategin med primär och sekundär (och ibland tertiär) vinkel kommer in i diskussionen. Man kan för all del slipa fram sin fasvinkel och därefter bryna hela fasvinkelytan men det är oftast ett jävla jobb, som man säger. Tanken med en sekundär vinkel är att man endast bryner en liten yta precis vid eggen. Det är ju trots allt här som stålet skär. Idéen är enkel; slipa fram en primär fasvinkel och istället för att bryna hela stålytan så vinklar man nu stålet enstaka grader och bryner bara den skärande toppen, som då alltså blir den sekundära fasvinkeln. Processen går mycket fortare eftersom det är en mindre mängd stål som ska slipas bort. Man sliter alltså betydligt mindre på både sitt stål och sina brynstenar (och sitt tålamod). Visst, den skärande vinkeln blir enstaka grader högre än den primära fasvinkeln men antingen kan man ju lägga den primära fasvinkeln lite lägre för att kompensera för detta, eller så skiter man helt enkelt i vilket eftersom de där enstaka graderna inte inverkar nämnvärt i hur resultatet blir.

Det finns ytterligare fördelar med microbevels men om detta får jag återkomma i ett separat inlägg.