Η αρχή λείανσης και ο μηχανισμός φθοράς των τροχών λείανσης στα κοπτικά εργαλεία

Η αρχή λείανσης και ο μηχανισμός φθοράς των τροχών λείανσης στα κοπτικά εργαλεία.

 

1. Αρχές διαδικασίας λείανσης

Η λείανση είναι επίσης ένας τύπος διαδικασίας κοπής και ο τροχός λείανσης μπορεί να θεωρηθεί ως φρέζας με πολλές μικροσκοπικές ακμές κοπής όταν χρησιμοποιείται για εργαλεία κατεργασίας. Κατά τη διαδικασία λείανσης, η επιφάνεια του εργαλείου υπόκειται σε τριβή και γρατσουνιές από τον τροχό λείανσης και οι προεξέχοντες και σχετικά αιχμηρές λειαντικοί κόκκοι στην επιφάνεια του τροχού κόβονται στο υλικό, σχηματίζοντας τσιπς. Η διαδικασία λείανσης είναι ουσιαστικά ένας συνδυασμός ενεργειών κοπής, γρατσουνίσματος και ολίσθησης. Τα τσιπ είναι μικρά σε μέγεθος και ποικίλλουν σε σχήμα, συμπεριλαμβανομένων κορδέλας-όπως τσιπς, κομματιών και λίγων λιωμένων και καμένων στάχτων από τσιπ, καθώς και μεταλλικής σκόνης.

 

Η λείανση χωρίζεται σε τρία στάδια: το αρχικό στάδιο λείανσης, το σταθερό στάδιο και το στάδιο φινιρίσματος. Στο αρχικό στάδιο λείανσης, το πραγματικό βάθος λείανσης είναι μικρότερο από τον ρυθμό ακτινικής τροφοδοσίας. Αυτό οφείλεται στην ελαστική παραμόρφωση της εργαλειομηχανής, του τεμαχίου εργασίας και του συστήματος στερέωσης κατά το αρχικό στάδιο λείανσης. Όταν η ελαστική παραμόρφωση του συστήματος φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, εισέρχεται στο σταθερό στάδιο. Κατά τη διάρκεια της συνεχούς τροφοδοσίας, το πραγματικό βάθος λείανσης είναι ουσιαστικά ίσο με τον ρυθμό ακτινικής τροφοδοσίας. Στο στάδιο φινιρίσματος, καθώς η ελαστική παραμόρφωση του συστήματος διεργασίας εξαλείφεται σταδιακά, το πραγματικό βάθος λείανσης γίνεται μεγαλύτερο από το μηδέν.

Η λείανση με τροχό λείανσης έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: υψηλή ακρίβεια και χαμηλή τραχύτητα επιφάνειας. Ο τροχός λείανσης έχει λειτουργία αυτο-ακονίσματος, επιτρέποντας στους λειαντικούς κόκκους να κόβουν το τεμάχιο εργασίας με σχετικά αιχμηρές άκρες. Η συνιστώσα της ακτινικής δύναμης είναι μεγάλη. Παρόμοια με τη στροφή, η δύναμη κοπής κατά τη διάρκεια της λείανσης μπορεί να αποσυντεθεί σε τρία αμοιβαία κάθετα εξαρτήματα, αλλά η συνιστώσα της ακτινικής δύναμης είναι μεγαλύτερη. Η θερμοκρασία λείανσης είναι υψηλή. Επειδή η λείανση με τροχό λείανσης περιλαμβάνει κοπή με αρνητική γωνία κλίσης και πολύ υψηλή ταχύτητα κοπής, η θερμοκρασία λείανσης είναι υψηλή. Ο τροχός λείανσης έχει αυτο-ακονισμένο αποτέλεσμα, επιτρέποντας στους λειαντικούς κόκκους να κόβουν συνεχώς το τεμάχιο εργασίας με σχετικά αιχμηρές άκρες. Η κίνηση λείανσης αποτελείται από την κύρια κίνηση, την ακτινική ταχύτητα τροφοδοσίας και την αξονική ταχύτητα τροφοδοσίας. Η κύρια κίνηση είναι η περιστροφική κίνηση του τροχού λείανσης. η γραμμική ταχύτητα της εξωτερικής περιφέρειας του τροχού λείανσης είναι η κύρια ταχύτητα κίνησης. ο ρυθμός ακτινικής τροφοδοσίας αναφέρεται στην απόσταση που κινείται ακτινικά το τεμάχιο εργασίας σε σχέση με τον τροχό λείανσης κατά τη διάρκεια κάθε διπλής (μονής) διαδρομής του τραπεζιού εργασίας. και ο ρυθμός αξονικής τροφοδοσίας αναφέρεται στην απόσταση που κινείται αξονικά το τεμάχιο εργασίας σε σχέση με τον τροχό λείανσης κατά τη διάρκεια κάθε περιστροφής ή κάθε διαδρομής του τραπεζιού εργασίας.

 

2. Μοτίβα και αιτίες φθοράς τροχών λείανσης

Κατά τη διαδικασία λείανσης των εργαλείων κοπής, ο τροχός λείανσης θα αντιμετωπίσει διάφορους βαθμούς φθοράς λόγω διαφόρων παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των φυσικών, χημικών και μηχανικών επιδράσεων, που οδηγεί σε μείωση της ικανότητας λείανσης και επηρεάζοντας την ακρίβεια της ελικοειδούς αυλάκωσης. Εάν ένας πολύ φθαρμένος τροχός λείανσης δεν αντικατασταθεί και συνεχίσει να χρησιμοποιείται, θα προκαλέσει κραδασμούς, θόρυβο και άλλα φαινόμενα. Εκτεταμένη έρευνα σχετικά με τη φθορά των τροχών λείανσης έχει δείξει ότι οι κύριες μορφές φθοράς είναι η λειαντική φθορά, η φθορά κατάγματος και η απόφραξη/προσκόλληση.

 

2.1 Λειαντική φθορά

Κατά τη διαδικασία λείανσης, κάθε λειαντικός κόκκος υφίσταται φθορά, παρουσιάζοντας διαφορετικούς βαθμούς φθοράς, όπως φαίνεται στο επίπεδο C-C στο παρακάτω σχήμα. Καθώς ο αριθμός των αμβλυμένων λειαντικών κόκκων αυξάνεται, ο τροχός λείανσης εμφανίζει χαρακτηριστικά αμβλύνσεως, όπως σημαντική αύξηση της δύναμης λείανσης, καύση της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας και φλυαρία κατά τη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας, οδηγώντας σε σοβαρή πτώση στην ποιότητα επεξεργασίας των κατεργασμένων εξαρτημάτων.

2.2 Κάταγμα και φθορά

Η θραύση και η φθορά των τροχών λείανσης μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: λειαντική θραύση κόκκων και λειαντική αποβολή κόκκων. Η θραύση του λειαντικού κόκκου αναφέρεται στο φαινόμενο όπου, όταν η τάση που ασκείται στον λειαντικό κόκκο υπερβαίνει τη δική του αντοχή, ένα μέρος του λειαντικού κόκκου διασπάται με τη μορφή μικρών θραυσμάτων. Η απόρριψη λειαντικών κόκκων αναφέρεται στη θραύση του συνδετικού υλικού μεταξύ των λειαντικών κόκκων, προκαλώντας την αποκόλληση των λειαντικών κόκκων από τον τροχό λείανσης. Αυτό δημιουργεί κενά όπου βρίσκονταν οι αποκολλημένοι κόκκοι. Η αποκόλληση των σπασμένων λειαντικών κόκκων από τον τροχό λείανσης οδηγεί σε εφαπτομενική φθορά του τεμαχίου εργασίας, καθιστώντας αδύνατη την εγγύηση της ακρίβειας διαστάσεων του εξαρτήματος. Ωστόσο, ο σχηματισμός νέων κοπτικών άκρων από αμβλυμένους λειαντικούς κόκκους, που επηρεάζονται από τη θραύση και την απόρριψη των λειαντικών κόκκων, μπορεί να οριστεί ως το αποτέλεσμα "αυτο-ακονίσματος" του τροχού λείανσης.

 

2.3 Απόφραξη και πρόσφυση

Κατά τη διαδικασία λείανσης, λόγω της αυξημένης θερμοκρασίας και πίεσης, το υλικό του τεμαχίου εργασίας που αφαιρείται προσκολλάται στους λειαντικούς κόκκους καθώς διέρχονται από τη ζώνη λείανσης. Το αν το συγκολλημένο υλικό έρχεται σε επαφή με το τεμάχιο εργασίας ή όχι είναι μια κύρια αιτία θραύσης και αποβολής κόκκων από λειαντικό. Η ικανότητα λείανσης σχετίζεται επίσης με το συγκολλημένο υλικό. Το συγκολλημένο υλικό μπορεί επίσης να φράξει τα κενά μεταξύ των λειαντικών κόκκων. Η σοβαρή απόφραξη μπορεί επίσης να οδηγήσει σε λειαντικό σπάσιμο των κόκκων και ακόμη και αποβολή, μειώνοντας σημαντικά την ικανότητα λείανσης του τροχού λείανσης.

 

Για να διερευνήσουν τη φύση της φθοράς των τροχών λείανσης, πολλοί μελετητές έχουν μελετήσει τις αιτίες της φθοράς των τροχών λείανσης.

 

Επί του παρόντος, οι αιτίες της φθοράς των τροχών λείανσης ταξινομούνται στους ακόλουθους τύπους:

• Λειαντική Φθορά: Η τριβή δημιουργείται από τη σχετική κίνηση μεταξύ των λειαντικών κόκκων και του τεμαχίου εργασίας, που οδηγεί σε μηχανική φθορά των λειαντικών κόκκων. Αυτή η φθορά σχηματίζεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου καθώς προχωρά η λείανση. Κατά τη λείανση, εάν η δομή του τεμαχίου εργασίας είναι ανομοιόμορφη και περιέχει σκληρά σημεία με υψηλότερη σκληρότητα, η σχετική τριβή ολίσθησης μεταξύ των λειαντικών κόκκων και των σκληρών σημείων θα επιδεινώσει τη μηχανική φθορά των λειαντικών κόκκων. Πλαστική Φθορά: Όταν η θερμοκρασία λείανσης φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, οι λειαντικοί κόκκοι θα παραμορφωθούν λόγω πλαστικότητας. Η θερμική σκληρότητα του υλικού του τεμαχίου εργασίας επηρεάζει άμεσα την πλαστική φθορά του τροχού λείανσης. Καθώς οι λειαντικοί κόκκοι περνούν από τη ζώνη άλεσης, η θερμοκρασία τους αυξάνεται. Όταν φτάσει στο σημείο τήξης του υλικού του τεμαχίου εργασίας, εάν η θερμική σκληρότητα στο επίπεδο διάτμησης είναι μεγαλύτερη από τη θερμική σκληρότητα στην περιοχή επαφής των λειαντικών κόκκων, οι λειαντικοί κόκκοι θα υποστούν την αντίστοιχη πλαστική παραμόρφωση στην περιοχή επαφής, οδηγώντας σε λειαντική φθορά.
• Οξειδωτική Φθορά: Ορισμένα αέρια στον αέρα μπορεί να διεγείρουν το άλεσμα. Όταν η διαδικασία λείανσης πραγματοποιείται σε κενό, η λείανση του χάλυβα χαμηλής-άνθρακας με τροχό λείανσης αλουμίνας δεν είναι τόσο ομαλή όσο στον αέρα. Η ανάλυση δείχνει ότι η περιστροφή του τροχού λείανσης οδηγεί τη ροή του αέρα, μειώνοντας τη θερμοκρασία στη ζώνη λείανσης. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το τεμάχιο εργασίας και τα τσιπ υφίστανται οξείδωση, σχηματίζοντας ένα φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια, αποτρέποντας τη φθορά της κόλλας στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.
• Χημική φθορά:Κατά τη διάρκεια της λείανσης, η επιφάνεια του τροχού λείανσης και η επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας παρουσιάζουν μια πολύπλοκη χωρική κατανομή. Η αυξημένη ταχύτητα λείανσης οδηγεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες λείανσης, προκαλώντας χημικές αντιδράσεις μεταξύ του λειαντικού υλικού, του υλικού του τεμαχίου εργασίας και του υγρού λείανσης. Τα διάφορα χημικά στοιχεία που παράγονται από αυτές τις χημικές αντιδράσεις ενδέχεται να υποστούν περαιτέρω χημικές αντιδράσεις πολλαπλών{2} σταδίων. Η χημική αντίδραση μεταξύ του λειαντικού υλικού και του υλικού του τεμαχίου εργασίας είναι ένας σημαντικός παράγοντας στη χημική φθορά του τροχού λείανσης.
• Φθορά διάχυσης:Όταν ο τροχός λείανσης αλέθει το τεμάχιο εργασίας, τα στοιχεία στην επιφάνεια του τροχού λείανσης και του τεμαχίου εργασίας διαχέονται σε υψηλές θερμοκρασίες, αποδυναμώνοντας το επιφανειακό στρώμα των λειαντικών κόκκων και προκαλώντας φθορά. Δύο μεταλλικά υλικά που έρχονται σε στενή επαφή, υπό υψηλή θερμοκρασία και πίεση, θα υποστούν διάχυση στην περιοχή επαφής μετά από ορισμένο χρόνο λείανσης, οδηγώντας σε φθορά του τροχού λείανσης.
• Φθορά κατάγματος από θερμική καταπόνηση:Κατά τη διάρκεια της λείανσης του τεμαχίου εργασίας, οι λειαντικοί κόκκοι φτάνουν αμέσως σε υψηλή θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχονται γρήγορα υπό την επίδραση του υγρού λείανσης. Υπό επαναλαμβανόμενη διαλείπουσα ψύξη και θέρμανση, η θερμική τάση στους λειαντικούς κόκκους αυξάνεται, οδηγώντας σε ρωγμές και θραύση στην επιφάνεια των λειαντικών κόκκων. Η θερμική καταπόνηση σχετίζεται κυρίως με τη θερμική αγωγιμότητα, τον συντελεστή θερμικής διαστολής και το ρευστό λείανσης. Η θερμική αγωγιμότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη της θερμικής καταπόνησης, ενώ ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι ευθέως ανάλογος της θερμικής καταπόνησης. Όσο καλύτερη είναι η απόδοση του υγρού λείανσης, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία της επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας και τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμική καταπόνηση.