Principiul de șlefuire și mecanismul de uzură al discurilor de șlefuire pe uneltele de tăiere

Principiul de șlefuire și mecanismul de uzură al discurilor de șlefuire pe uneltele de tăiere.

 

1. Principiile procesului de măcinare

Slefuirea este, de asemenea, un tip de proces de tăiere, iar roata de șlefuit poate fi considerată ca o freză cu numeroase muchii tăietoare minuscule atunci când este utilizată pentru prelucrarea uneltelor. În timpul procesului de șlefuire, suprafața sculei este supusă frecării și zgârieturilor de către discul de șlefuit, iar boabele abrazive proeminente și relativ ascuțite de pe suprafața roții tăiate materialul, formând așchii. Procesul de șlefuire este în esență o combinație de acțiuni de tăiere, zgâriere și alunecare. Chipurile sunt de dimensiuni mici și variază în formă, inclusiv așchii-de tip panglică, chipsuri segmentate și unele cenușă de așchii topite și arse, precum și praf de metal.

 

Măcinarea este împărțită în trei etape: etapa inițială de măcinare, etapa stabilă și etapa de finisare. În etapa inițială de șlefuire, adâncimea reală de șlefuire este mai mică decât viteza de avans radială. Acest lucru se datorează deformării elastice a mașinii-unelte, a piesei de prelucrat și a sistemului de fixare în timpul etapei inițiale de șlefuire. Când deformarea elastică a sistemului atinge un anumit nivel, acesta intră în stadiul stabil. În timpul alimentării continue, adâncimea reală de măcinare este în esență egală cu viteza de avans radială. În etapa de finisare, pe măsură ce deformarea elastică a sistemului de proces este eliminată treptat, adâncimea reală de măcinare devine mai mare decât zero.

Șlefuirea cu discul de șlefuit are următoarele caracteristici: precizie ridicată și rugozitate scăzută a suprafeței. Discul de șlefuit are o funcție de auto-ascuțire, care permite granulelor abrazive să taie piesa de prelucrat cu margini relativ ascuțite. Componenta forței radiale este mare. Similar cu strunjirea, forța de tăiere în timpul șlefuirii poate fi descompusă în trei componente reciproc perpendiculare, dar componenta forței radiale este mai mare. Temperatura de măcinare este ridicată. Deoarece șlefuirea cu o roată de șlefuire implică tăierea cu unghi negativ de greblare și o viteză de tăiere foarte mare, temperatura de șlefuire este ridicată. Discul de șlefuit are un efect de auto-ascuțire, permițând granulelor abrazive să taie continuu piesa de prelucrat cu margini relativ ascuțite. Mișcarea de șlefuire constă din mișcarea principală, viteza de avans radială și viteza de avans axială. Mișcarea principală este mișcarea de rotație a roții de șlefuit; viteza liniară a circumferinței exterioare a roții de șlefuit este viteza principală de mișcare; viteza de avans radială se referă la distanța pe care piesa de prelucrat se deplasează radial față de discul de șlefuit în timpul fiecărei curse duble (single) a mesei de lucru; iar viteza de avans axială se referă la distanța pe care piesa de prelucrat se deplasează axial în raport cu discul de șlefuit în timpul fiecărei rotații sau fiecărei curse a mesei de lucru.

 

2. Modele și cauze de uzură a discului de șlefuit

În timpul procesului de șlefuire a sculelor de tăiere, discul de șlefuit va experimenta grade diferite de uzură din cauza diferiților factori, inclusiv efecte fizice, chimice și mecanice, ducând la o scădere a capacității de șlefuire și afectând precizia canelurii elicoidale. Dacă o roată abrazivă foarte uzată nu este înlocuită și continuă să fie utilizată, va provoca vibrații, zgomot și alte fenomene. Cercetări ample asupra uzurii discului de șlefuit au arătat că principalele forme de uzură sunt uzura abrazivă, uzura prin fractură și înfundarea/aderența.

 

2.1 Uzura abrazivă

În timpul procesului de măcinare, fiecare bob abraziv suferă uzură, prezentând diferite grade de fațete de uzură, așa cum se arată în planul C-C din figura de mai jos. Pe măsură ce numărul de boabe abrazive tocite crește, discul de șlefuire prezintă caracteristici de tocire, cum ar fi o creștere semnificativă a forței de șlefuire, arderea suprafeței piesei de prelucrat și zgomot în timpul procesului de prelucrare, ceea ce duce la o scădere gravă a calității de prelucrare a pieselor prelucrate.

2.2 Fractură și uzură

Ruptura și uzura roților de șlefuit pot fi împărțite în două tipuri: ruptură abrazivă a boabelor și spargere abrazivă a boabelor. Ruptura granulelor abrazive se referă la fenomenul în care, atunci când solicitarea care acționează asupra granulului abraziv depășește propria rezistență, o parte a granulului abraziv se rupe sub formă de fragmente mici. Îndepărtarea grăunților abrazivi se referă la ruperea liantului dintre boabele abrazive, determinând desprinderea granulelor abrazive de pe discul de șlefuit. Acest lucru creează goluri acolo unde se aflau boabele desprinse. Desprinderea granulelor abrazive fracturate de pe discul de șlefuit duce la uzura tangențială a piesei de prelucrat, făcând imposibilă garantarea preciziei dimensionale a piesei. Cu toate acestea, formarea de noi muchii de tăiere din boabele abrazive tocite, influențată de ruperea și scurgerea granulelor abrazive, poate fi definită ca efectul de „auto-ascuțire” al discului de șlefuit.

 

2.3 Înfundare și aderență

În timpul procesului de măcinare, datorită temperaturii și presiunii crescute, materialul piesei de prelucrat care este îndepărtat aderă la granulele abrazive pe măsură ce trec prin zona de măcinare. Indiferent dacă materialul aderat intră sau nu în contact cu piesa de prelucrat, este o cauză majoră a ruperii și a vărsării granulelor abrazive. Capacitatea de măcinare este, de asemenea, legată de materialul aderat. Materialul aderat poate înfunda, de asemenea, golurile dintre granulele abrazive. Înfundarea severă poate duce, de asemenea, la ruperea granulelor abrazive și chiar la vărsare, reducând în mod semnificativ capacitatea de șlefuire a discului abraziv.

 

Pentru a explora natura uzurii discului de șlefuit, numeroși cercetători au studiat cauzele uzurii discului de șlefuit.

 

În prezent, cauzele uzurii discului de șlefuit sunt clasificate în următoarele tipuri:

• Uzură abrazivă: Frecarea este generată de mișcarea relativă dintre granulele abrazive și piesa de prelucrat, ducând la uzura mecanică a granulelor abrazive. Această uzură se formează treptat în timp pe măsură ce măcinarea progresează. La șlefuire, dacă structura piesei de prelucrat este neuniformă și conține puncte dure cu duritate mai mare, frecarea relativă de alunecare dintre boabele abrazive și punctele dure va exacerba uzura mecanică a granulelor abrazive. Uzura plasticului: Când temperatura de măcinare atinge un anumit nivel, boabele abrazive se vor deforma din cauza plasticității. Duritatea termică a materialului piesei de prelucrat afectează direct uzura plastică a discului de șlefuit. Pe măsură ce boabele abrazive trec prin zona de măcinare, temperatura lor crește. Când ajunge la punctul de topire al materialului piesei de prelucrat, dacă duritatea termică pe planul de forfecare este mai mare decât duritatea termică în zona de contact a granulelor abrazive, granulele abrazive vor suferi o deformare plastică corespunzătoare în zona de contact, ducând la uzură abrazivă.
• Uzură oxidativă: Anumite gaze din aer pot stimula măcinarea. Când procesul de șlefuire se desfășoară în vid, șlefuirea oțelului cu conținut scăzut de carbon-cu o roată de șlefuit din alumină nu este la fel de lină ca în aer. Analiza arată că rotația discului de șlefuire antrenează fluxul de aer, reducând temperatura în zona de șlefuire. La temperaturi ridicate, piesa de prelucrat și așchiile suferă oxidare, formând o peliculă de oxid pe suprafață, prevenind uzura adezivului pe suprafața piesei de prelucrat.
• Uzura chimica:În timpul șlefuirii, suprafața discului de șlefuit și suprafața piesei de prelucrat prezintă o distribuție spațială complexă. Viteza crescută de șlefuire duce la temperaturi mai mari de șlefuire, provocând reacții chimice între materialul abraziv, materialul piesei de prelucrat și fluidul de șlefuire. Diferitele elemente chimice produse de aceste reacții chimice pot suferi reacții chimice în mai multe-etape. Reacția chimică dintre materialul abraziv și materialul piesei de prelucrat este un factor important în uzura chimică a discului de șlefuit.
• Uzura prin difuzie:Când discul de șlefuit șlefuiește piesa de prelucrat, elementele de pe suprafața discului de șlefuit și piesa de prelucrat difuzează la temperaturi ridicate, slăbind stratul de suprafață al boabelor abrazive și provocând uzură. Două materiale metalice aflate în contact strâns, la temperaturi și presiune ridicate, vor suferi difuzie în zona de contact după un anumit timp de șlefuire, ducând la uzura discului de șlefuit.
• Uzura prin fractură la stres termic:În timpul șlefuirii piesei de prelucrat, boabele abrazive ating instantaneu o temperatură ridicată și apoi se răcesc rapid sub acțiunea fluidului de măcinare. În cazul răcirii și încălzirii intermitente repetate, stresul termic din boabele abrazive crește, ducând la crăpare și fracturare pe suprafața granulelor abrazive. Stresul termic este legat în principal de conductibilitatea termică, coeficientul de dilatare termică și fluidul de măcinare. Conductivitatea termică este invers proporțională cu stresul termic, în timp ce coeficientul de dilatare termică este direct proporțional cu stresul termic. Cu cât performanța fluidului de șlefuire este mai bună, cu atât temperatura suprafeței piesei de prelucrat este mai mică și stresul termic este mai mare.