Принципът на смилане и механизмът на износване на шлифовъчните колела на режещите инструменти

Принципът на смилане и механизмът на износване на шлифовъчните колела на режещите инструменти.

 

1. Принципи на процеса на смилане

Шлайфането също е вид процес на рязане и шлифовъчното колело може да се разглежда като фреза с множество малки режещи ръбове, когато се използва за обработващи инструменти. По време на процеса на шлайфане повърхността на инструмента е подложена на триене и надраскване от шлифовъчното колело, а изпъкналите и относително остри абразивни зърна върху повърхността на колелото се врязват в материала, образувайки стружки. Процесът на смилане е по същество комбинация от действия на рязане, надраскване и плъзгане. Чиповете са малки по размер и се различават по форма, включително лентови-стружки, сегментирани стружки и малко разтопена и изгорена пепел от стружки, както и метален прах.

 

Смилането е разделено на три етапа: начален етап на смилане, стабилен етап и завършващ етап. В началния етап на смилане действителната дълбочина на смилане е по-малка от радиалната скорост на подаване. Това се дължи на еластичната деформация на машинния инструмент, детайла и системата за закрепване по време на началния етап на шлайфане. Когато еластичната деформация на системата достигне определено ниво, тя навлиза в стабилен стадий. По време на непрекъснато подаване действителната дълбочина на смилане е по същество равна на радиалната скорост на подаване. В крайния етап, тъй като еластичната деформация на технологичната система постепенно се елиминира, действителната дълбочина на смилане става по-голяма от нула.

Шлайфането с шлифовъчен диск има следните характеристики: висока прецизност и ниска грапавост на повърхността. Шлифовъчното колело има -функция за самозаточване, което позволява на абразивните зърна да режат детайла с относително остри ръбове. Компонентът на радиалната сила е голям. Подобно на струговането, силата на рязане по време на шлайфане може да се разложи на три взаимно перпендикулярни компонента, но компонентът на радиалната сила е по-голям. Температурата на смилане е висока. Тъй като шлайфането с шлифовъчно колело включва рязане с отрицателен наклонен ъгъл и много висока скорост на рязане, температурата на смилане е висока. Шлифовъчното колело има само-ефект на самозаточване, което позволява на абразивните зърна непрекъснато да режат детайла с относително остри ръбове. Движението на смилане се състои от основното движение, радиалната скорост на подаване и аксиалната скорост на подаване. Основното движение е въртеливото движение на шлифовъчното колело; линейната скорост на външната обиколка на шлифовъчното колело е основната скорост на движение; скоростта на радиално подаване се отнася до разстоянието, което детайлът се движи радиално спрямо шлифовъчното колело по време на всеки двоен (единичен) ход на работната маса; а аксиалната скорост на подаване се отнася до разстоянието, което детайлът се движи аксиално спрямо шлифовъчното колело по време на всеки оборот или всеки ход на работната маса.

 

2. Модели и причини за износване на шлифовъчния диск

По време на процеса на смилане на режещи инструменти, шлифовъчното колело ще претърпи различна степен на износване поради различни фактори, включително физически, химични и механични ефекти, което води до намаляване на способността за смилане и влияе върху точността на спиралния канал. Ако силно износеното шлифовъчно колело не се смени и продължи да се използва, това ще причини вибрации, шум и други явления. Обширни изследвания върху износването на шлифовъчния диск показват, че основните форми на износване са абразивно износване, износване при счупване и запушване/прилепване.

 

2.1 Абразивно износване

По време на процеса на шлайфане всяко абразивно зърно се износва, показвайки различни степени на износване, както е показано в равнината C-C на фигурата по-долу. Тъй като броят на затъпените абразивни зърна се увеличава, шлифовъчният диск показва характеристики на затъпяване, като значително увеличение на силата на шлайфане, изгаряне на повърхността на детайла и тракане по време на процеса на обработка, което води до сериозен спад в качеството на обработка на обработените части.

2.2 Счупване и износване

Счупването и износването на шлифовъчните колела може да се раздели на два вида: счупване на абразивно зърно и отделяне на абразивно зърно. Счупването на абразивното зърно се отнася до явлението, при което, когато напрежението, действащо върху абразивното зърно, превиши собствената му сила, част от абразивното зърно се отчупва под формата на малки фрагменти. Отделянето на абразивни зърна се отнася до счупване на свързващото вещество между абразивните зърна, което води до отделяне на абразивните зърна от шлифовъчното колело. Това създава кухини, където са били разположени отделените зърна. Отделянето на счупени абразивни зърна от шлифовъчното колело води до тангенциално износване на детайла, което прави невъзможно гарантирането на точността на размерите на детайла. Въпреки това, образуването на нови режещи ръбове от затъпени абразивни зърна, повлияно от счупването и отделянето на абразивните зърна, може да се определи като ефект на „само-заточване“ на шлифовъчното колело.

 

2.3 Запушване и адхезия

По време на процеса на смилане, поради повишената температура и налягане, материалът на детайла, който се отстранява, прилепва към абразивните зърна, докато преминават през зоната на смилане. Независимо дали полепналият материал влиза в контакт с детайла, това е основната причина за счупване и разпадане на абразивните зърна. Способността за смилане също е свързана със залепения материал. Полепналият материал може също да запуши празнините между абразивните зърна. Силното запушване може също да доведе до счупване на абразивните зърна и дори до отделяне, което значително намалява способността за смилане на шлифовъчния диск.

 

За да изследват природата на износването на шлифовъчния диск, много учени са изследвали причините за износването на шлифовъчния диск.

 

Понастоящем причините за износването на шлифовъчния диск се класифицират в следните видове:

• Абразивно износване: Триенето се генерира от относителното движение между абразивните зърна и детайла, което води до механично износване на абразивните зърна. Това износване постепенно се образува с течение на времето, докато шлайфането напредва. При шлайфане, ако структурата на детайла е неравна и съдържа твърди точки с по-висока твърдост, относителното триене при плъзгане между абразивните зърна и твърдите точки ще влоши механичното износване на абразивните зърна. Пластмасово износване: Когато температурата на смилане достигне определено ниво, абразивните зърна ще се деформират поради пластичност. Термичната твърдост на материала на детайла пряко влияе върху пластичното износване на шлифовъчното колело. Когато абразивните зърна преминават през зоната на смилане, тяхната температура се повишава. Когато достигне точката на топене на материала на детайла, ако термичната твърдост на равнината на срязване е по-голяма от термичната твърдост в контактната зона на абразивните зърна, абразивните зърна ще претърпят съответната пластична деформация в контактната зона, което води до абразивно износване.
• Окислително износване: Някои газове във въздуха могат да стимулират смилането. Когато процесът на смилане се извършва във вакуум, смилането на ниско-въглеродна стомана с алуминиев шлифовъчен диск не е толкова гладко, колкото във въздуха. Анализът показва, че въртенето на шлифовъчното колело задвижва въздушния поток, намалявайки температурата в зоната на смилане. При високи температури детайлът и чиповете се подлагат на окисление, образувайки оксиден филм върху повърхността, предотвратявайки износването на лепило върху повърхността на детайла.
• Химическо износване:По време на шлайфане повърхността на шлифовъчното колело и повърхността на детайла имат сложно пространствено разпределение. Повишената скорост на смилане води до по-високи температури на смилане, причинявайки химични реакции между абразивния материал, материала на обработвания детайл и шлифовъчната течност. Различните химични елементи, произведени от тези химични реакции, могат да претърпят допълнителни много-етапни химични реакции. Химическата реакция между абразивния материал и материала на детайла е важен фактор за химическото износване на шлифовъчния диск.
• Дифузионно износване:Когато шлифовъчното колело шлайфа детайла, елементите на повърхността на шлифовъчното колело и детайла дифундират при високи температури, отслабвайки повърхностния слой на абразивните зърна и причинявайки износване. Два близко контактуващи метални материала при висока температура и налягане ще претърпят дифузия в контактната зона след определено време на смилане, което води до износване на шлифовъчното колело.
• Износване на счупване от термичен стрес:По време на шлифоването на детайла абразивните зърна моментално достигат висока температура и след това бързо се охлаждат под действието на шлифовъчната течност. При повтарящо се периодично охлаждане и нагряване термичното напрежение в абразивните зърна се увеличава, което води до напукване и счупване на повърхността на абразивните зърна. Топлинното напрежение е свързано главно с топлопроводимостта, коефициента на топлинно разширение и флуида за смилане. Топлинната проводимост е обратно пропорционална на термичния стрес, докато коефициентът на топлинно разширение е право пропорционален на термичния стрес. Колкото по-добра е производителността на шлифовъчната течност, толкова по-ниска е температурата на повърхността на детайла и толкова по-голямо е топлинното напрежение.