اصل سنگ زنی و مکانیزم سایش چرخ های سنگ زنی در ابزارهای برش

اصل سنگ زنی و مکانیزم سایش چرخ های سنگ زنی در ابزارهای برش.

 

1. اصول فرآیند سنگ زنی

سنگ زنی نیز نوعی فرآیند برش است و چرخ سنگ زنی را می توان به عنوان یک فرز با لبه های برش ریز متعدد در هنگام استفاده برای ابزارهای ماشینکاری در نظر گرفت. در طی فرآیند سنگ زنی، سطح ابزار توسط چرخ سنگ زنی در معرض اصطکاک و خراش قرار می گیرد و دانه های ساینده برآمده و نسبتاً تیز روی سطح چرخ بر روی مواد بریده می شوند و براده ها را تشکیل می دهند. فرآیند سنگ زنی اساساً ترکیبی از اعمال برش، خراش و لغزش است. تراشه ها از نظر اندازه کوچک و شکل متفاوتی دارند، از جمله روبان-مثل تراشه ها، تراشه های قطعه قطعه شده، و مقداری خاکستر تراشه ذوب شده و سوخته، و همچنین گرد و غبار فلز.

 

سنگ زنی به سه مرحله تقسیم می شود: مرحله آسیاب اولیه، مرحله پایدار و مرحله پایان. در مرحله آسیاب اولیه، عمق واقعی آسیاب کمتر از نرخ تغذیه شعاعی است. این به دلیل تغییر شکل الاستیک ماشین ابزار، قطعه کار و سیستم فیکسچر در مرحله اولیه سنگ زنی است. هنگامی که تغییر شکل الاستیک سیستم به حد معینی می رسد، وارد مرحله پایدار می شود. در طول تغذیه مداوم، عمق آسیاب واقعی اساساً برابر با نرخ تغذیه شعاعی است. در مرحله تکمیل، با حذف تدریجی تغییر شکل الاستیک سیستم فرآیند، عمق آسیاب واقعی بیشتر از صفر می شود.

سنگ زنی با چرخ سنگ زنی دارای ویژگی های زیر است: دقت بالا و زبری سطح پایین. چرخ سنگ زنی دارای عملکرد خود تیز شوندگی است که به دانه های ساینده اجازه می دهد قطعه کار را با لبه های نسبتاً تیز برش دهند. مولفه نیروی شعاعی بزرگ است. همانند چرخش، نیروی برش در حین آسیاب را می توان به سه جزء عمود بر یکدیگر تجزیه کرد، اما جزء نیروی شعاعی بزرگتر است. دمای آسیاب بالاست. از آنجایی که سنگ زنی با چرخ سنگ زنی شامل برش با زاویه چنگک منفی و سرعت برش بسیار بالا است، دمای آسیاب بالاست. چرخ سنگ زنی دارای اثر تیز شوندگی است و به دانه های ساینده اجازه می دهد تا به طور مداوم قطعه کار را با لبه های نسبتاً تیز برش دهند. حرکت سنگ زنی شامل حرکت اصلی، سرعت تغذیه شعاعی و سرعت تغذیه محوری است. حرکت اصلی حرکت چرخشی چرخ سنگ زنی است. سرعت خطی محیط بیرونی چرخ سنگ زنی سرعت حرکت اصلی است. نرخ تغذیه شعاعی به فاصله ای است که قطعه کار به صورت شعاعی نسبت به چرخ سنگ زنی طی هر حرکت دوگانه (تک) میز کار حرکت می کند. و نرخ تغذیه محوری به فاصله حرکت محوری قطعه کار نسبت به چرخ سنگ زنی در طول هر چرخش یا هر ضربه میز کار اشاره دارد.

 

2. الگوهای سایش چرخ سنگ زنی و علل

در طی فرآیند سنگ زنی ابزارهای برش، چرخ سنگ زنی به دلیل عوامل مختلف از جمله اثرات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی درجات مختلفی از سایش را تجربه می کند که منجر به کاهش توانایی سنگ زنی و تأثیر بر دقت شیار مارپیچ می شود. اگر چرخ سنگ زنی که به شدت فرسوده شده است تعویض نشود و همچنان به کار خود ادامه دهد، باعث ایجاد لرزش، صدا و سایر پدیده ها می شود. تحقیقات گسترده در مورد سایش چرخ سنگ زنی نشان داده است که اشکال اصلی سایش سایش ساینده، سایش شکستگی و گرفتگی/چسبندگی است.

 

2.1 سایش ساینده

در طول فرآیند آسیاب، هر دانه ساینده دچار سایش می شود و درجات مختلفی از سایش را نشان می دهد، همانطور که در صفحه C-C در شکل زیر نشان داده شده است. با افزایش تعداد دانه‌های ساینده کنده‌شده، چرخ سنگ‌زنی ویژگی‌های کند شدن را نشان می‌دهد، مانند افزایش قابل‌توجه در نیروی سنگ‌زنی، سوختن سطح قطعه کار، و پچ پچ در طول فرآیند ماشین‌کاری، که منجر به کاهش جدی در کیفیت پردازش قطعات ماشین‌کاری شده می‌شود.

2.2 شکستگی و سایش

شکستگی و سایش چرخ های سنگ زنی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: شکستگی دانه ساینده و ریزش دانه ساینده. شکستگی دانه ساینده به پدیده ای اطلاق می شود که زمانی که تنش وارده بر دانه ساینده از قدرت خود فراتر رود، بخشی از دانه ساینده به صورت قطعات کوچک می شکند. ریزش دانه های ساینده به شکستگی چسب بین دانه های ساینده اشاره دارد که باعث جدا شدن دانه های ساینده از چرخ سنگ زنی می شود. این باعث ایجاد حفره هایی در محل قرارگیری دانه های جدا شده می شود. جدا شدن دانه های ساینده شکسته از چرخ سنگ زنی منجر به سایش مماسی قطعه کار می شود و تضمین دقت ابعادی قطعه را غیرممکن می کند. با این حال، تشکیل لبه‌های برش جدید از دانه‌های ساینده کنده‌شده، تحت تأثیر شکستگی و ریزش دانه‌های ساینده، می‌تواند به‌عنوان اثر «خود- تیز شوندگی» چرخ سنگ‌زنی تعریف شود.

 

2.3 گرفتگی و چسبندگی

در طول فرآیند آسیاب، به دلیل افزایش دما و فشار، مواد قطعه کار که حذف می‌شوند، هنگام عبور از ناحیه آسیاب به دانه‌های ساینده می‌چسبند. این که آیا مواد چسبیده با قطعه کار تماس پیدا می کند یا نه، دلیل اصلی شکستگی و ریزش دانه های ساینده است. قابلیت سنگ زنی نیز به مواد چسبیده مربوط می شود. مواد چسبیده همچنین می تواند شکاف بین دانه های ساینده را مسدود کند. گرفتگی شدید همچنین می تواند منجر به شکستگی دانه های ساینده و حتی ریزش شود و به طور قابل توجهی توانایی سنگ زنی چرخ سنگ زنی را کاهش دهد.

 

برای کشف ماهیت سایش چرخ سنگ زنی، محققان متعددی علل سایش چرخ سنگ زنی را بررسی کرده اند.

 

در حال حاضر، علل سایش چرخ سنگ زنی به انواع زیر طبقه بندی می شود:

• سایش ساینده: اصطکاک در اثر حرکت نسبی بین دانه های ساینده و قطعه کار ایجاد می شود که منجر به سایش مکانیکی دانه های ساینده می شود. این سایش به تدریج و با پیشرفت سنگ زنی در طول زمان شکل می گیرد. هنگام سنگ زنی، اگر ساختار قطعه کار ناهموار و حاوی نقاط سخت با سختی بالاتر باشد، اصطکاک لغزشی نسبی بین دانه های ساینده و نقاط سخت، سایش مکانیکی دانه های ساینده را تشدید می کند. سایش پلاستیک: هنگامی که دمای آسیاب به یک سطح معین می رسد، دانه های ساینده به دلیل انعطاف پذیری تغییر شکل می دهند. سختی حرارتی مواد قطعه کار مستقیماً بر سایش پلاستیک چرخ سنگ زنی تأثیر می گذارد. با عبور دانه های ساینده از ناحیه آسیاب، دمای آنها افزایش می یابد. هنگامی که به نقطه ذوب ماده قطعه کار می رسد، اگر سختی حرارتی در صفحه برشی بیشتر از سختی حرارتی در ناحیه تماس دانه ساینده باشد، دانه های ساینده دچار تغییر شکل پلاستیکی مربوطه در ناحیه تماس می شوند که منجر به سایش ساینده می شود.
• سایش اکسیداتیو: برخی گازهای موجود در هوا می توانند آسیاب را تحریک کنند. هنگامی که فرآیند سنگ زنی در خلاء انجام می شود، سنگ زنی فولاد کم کربن- با چرخ سنگ زنی آلومینا به صافی هوا نیست. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که چرخش چرخ سنگ زنی جریان هوا را به حرکت در می آورد و دما را در منطقه سنگ زنی کاهش می دهد. در دماهای بالا، قطعه کار و تراشه ها تحت اکسیداسیون قرار می گیرند و یک لایه اکسید روی سطح تشکیل می دهند و از سایش چسب روی سطح قطعه کار جلوگیری می کنند.
• سایش شیمیایی:در طول سنگ زنی، سطح چرخ سنگ زنی و سطح قطعه کار توزیع فضایی پیچیده ای را نشان می دهند. افزایش سرعت آسیاب منجر به دمای آسیاب بالاتر می شود و باعث واکنش های شیمیایی بین مواد ساینده، ماده قطعه کار و سیال سنگ زنی می شود. عناصر شیمیایی مختلف تولید شده توسط این واکنش‌های شیمیایی ممکن است تحت واکنش‌های شیمیایی چند مرحله‌ای دیگر قرار گیرند. واکنش شیمیایی بین مواد ساینده و ماده قطعه کار عامل مهمی در سایش شیمیایی چرخ سنگ زنی است.
• سایش انتشار:هنگامی که چرخ سنگ زنی قطعه کار را آسیاب می کند، عناصر روی سطح چرخ سنگ زنی و قطعه کار در دماهای بالا پخش می شوند و لایه سطحی دانه های ساینده را ضعیف می کنند و باعث سایش می شوند. دو ماده فلزی که در تماس نزدیک هستند، تحت دما و فشار بالا، پس از یک زمان آسیاب مشخص، در ناحیه تماس تحت نفوذ قرار می‌گیرند که منجر به سایش چرخ سنگ‌زنی می‌شود.
• سایش شکستگی استرس حرارتی:در طول آسیاب قطعه کار، دانه های ساینده فوراً به دمای بالایی می رسند و سپس تحت تأثیر سیال سنگ زنی به سرعت سرد می شوند. تحت سرمایش و گرمایش متناوب مکرر، تنش حرارتی در دانه‌های ساینده افزایش می‌یابد که منجر به ترک خوردن و شکستگی در سطح دانه‌های ساینده می‌شود. تنش حرارتی عمدتاً مربوط به هدایت حرارتی، ضریب انبساط حرارتی و سیال سنگ زنی است. هدایت حرارتی با تنش حرارتی نسبت معکوس دارد، در حالی که ضریب انبساط حرارتی با تنش حرارتی نسبت مستقیم دارد. هر چه عملکرد سیال سنگ زنی بهتر باشد، دمای سطح قطعه کار کمتر و تنش حرارتی بیشتر می شود.