Leikkuutyökalujen hiomalaikkojen hiontaperiaate ja kulumismekanismi

Leikkuutyökalujen hiomalaikkojen hiontaperiaate ja kulumismekanismi.

 

1. Hiontaprosessin periaatteet

Hionta on myös eräänlainen leikkausprosessi, ja hiomalaikkaa voidaan pitää jyrsinnä, jossa on lukuisia pieniä leikkaussärmiä, kun sitä käytetään työstötyökaluissa. Hiontaprosessin aikana työkalun pintaan kohdistuu hiomalaikan kitkaa ja naarmuuntumista, ja pyörän pinnalla olevat ulkonevat ja suhteellisen terävät hankausrakeet leikkaavat materiaaliin muodostaen lastuja. Hiontaprosessi on pohjimmiltaan leikkaus-, naarmu- ja liukutoimintojen yhdistelmä. Lastut ovat kooltaan pieniä ja muodoltaan erilaisia, mukaan lukien nauha-kaltaiset lastut, segmentoidut lastut, sulanut ja palanut lastutuhka sekä metallipöly.

 

Hionta on jaettu kolmeen vaiheeseen: alkuhiontavaihe, vakaa vaihe ja viimeistelyvaihe. Alkuhiontavaiheessa todellinen jauhatussyvyys on pienempi kuin säteittäinen syöttönopeus. Tämä johtuu työstökoneen, työkappaleen ja kiinnitysjärjestelmän elastisesta muodonmuutoksesta alkuhiontavaiheessa. Kun järjestelmän elastinen muodonmuutos saavuttaa tietyn tason, se siirtyy vakaaseen vaiheeseen. Jatkuvassa syötössä todellinen jauhatussyvyys on olennaisesti yhtä suuri kuin säteittäinen syöttönopeus. Viimeistelyvaiheessa, kun prosessijärjestelmän elastinen muodonmuutos poistetaan vähitellen, todellinen hiontasyvyys on suurempi kuin nolla.

Hiomalaikalla hiomalla on seuraavat ominaisuudet: korkea tarkkuus ja alhainen pinnan karheus. Hiomalaikassa on itseteroittuva-toiminto, jonka avulla hiomarakeita voivat leikata työkappaleen suhteellisen terävin reunoin. Säteittäinen voimakomponentti on suuri. Samoin kuin sorvauksessa, hionnan aikana leikkausvoima voidaan hajottaa kolmeen keskenään kohtisuoraan komponenttiin, mutta säteittäinen voimakomponentti on suurempi. Jauhatuslämpötila on korkea. Koska hiomalaikalla hiontaan liittyy negatiivinen kaltevuuskulma ja erittäin suuri leikkausnopeus, hiontalämpötila on korkea. Hiomalaikalla on itsestään-teroittuva vaikutus, mikä mahdollistaa hiomarakeiden jatkuvan leikkaamisen työkappaleen suhteellisen terävin reunoin. Hiontaliike koostuu pääliikkeestä, säteittäissyöttönopeudesta ja aksiaalisesta syöttönopeudesta. Pääliike on hiomalaikan pyörivä liike; hiomalaikan ulkokehän lineaarinen nopeus on pääliikenopeus; säteittäinen syöttönopeus viittaa etäisyyteen, jonka työkappale liikkuu säteittäisesti hiomalaikkaan nähden jokaisen työpöydän kaksinkertaisen (yksittäisen) iskun aikana; ja aksiaalinen syöttönopeus viittaa etäisyyteen, jonka työkappale liikkuu aksiaalisesti suhteessa hiomalaikkaan jokaisen työpöydän kierroksen tai jokaisen iskun aikana.

 

2. Hiomalaikan kulumismallit ja syyt

Leikkaustyökalujen hiontaprosessin aikana hiomalaikka kuluu eri tekijöistä, mukaan lukien fysikaalisista, kemiallisista ja mekaanisista vaikutuksista, johtuen, mikä johtaa hiontakyvyn heikkenemiseen ja vaikuttaa kierteisen uran tarkkuuteen. Jos voimakkaasti kulunutta hiomalaikkaa ei vaihdeta ja sitä käytetään edelleen, se aiheuttaa tärinää, melua ja muita ilmiöitä. Laaja tutkimus hiomalaikan kulumisesta on osoittanut, että pääasialliset kulumismuodot ovat hankauskuluminen, murtumien kuluminen ja tukkeutuminen/tarttuminen.

 

2.1 Hankaava kuluminen

Hiontaprosessin aikana jokainen hiomarake kuluu, ja sen kulumisaste on erilainen, kuten alla olevassa kuvassa näkyy C-C-tasossa. Kun tylsistettyjen hiomarakeiden määrä kasvaa, hiomalaikalla on tylsymisominaisuuksia, kuten hiontavoiman merkittävä kasvu, työkappaleen pinnan palaminen ja tärinä koneistusprosessin aikana, mikä johtaa koneistettujen osien käsittelyn laadun vakavaan heikkenemiseen.

2.2 Murtuminen ja kuluminen

Hiomalaikkojen murtuminen ja kuluminen voidaan jakaa kahteen tyyppiin: hiomaraemurtuma ja hiomarakeiden irtoaminen. Hiomarakeen murtumalla tarkoitetaan ilmiötä, jossa hiomarakeen vaikuttavan jännityksen ylittäessä sen oman lujuuden osa hiomarakeista katkeaa pieniksi paloiksi. Hiomarakeiden irtoaminen tarkoittaa sideaineen murtumista hiomarakeiden välillä, jolloin hiomarakeita irtoaa hiomalaikasta. Tämä luo tyhjiöitä sinne, missä irronneet jyvät sijaitsivat. Murtuneiden hiomarakeiden irtoaminen hiomalaikasta johtaa työkappaleen tangentiaaliseen kulumiseen, mikä tekee mahdottomaksi taata kappaleen mittatarkkuutta. Uusien leikkuureunojen muodostuminen tylsistä hiomarakeista, joihin vaikuttaa hiomarakeiden murtuminen ja irtoaminen, voidaan kuitenkin määritellä hiomalaikan "itse{5}}teroittumisvaikutukseksi".

 

2.3 Tukkeutuminen ja tarttuminen

Hiontaprosessin aikana kohonneen lämpötilan ja paineen vuoksi poistettava työkappalemateriaali kiinnittyy hiomarakoihin kulkiessaan hiontavyöhykkeen läpi. Riippumatta siitä, koskettaako liimattu materiaali työkappaletta vai ei, se on suurin syy hiomarakeiden murtumiseen ja irtoamiseen. Hiontakyky liittyy myös kiinnittyvään materiaaliin. Liimattu materiaali voi myös tukkia hiomarakeiden väliset raot. Vakava tukkeutuminen voi myös johtaa hankaavien rakeiden murtumiseen ja tasaiseen irtoamiseen, mikä heikentää merkittävästi hiomalaikan hiontakykyä.

 

Lukuisat tutkijat ovat tutkineet hiomalaikan kulumisen syitä tutkiakseen hiomalaikan kulumisen luonnetta.

 

Tällä hetkellä hiomalaikan kulumisen syyt luokitellaan seuraaviin tyyppeihin:

• Hankaava kuluminen: Kitka syntyy hiomarakeiden ja työkappaleen välisestä suhteellisesta liikkeestä, mikä johtaa hiomarakeiden mekaaniseen kulumiseen. Tämä kuluminen muodostuu vähitellen ajan myötä hionnan edetessä. Hiottaessa, jos työkappaleen rakenne on epätasainen ja sisältää kovia pisteitä, joiden kovuus on korkeampi, hiomarakeiden ja kovien pisteiden välinen suhteellinen liukukitka pahentaa hiomarakeiden mekaanista kulumista. Muovin kuluminen: Kun hiontalämpötila saavuttaa tietyn tason, hiomarakeiden muoto muuttuu plastisuuden vuoksi. Työkappaleen materiaalin lämpökovuus vaikuttaa suoraan hiomalaikan muoviseen kulumiseen. Kun hiomarakeita kulkee jauhatusalueen läpi, niiden lämpötila nousee. Kun se saavuttaa työkappaleen materiaalin sulamispisteen, jos leikkaustason lämpökovuus on suurempi kuin hiomarakeiden kontaktialueen terminen kovuus, hiomarakeille tapahtuu vastaava plastinen muodonmuutos kosketusalueella, mikä johtaa hankaavaan kulumiseen.
• Oksidatiivinen kuluminen: Tietyt kaasut ilmassa voivat stimuloida jauhamista. Kun hionta suoritetaan tyhjiössä, vähähiilisen-teräksen hionta alumiinioksidihiomalaikalla ei ole yhtä sujuvaa kuin ilmassa. Analyysi osoittaa, että hiomalaikan pyöriminen ohjaa ilmavirtaa, mikä vähentää lämpötilaa hiomavyöhykkeellä. Korkeissa lämpötiloissa työkappale ja lastut hapettuvat muodostaen pinnalle oksidikalvon, joka estää liiman kulumisen työkappaleen pinnalla.
• Kemiallinen kuluminen:Hionnan aikana hiomalaikan pinnalla ja työkappaleen pinnalla on monimutkainen tilajakauma. Lisääntynyt hiontanopeus johtaa korkeampiin hiontalämpötiloihin, mikä aiheuttaa kemiallisia reaktioita hiomamateriaalin, työkappaleen materiaalin ja hiontanesteen välillä. Näissä kemiallisissa reaktioissa tuotetut erilaiset kemialliset alkuaineet voivat käydä läpi muita monivaiheisia kemiallisia reaktioita. Kemiallinen reaktio hiomamateriaalin ja työkappaleen materiaalin välillä on tärkeä tekijä hiomalaikan kemiallisessa kulumisessa.
• Diffuusiokulutus:Kun hiomalaikka hioo työkappaletta, hiomalaikan ja työkappaleen pinnalla olevat elementit diffundoituvat korkeissa lämpötiloissa heikentäen hiomarakeiden pintakerrosta ja aiheuttaen kulumista. Kaksi läheisessä kosketuksessa olevaa metallimateriaalia, korkeassa lämpötilassa ja paineessa, diffuusiota kosketusalueella tietyn hiontaajan jälkeen, mikä johtaa hiomalaikan kulumiseen.
• Lämpöstressimurtuman kuluminen:Työkappaleen hionnan aikana hiomarakeet saavuttavat välittömästi korkean lämpötilan ja jäähtyvät sitten nopeasti hiontanesteen vaikutuksesta. Toistuvassa ajoittaisessa jäähdytyksessä ja kuumennuksessa hiomarakeiden lämpöjännitys kasvaa, mikä johtaa halkeilemiseen ja murtumiseen hiomarakeiden pinnalla. Lämpöjännitys liittyy pääasiassa lämmönjohtavuuteen, lämpölaajenemiskertoimeen ja jauhatusnesteeseen. Lämmönjohtavuus on kääntäen verrannollinen lämpöjännitykseen, kun taas lämpölaajenemiskerroin on suoraan verrannollinen lämpöjännitykseen. Mitä parempi hiontanesteen suorituskyky, sitä alhaisempi työkappaleen pintalämpötila ja sitä suurempi lämpöjännitys.