Slipeprinsippet og slitemekanismen til slipeskiver på skjæreverktøy

Slipeprinsippet og slitemekanismen til slipeskiver på skjæreverktøy.

 

1. Prinsipper for slipeprosess

Sliping er også en type skjæreprosess, og slipeskiven kan betraktes som en fres med mange små skjærekanter når den brukes til maskineringsverktøy. Under slipeprosessen blir verktøyoverflaten utsatt for friksjon og riper av slipeskiven, og de utstikkende og relativt skarpe slipekornene på skiveoverflaten skjærer inn i materialet og danner spon. Slipeprosessen er i hovedsak en kombinasjon av kutte-, ripe- og glidehandlinger. Brikkene er små i størrelse og varierer i form, inkludert bånd-som spon, segmenterte spon og litt smeltet og brent sponaske, samt metallstøv.

 

Sliping er delt inn i tre stadier: det innledende slipestadiet, det stabile stadiet og etterbehandlingsstadiet. I det innledende slipetrinnet er den faktiske slipedybden mindre enn den radielle matehastigheten. Dette skyldes den elastiske deformasjonen av maskinverktøyet, arbeidsstykket og festesystemet under det innledende slipestadiet. Når systemets elastiske deformasjon når et visst nivå, går det inn i det stabile stadiet. Ved fortsatt mating er den faktiske slipedybden i hovedsak lik den radielle matehastigheten. I sluttfasen, ettersom den elastiske deformasjonen av prosesssystemet gradvis elimineres, blir den faktiske slipedybden større enn null.

Sliping med slipeskive har følgende egenskaper: høy presisjon og lav overflateruhet. Slipeskiven har en selv-slipende funksjon, som lar slipekornene kutte arbeidsstykket med relativt skarpe kanter. Den radielle kraftkomponenten er stor. I likhet med dreiing kan skjærekraften under sliping dekomponeres i tre innbyrdes perpendikulære komponenter, men den radielle kraftkomponenten er større. Maletemperaturen er høy. Fordi sliping med en slipeskive innebærer negativ spånvinkelskjæring og en svært høy skjærehastighet, er slipetemperaturen høy. Slipeskiven har en selv-slipende effekt, slik at slipekornene kontinuerlig kan kutte arbeidsstykket med relativt skarpe kanter. Slipebevegelsen består av hovedbevegelsen, den radielle matehastigheten og den aksiale matehastigheten. Hovedbevegelsen er rotasjonsbevegelsen til slipeskiven; den lineære hastigheten til den ytre omkretsen av slipeskiven er hovedbevegelseshastigheten; den radielle matehastigheten refererer til avstanden arbeidsstykket beveger seg radielt i forhold til slipeskiven under hvert dobbelt (enkelt) slag av arbeidsbordet; og den aksiale matehastigheten refererer til avstanden arbeidsstykket beveger seg aksialt i forhold til slipeskiven under hver omdreining eller hvert slag av arbeidsbordet.

 

2. Slitasjemønstre og årsaker til slipeskiver

Under slipeprosessen til skjæreverktøy vil slipeskiven oppleve varierende grad av slitasje på grunn av ulike faktorer, inkludert fysiske, kjemiske og mekaniske effekter, noe som fører til en reduksjon i slipeevne og påvirker nøyaktigheten til det spiralformede sporet. Hvis en sterkt slitt slipeskive ikke skiftes ut og fortsetter å brukes, vil det forårsake vibrasjoner, støy og andre fenomener. Omfattende forskning på slipeskiveslitasje har vist at hovedformene for slitasje er abrasiv slitasje, bruddslitasje og tilstopping/vedheft.

 

2.1 Slipende slitasje

Under slipeprosessen opplever hvert slipekorn slitasje, og viser ulike grader av slitasjefasetter, som vist i C-C-planet i figuren nedenfor. Etter hvert som antallet stumpe slipekorn øker, viser slipeskiven butte egenskaper, slik som en betydelig økning i slipekraft, brenning av arbeidsstykkets overflate og skravling under maskineringsprosessen, noe som fører til en alvorlig nedgang i bearbeidingskvaliteten til de maskinerte delene.

2.2 Brudd og slitasje

Brudd og slitasje på slipeskiver kan deles inn i to typer: abrasiv kornbrudd og abrasiv kornavgivelse. Slipekornbrudd refererer til fenomenet der, når spenningen som virker på slipekornet overstiger dets egen styrke, brytes en del av slipekornet av i form av små fragmenter. Abrasiv kornavgivelse refererer til brudd på bindemiddelet mellom slipekornene, noe som får slipekornene til å løsne fra slipeskiven. Dette skaper tomrom der de løsrevne kornene var plassert. Løsningen av bruddkorn fra slipeskiven fører til tangentiell slitasje på arbeidsstykket, noe som gjør det umulig å garantere delens dimensjonsnøyaktighet. Imidlertid kan dannelsen av nye skjærekanter fra stumpe slipekorn, påvirket av slipekornbrudd og avfall, defineres som den "selv-slipende" effekten av slipeskiven.

 

2.3 Tilstopping og vedheft

Under slipeprosessen, på grunn av økt temperatur og trykk, fester arbeidsstykkematerialet som fjernes seg til slipekornene når de passerer gjennom slipesonen. Hvorvidt det vedheftede materialet kommer i kontakt med arbeidsstykket eller ikke, er en viktig årsak til brudd på slipekorn og skjæring. Slipeevnen er også relatert til det vedheftede materialet. Det vedheftede materialet kan også tette hullene mellom slipekornene. Alvorlig tilstopping kan også føre til slitekornbrudd og til og med slipp, noe som reduserer slipeskivens slipeevne betydelig.

 

For å utforske arten av slipeskiveslitasje, har mange forskere studert årsakene til slipeskiveslitasje.

 

For tiden er årsakene til slitasje på slipeskiver klassifisert i følgende typer:

• Slipende slitasje: Friksjon genereres av den relative bevegelsen mellom slipekornene og arbeidsstykket, noe som fører til mekanisk slitasje av slipekornene. Denne slitasjen dannes gradvis over tid ettersom slipingen skrider frem. Ved sliping, hvis arbeidsstykkestrukturen er ujevn og inneholder harde punkter med høyere hardhet, vil den relative glidefriksjonen mellom slipekornene og de harde punktene forverre den mekaniske slitasjen til slipekornene. Plastslitasje: Når slipetemperaturen når et visst nivå, vil slipekornene deformeres på grunn av plastisitet. Den termiske hardheten til arbeidsstykkematerialet påvirker direkte plastslitasjen til slipeskiven. Når slipekornene passerer gjennom slipesonen, stiger temperaturen. Når det når smeltepunktet til arbeidsstykkematerialet, hvis den termiske hardheten på skjærplanet er større enn den termiske hardheten i slipekornets kontaktområde, vil slipekornene gjennomgå tilsvarende plastisk deformasjon i kontaktområdet, noe som fører til abrasiv slitasje.
• Oksidativ slitasje: Visse gasser i luften kan stimulere sliping. Når slipeprosessen utføres i vakuum, er slipingen av lav-karbonstål med en aluminiumoksydslipeskive ikke like jevn som i luft. Analyse viser at rotasjonen av slipeskiven driver luftstrømmen, og reduserer temperaturen i slipesonen. Ved høye temperaturer gjennomgår arbeidsstykket og sponene oksidasjon, og danner en oksidfilm på overflaten, som forhindrer limslitasje på arbeidsstykkets overflate.
• Kjemisk slitasje:Under sliping viser overflaten av slipeskiven og overflaten av arbeidsstykket en kompleks romlig fordeling. Økt slipehastighet fører til høyere slipetemperaturer, og forårsaker kjemiske reaksjoner mellom slipematerialet, arbeidsstykkematerialet og slipevæsken. De ulike kjemiske elementene produsert av disse kjemiske reaksjonene kan gjennomgå ytterligere kjemiske reaksjoner i flere-trinn. Den kjemiske reaksjonen mellom slipematerialet og arbeidsstykkematerialet er en viktig faktor i den kjemiske slitasjen på slipeskiven.
• Diffusjonsslitasje:Når slipeskiven sliper arbeidsstykket, diffunderer elementene på overflaten av slipeskiven og arbeidsstykket ved høye temperaturer, noe som svekker overflatelaget til slipekornene og forårsaker slitasje. To nærkontaktende metallmaterialer, under høy temperatur og trykk, vil gjennomgå diffusjon i kontaktområdet etter en viss slipetid, noe som fører til slitasje på slipeskiven.
• Termisk stressbruddslitasje:Under sliping av arbeidsstykket når slipekornene øyeblikkelig høy temperatur og avkjøles deretter raskt under påvirkning av slipevæsken. Ved gjentatt intermitterende avkjøling og oppvarming øker den termiske spenningen i slipekornene, noe som fører til sprekker og sprekker på overflaten av slipekornene. Termisk stress er hovedsakelig relatert til termisk ledningsevne, termisk utvidelseskoeffisient og slipevæske. Termisk ledningsevne er omvendt proporsjonal med termisk spenning, mens koeffisienten for termisk utvidelse er direkte proporsjonal med termisk spenning. Jo bedre ytelsen til slipevæsken er, desto lavere er arbeidsstykkets overflatetemperatur og desto større termisk spenning.