Princip brušenja i mehanizam trošenja brusnih ploča na reznim alatima

Princip brušenja i mehanizam trošenja brusnih ploča na reznim alatima.

 

1. Principi procesa mljevenja

Brušenje je također vrsta procesa rezanja, a brusna ploča se može smatrati glodalom s brojnim sitnim reznim rubovima kada se koristi za obradu alata. Tijekom procesa brušenja, površina alata je izložena trenju i grebanju od strane brusne ploče, a izbočena i relativno oštra abrazivna zrna na površini ploče urezuju se u materijal, stvarajući strugotine. Proces brušenja je u biti kombinacija rezanja, grebanja i klizanja. Pločice su male veličine i razlikuju se po obliku, uključujući strugotine-poput vrpce, segmentirane strugotine i nešto otopljenog i spaljenog pepela od strugotine, kao i metalnu prašinu.

 

Brušenje je podijeljeno u tri faze: početna faza mljevenja, stabilna faza i završna faza. U početnoj fazi brušenja, stvarna dubina brušenja je manja od radijalnog posmaka. To je zbog elastične deformacije alatnog stroja, obratka i sustava učvršćenja tijekom početne faze brušenja. Kada elastična deformacija sustava dosegne određenu razinu, on ulazi u stabilnu fazu. Tijekom kontinuiranog dodavanja, stvarna dubina mljevenja je u biti jednaka radijalnoj brzini dodavanja. U završnoj fazi, kako se elastična deformacija procesnog sustava postupno eliminira, stvarna dubina brušenja postaje veća od nule.

Brušenje brusnom pločom ima sljedeće karakteristike: visoka preciznost i mala hrapavost površine. Brusni kotač ima-funkciju samooštrenja, dopuštajući abrazivnim zrncima da režu obradak s relativno oštrim rubovima. Radijalna komponenta sile je velika. Slično kao i kod tokarenja, sila rezanja pri brušenju može se rastaviti na tri međusobno okomite komponente, ali je radijalna komponenta sile veća. Temperatura mljevenja je visoka. Budući da brušenje s brusnom pločom uključuje rezanje pod negativnim kutom rezanja i vrlo veliku brzinu rezanja, temperatura brušenja je visoka. Brusni kotač ima-učinak samooštrenja, dopuštajući abrazivnim zrncima da kontinuirano režu izradak s relativno oštrim rubovima. Gibanje brušenja sastoji se od glavnog gibanja, radijalne brzine posmaka i aksijalne brzine posmaka. Glavno gibanje je rotacijsko gibanje brusne ploče; linearna brzina vanjskog opsega brusne ploče glavna je brzina gibanja; brzina radijalnog posmaka odnosi se na udaljenost koju radni predmet pomiče radijalno u odnosu na brusnu ploču tijekom svakog dvostrukog (jednostrukog) hoda radnog stola; a aksijalna brzina napredovanja odnosi se na udaljenost koju obradak pomiče aksijalno u odnosu na brusnu ploču tijekom svakog okretaja ili svakog hoda radnog stola.

 

2. Obrasci trošenja brusne ploče i uzroci

Tijekom procesa brušenja alata za rezanje, brusna ploča će doživjeti različite stupnjeve trošenja zbog različitih čimbenika, uključujući fizičke, kemijske i mehaničke učinke, što dovodi do smanjenja sposobnosti brušenja i utječe na točnost spiralnog utora. Ako se jako istrošena brusna ploča ne zamijeni i nastavi koristiti, uzrokovat će vibracije, buku i druge pojave. Opsežna istraživanja trošenja brusne ploče pokazala su da su glavni oblici trošenja abrazivno trošenje, trošenje lomom i začepljenje/prianjanje.

 

2.1 Abrazivno trošenje

Tijekom procesa brušenja, svako abrazivno zrno doživljava trošenje, pokazujući različite stupnjeve trošenja aspekata, kao što je prikazano u C-C ravnini na donjoj slici. Kako se broj otupljenih abrazivnih zrna povećava, brusna ploča pokazuje karakteristike otupljivanja, kao što je značajno povećanje sile brušenja, gorenje površine obratka i tresenje tijekom procesa strojne obrade, što dovodi do ozbiljnog pada kvalitete obrade obrađenih dijelova.

2.2 Lom i trošenje

Lom i trošenje brusnih ploča može se podijeliti u dvije vrste: lom abrazivnog zrna i rasipanje abrazivnog zrna. Lom abrazivnog zrna odnosi se na pojavu gdje, kada naprezanje koje djeluje na abrazivno zrno premaši njegovu vlastitu snagu, dio abrazivnog zrna se odlomi u obliku malih fragmenata. Odvajanje abrazivnih zrna odnosi se na lom veziva između abrazivnih zrna, uzrokujući odvajanje abrazivnih zrna od brusne ploče. To stvara praznine na mjestima gdje su se nalazila odvojena zrna. Odvajanje slomljenih abrazivnih zrna s brusnog kotača dovodi do tangencijalnog trošenja izratka, što onemogućuje jamčenje točnosti dimenzija dijela. Međutim, stvaranje novih reznih rubova od otupljenih abrazivnih zrna, pod utjecajem loma i odvajanja abrazivnih zrna, može se definirati kao učinak "samo{5}}oštrenja" brusne ploče.

 

2.3 Začepljenje i prianjanje

Tijekom procesa brušenja, zbog povećane temperature i tlaka, materijal izratka koji se uklanja prianja uz abrazivna zrna dok prolaze kroz zonu brušenja. Bez obzira dolazi li zalijepljeni materijal u kontakt s izratkom glavni je uzrok loma abrazivnog zrna i raspadanja. Sposobnost mljevenja također je povezana s prianjajućim materijalom. Zalijepljeni materijal također može začepiti razmake između abrazivnih zrna. Jaka začepljenja također mogu dovesti do loma abrazivnih zrna, pa čak i do raspadanja, značajno smanjujući sposobnost brušenja brusne ploče.

 

Kako bi istražili prirodu trošenja brusne ploče, brojni su znanstvenici proučavali uzroke istrošenosti brusne ploče.

 

Trenutno se uzroci trošenja brusne ploče klasificiraju u sljedeće vrste:

• Abrazivno trošenje: Trenje nastaje relativnim kretanjem između abrazivnih zrna i obratka, što dovodi do mehaničkog trošenja abrazivnih zrna. Ovo se trošenje postupno stvara tijekom vremena kako brušenje napreduje. Prilikom brušenja, ako je struktura izratka neravna i sadrži čvrste točke veće tvrdoće, relativno trenje klizanja između abrazivnih zrna i tvrdih točaka će pogoršati mehaničko trošenje abrazivnih zrna. Plastično trošenje: Kada temperatura brušenja dosegne određenu razinu, abrazivna zrna će se deformirati zbog plastičnosti. Toplinska tvrdoća materijala izratka izravno utječe na plastično trošenje brusne ploče. Kako abrazivna zrna prolaze kroz zonu brušenja, njihova temperatura raste. Kada dosegne točku taljenja materijala izratka, ako je toplinska tvrdoća na ravnini smicanja veća od toplinske tvrdoće u kontaktnom području abrazivnog zrna, abrazivna zrna će doživjeti odgovarajuću plastičnu deformaciju u kontaktnom području, što dovodi do abrazivnog trošenja.
• Oksidativno trošenje: Određeni plinovi u zraku mogu potaknuti mljevenje. Kada se postupak mljevenja provodi u vakuumu, mljevenje nisko-ugljičnog čelika s brusnim kotačem od aluminijevog oksida nije tako glatko kao na zraku. Analiza pokazuje da rotacija brusne ploče pokreće protok zraka, smanjujući temperaturu u zoni mljevenja. Na visokim temperaturama izradak i strugotine podliježu oksidaciji, stvarajući oksidni film na površini, sprječavajući habanje ljepila na površini izratka.
• Kemijsko trošenje:Tijekom brušenja, površina brusne ploče i površina izratka imaju složen prostorni raspored. Povećana brzina brušenja dovodi do viših temperatura brušenja, uzrokujući kemijske reakcije između abrazivnog materijala, materijala izratka i tekućine za mljevenje. Različiti kemijski elementi proizvedeni ovim kemijskim reakcijama mogu proći kroz daljnje više-kemijske reakcije. Kemijska reakcija između abrazivnog materijala i materijala izratka važan je faktor u kemijskom trošenju brusne ploče.
• Difuzijsko trošenje:Kada brusna ploča brusi obradak, elementi na površini brusne ploče i obratka difundiraju na visokim temperaturama, slabeći površinski sloj abrazivnih zrnaca i uzrokujući trošenje. Dva metalna materijala koji su u bliskom kontaktu, pod visokom temperaturom i pritiskom, podvrgnut će se difuziji u području kontakta nakon određenog vremena brušenja, što dovodi do trošenja brusne ploče.
• Trošenje loma uslijed toplinskog naprezanja:Tijekom brušenja izratka, abrazivna zrna trenutno postižu visoku temperaturu, a zatim se brzo ohlade pod djelovanjem tekućine za brušenje. Pod opetovanim isprekidanim hlađenjem i zagrijavanjem, toplinsko naprezanje u abrazivnim zrncima se povećava, što dovodi do pucanja i lomljenja na površini abrazivnih zrna. Toplinsko naprezanje uglavnom je povezano s toplinskom vodljivošću, koeficijentom toplinskog širenja i tekućinom za mljevenje. Toplinska vodljivost je obrnuto proporcionalna toplinskom naprezanju, dok je koeficijent toplinskog rastezanja izravno proporcionalan toplinskom naprezanju. Što je bolja izvedba tekućine za brušenje, to je niža temperatura površine izratka i veće toplinsko naprezanje.