فرسایش چرخ سنگ‌زنی

فرسایش چرخ سنگ‌زنی، یک عامل مهم اندازه گیری شده از سنگ‌زنی در فرآیند‌های تولید قطعات و ابزارهای مهندسی شده است. سنگ زنی شامل فرآیندهای حذف مواد و اصلاح سطح یک قطعه کار تا رسیدن به براقیت سطحی است که جز این روش ممکن است از طریق فرآیندهای ماشینکاری معمولی غیرقابل دستیابی باشد. فرآیند سنگ زنی با عملیات ماشینکاری که از ابزارهای برش چند نقطه ای استفاده می‌کنند مقایسه شده است.^[۱] دانه‌های ساینده که کل هندسه چرخ را تشکیل می‌دهند به عنوان ابزار برش کوچک و مستقل عمل می‌کنند .کیفیت، ویژگی‌ها و میزان فرسایش چرخ سنگ‌زنی می‌تواند تحت اثر متقابل ویژگی‌های مواد قطعه کار، افزایش دما قطعه کار و نرخ فرسایش خود چرخ سنگ‌زنی قرار گیرد. نرخ سایش ملایم باعث سازگار‌تر شدن اندازه مواد می‌شود. حفظ پایداری نیروهای سنگ‌زنی به سرعت بالای فرسایش چرخ ترجیح داده می‌شود گرچه اثربخشی حذف مواد از قطعه کار را کاهش می‌دهد.^[۲]

مکانیسم‌های فرسایش چرخ[ویرایش]

یکی از عوامل رایج مربوط به سایش چرخ، شکستگی دانه است که می‌تواند یک مزیت باشد. بخشی از هر یک از دانه‌های منفرد روی سطح چرخ از هم جدا شده و از روی آن کنده می‌شوند. بر روی دانه‌های شکسته، لبه‌های تیز جدید باقی می‌ماند که آن ویژگی خود تیز شوندگی چرخ های‌سنگ‌زنی و به طور کلی ابزارهای برش می‌گویند. فرسایش یا سایش تدریجی که معمولاً نامطلوب است^[۳]منجر به کدر شدن دانه‌ها با ایجاد لکه‌های صاف و لبه‌های گرد روی چرخ می‌شود که باعث کم شدن توانایی چرخ برای حذف مواد می‌شود. لکه‌های مسطح همچنین می‌توانند منجر به تولید گرمای بیش از حد در تماس با سطحی قطعه کار شوند که به نوبه خود باعث تضعیف یا شکنندگی پیوندهای بین دانه‌ها می‌شود. حذف این دانه‌های فرسوده، توانایی برش چرخ را یک بار دیگر بازیابی می‌کند.^[۴] چرخ‌های سنگ‌زنی را می‌توان با ظرفیت دانه‌ها برای شکست نیز توصیف کرد . بسته به کاربرد مورد برای نظر چرخ سنگ‌زنی از مواد متصل‌کننده متفاوتی استفاده می‌شود. مواد متصل‌کننده بر اساس استحکام ذاتی آن به نام درجه چرخ طبقه‌بندی می‌شوند.^[۲]

نیروهای سنگ‌زنی[ویرایش]

منحنی فرسایش چرخ سنگ‌زنی: قطر فرسایش (میلی متر) به عنوان تابع زمان (td)، سه مرحله از فرسایش که عمر ابزار در مرحله دوم تعیین می‌شود (Td).

طول عمر و توانایی برش یک چرخ سنگ زنی می‌تواند تحت تاثیر نیروهای سنگ‌زنی تولید شده در هنگام استفاده از چرخ قرار گیرد. تحقیقات تجربی رابطه مستقیم بین سرعت برش، هندسه چرخ، هندسه تراشه و نیروهای سنگ‌زنی یعنی مولفه‌ عمودی(F_n) و مولفه مماسی(F_t) و نسبت آنها در زمان تماس چرخ با یک قطعه کار را نشان داده است.^[۲]

مرحله اول: وقتی یک قطعه کار وارد منطقه سنگ‌زنی می‌شود، نیروهای تماس اولیه ناپایدار هستند و به طور ناگهانی در مدت زمان کوتاهی افزایش می‌یابند و یک نقطه فرسایش کوچک ایجاد می‌شود. عملکرد کلی چرخ در این لحظه از نیروهای ناپایدار را می‌توان با تیز کردن چرخ قبل از استفاده به حداقل رساند.

مرحله دوم: در مرحله سایش حالت پایدار، نیروهای واکنش ثابت هستند و جریان تولید گرما در قطعه کار و چرخ در حالت تعادل باقی می‌ماند. داده‌های قابل اندازه‌گیری در این مرحله خود را به عنوان یک نرخ خطی سایش به عنوان تابعی از مدت کار کاربرد کمد یا عمر ابزار ( _Td ) نشان می‌دهد.^[۵] طول عمر چرخ سنگ‌زنی تا زمانی است که چرخ سنگ‌زنی پس از فرآیند تیز کردن شکل بدست آمده را حفظ کند.^[۲] تا زمانی که قطعه کار در تماس کامل با منطقه سنگ‌زنی است و نیروها ثبات دارند، جریان گرما تولید شده در قطعه کار و چرخ سنگ‌زنی متعادل می‌ماند. این حالت معمولاً دمایی را ایجاد نمی‌کند که باعث شکست پیوند شود، اما خواص مواد و استحکام پیوندها می‌توانند حداکثر نیروی اعمالی را که چرخ می‌تواند قبل از شکست تحمل کند را تعیین کند.^[۳]

مرحله III: نرخ سایش روی قطعه کار مضر می‌شود در حالی که نرخ تغییر در نیروهای واکنش کاهش می‌یابد. پایان عمر ابزار نشان دهنده این است که تیز کردن دیگر موثر نیست. نرخ تغییر نیروهای ایجاد شده در این مرحله حداقل است و سایش قطعه کار به حالت نمایی میل می‌کند.^[۶]

اثرات دما سایش[ویرایش]

طول عمر چرخ سنگ‌زنی و خواص نهایی سطح قطعه کار به طور مستقیم تحت تاثیر دما حاصل از سایش در عملیات سنگ‌زنی قرار می‌گیرد. گرما تولید شده در اثر فرآیند سنگ‌زنی به چرخ سنگ‌زنی و قطعه کار نفوذ کرده و می‌تواند موجب انبساط حرارتی و در نتیجه آن، ایجاد خطاهای ابعادی شود.^[۴]

چند مورد از اثار نامطلوب دمای سایش به شرح زیر است:

اضافه کردن مایعات سنگ‌زنی می‌تواند به طور موثر دمای سایش را کنترل کند تا اثرات سطحی ناشی از گرما بر روی چرخ و قطعه کار کاهش یابد.^[۴]

شار گرمایی زیاد ممکن است منجر به ذوب شدن چرخ سنگ‌زنی و در نتیجه آن، موجب افزایش فرسایش آن شود. نفوذ جریان گرما (Φ) به چرخ سنگ‌زنی و قطعه کار عمدتا به سرعت برش (v_s) و نیروی برش (F_c) بستگی دارد. دمای چرخ سنگ‌زنی به تراکم شار حرارتی (φ = dΦ/dA) تولید شده مربوط است (که به طور مستقیم با نرخ تغذیه متناسب نیز است).^[۷] مقدار تقریبی جریان گرما را می‌توان با رابطه روبرو محاسبه کرد: Φ = F_c * v_s

انواع چرخ سنگ‌زنی[ویرایش]

چرخ های سنگ‌زنی را می‌توان با استفاده از انواع مواد، بسته به کیفیت سایندگی مورد نیاز در حین استفاده تولید کرد. چرخ‌های سنگ‌زنی که از مواد ساینده طبیعی یا مصنوعی ساخته می‌شوند، انواع مختلفی از نظر هندسی دارند که چند یه نوع رایج آن در ادامه به آن اشاره شده است.^[۱]

مستقیم
استوانه‌ای
مخروطی

دانه‌های ساینده[ویرایش]

فرآیند سنگ‌زنی نیاز به یک جزء ساینده با سختی بیشتر از قطعه کار دارد. بیشتر چرخ‌های سنگ‌زنی از یک سطح چرخشی استفاده می کنند که با سطح کار در تماس است. خود چرخ سنگ‌زنی به طور کلی از دانه های ساینده‌ای تشکیل شده است که توسط ساختاری از پیوندها که حاوی مقداری تخلخل است، به یکدیگر متصل شده‌اند.^[۱]

سرعت چرخ[ویرایش]

چرخ سنگ‌زنی معمولا در سرعت‌های چرخش بالا کار می‌کند. ^[۴]سرعت چرخ به عوامل متعددی بستگی دارد که برخی از آنها شامل قدرت سنگ‌زنی چرخ، شکل قطعه و جنس قطعه کار است. این خواص بر پارامترهای مهم مانند جلای سطح، یکپارچگی سطح و فرسایش چرخ تأثیر می‌گذارد. به همین ترتیب، سرعت چرخ سنگ‌زنی بستگی به این که کدام فرآیند ساینده و کدام فرآیند جلادهی مورد نظر است بستگی دارد.^[۱]

تیز کردن[ویرایش]

چرخ سنگ‌زنی فرسوده را می‌توان برای بازیابی خواص سنگ‌زنی آن تیز کرد. تیز کردن چرخ سنگ‌زنی موجب قرار گرفتن دانه‌های جدیدی روی سطح چرخ سنگ‌زنی لعاب‌دار یا بارگذاری شده می‌شود. چرخ سنگ‌زنی لعاب‌دار نتیجه سایش زیاد است که باعث کدر شدن دانه‌ها شده است. چرخ سنگ‌زنی دارای اضافات، در نتیجه چسبیدن براده‌ها بر روی دانه‌های چرخ سنگ‌زنی به دلیل سنگ زنی مواد نرم و انتخاب اشتباه پارامترهای پروسه سنگ زنی است. علاوه بر تیز کردن چرخ سنگ‌زنی، می‌توان از این فرآیند برای اصلاح چرخ سنگ‌زنی‌ای که حالت دایروی آن از بین رفته یا برای شکل دادن به چرخ سنگ‌زنی به منظور ایجاد ویژگی‌های خاص روی قطعه کار استفاده کرد.^[۱]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

↑ ^۱٫۰ ^۱٫۱ ^۱٫۲ ^۱٫۳ ^۱٫۴ Schmid, Serope Kalpakjian, Steven (2007). Manufacturing processes for engineering materials (5th ed.). Harlow: Prentice Hall. pp. chapter 9. ISBN 978-0132272711.
↑ ^۲٫۰ ^۲٫۱ ^۲٫۲ ^۲٫۳ Rowe, W. Brian (2009). Principles of modern grinding technology (1st ed.). Norwich, NY: William Andrew. ISBN 0815520182.
↑ ^۳٫۰ ^۳٫۱ Mark J. Jackson; J. Paulo Davim, eds. (2011). Machining with abrasives (1st ed.). New York: Springer. pp. 47–51. ISBN 978-1441973016.
↑ ^۴٫۰ ^۴٫۱ ^۴٫۲ ^۴٫۳ Marinov, Valery (2012). Manufacturing Process Design (2nd ed.). Kendall Hunt Pub Co. ISBN 1465202560.
↑ al.], Ioan D. Marinescu ... [et (2012). Tribology of abrasive machining processes (2nd ed.). Norwich, N.Y.: William Andrew. pp. 356–359. ISBN 978-1437734676.
↑ Ioan D. Marinescu; et al. (2012). Tribology of abrasive machining processes (2nd ed.). Norwich, N.Y.: William Andrew. pp. 356–359. ISBN 978-1437734676.
↑ Kaczmarek, Jozef (2008). "The effect of abrasive cutting on the temperature of grinding wheel and its relative efficiency". Archives of Civil and Mechanical Engineering.

[:54-1] ۱٫۰ ^۱٫۱ ^۱٫۲ ^۱٫۳ ^۱٫۴ Schmid, Serope Kalpakjian, Steven (2007). Manufacturing processes for engineering materials (5th ed.). Harlow: Prentice Hall. pp. chapter 9. ISBN 978-0132272711.

[:0-2] ۲٫۰ ^۲٫۱ ^۲٫۲ ^۲٫۳ Rowe, W. Brian (2009). Principles of modern grinding technology (1st ed.). Norwich, NY: William Andrew. ISBN 0815520182.

[:1-3] ۳٫۰ ^۳٫۱ Mark J. Jackson; J. Paulo Davim, eds. (2011). Machining with abrasives (1st ed.). New York: Springer. pp. 47–51. ISBN 978-1441973016.

[:3-4] ۴٫۰ ^۴٫۱ ^۴٫۲ ^۴٫۳ Marinov, Valery (2012). Manufacturing Process Design (2nd ed.). Kendall Hunt Pub Co. ISBN 1465202560.

[:2-5] .], Ioan D. Marinescu ... [et (2012). Tribology of abrasive machining processes (2nd ed.). Norwich, N.Y.: William Andrew. pp. 356–359. ISBN 978-1437734676.

[:6-6] Ioan D. Marinescu; et al. (2012). Tribology of abrasive machining processes (2nd ed.). Norwich, N.Y.: William Andrew. pp. 356–359. ISBN 978-1437734676.

[:4-7] Kaczmarek, Jozef (2008). "The effect of abrasive cutting on the temperature of grinding wheel and its relative efficiency". Archives of Civil and Mechanical Engineering.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]