Slibeprincippet og slidmekanismen for slibeskiver på skærende værktøjer

Slibeprincippet og slidmekanismen for slibeskiver på skærende værktøjer.

 

1. Slibeprocesprincipper

Slibning er også en form for skæreproces, og slibeskiven kan betragtes som en fræser med adskillige bittesmå skærekanter, når den bruges til bearbejdning af værktøjer. Under slibningsprocessen udsættes værktøjsoverfladen for friktion og ridser af slibeskiven, og de fremspringende og relativt skarpe slibekorn på skivens overflade skærer sig ind i materialet og danner spåner. Slibningsprocessen er i det væsentlige en kombination af skære-, ridse- og glidehandlinger. Spånerne er små i størrelse og varierer i form, inklusive bånd-lignende spåner, segmenterede spåner og noget smeltet og brændt spåneaske samt metalstøv.

 

Slibning er opdelt i tre trin: den indledende slibefase, den stabile fase og efterbehandlingsfasen. I det indledende slibetrin er den faktiske slibedybde mindre end den radiale fremføringshastighed. Dette skyldes den elastiske deformation af værktøjsmaskinen, emnet og fikstursystemet under den indledende slibefase. Når systemets elastiske deformation når et vist niveau, går det ind i den stabile fase. Under fortsat fremføring er den faktiske slibedybde stort set lig med den radiale fremføringshastighed. I efterbehandlingsfasen, da den elastiske deformation af processystemet gradvist elimineres, bliver den faktiske slibedybde større end nul.

Slibning med en slibeskive har følgende egenskaber: høj præcision og lav overfladeruhed. Slibeskiven har en selv-slibende funktion, der gør det muligt for slibekornene at skære emnet med relativt skarpe kanter. Den radiale kraftkomponent er stor. I lighed med drejning kan skærekraften under slibning dekomponeres i tre indbyrdes vinkelrette komponenter, men den radiale kraftkomponent er større. Maletemperaturen er høj. Fordi slibning med en slibeskive involverer negativ spånvinkelskæring og en meget høj skærehastighed, er slibetemperaturen høj. Slibeskiven har en selv-slibende effekt, hvilket tillader slibekornene kontinuerligt at skære emnet med relativt skarpe kanter. Slibebevægelsen består af hovedbevægelsen, den radiale fremføringshastighed og den aksiale fremføringshastighed. Hovedbevægelsen er slibeskivens rotationsbevægelse; den lineære hastighed af slibeskivens ydre omkreds er hovedbevægelseshastigheden; den radiale tilspændingshastighed refererer til den afstand, arbejdsemnet bevæger sig radialt i forhold til slibeskiven under hvert dobbelt (enkelt) slag af arbejdsbordet; og den aksiale tilspændingshastighed refererer til den afstand, arbejdsemnet bevæger sig aksialt i forhold til slibeskiven under hver omdrejning eller hvert slag af arbejdsbordet.

 

2. Slibeskiver slidmønstre og årsager

Under slibningsprocessen af ​​skærende værktøjer vil slibeskiven opleve varierende grader af slid på grund af forskellige faktorer, herunder fysiske, kemiske og mekaniske effekter, hvilket fører til et fald i slibeevnen og påvirker nøjagtigheden af ​​den spiralformede rille. Hvis en svært slidt slibeskive ikke udskiftes og fortsætter med at blive brugt, vil det forårsage vibrationer, støj og andre fænomener. Omfattende forskning i slid på slibeskiver har vist, at de vigtigste former for slid er slibeslid, brudslitage og tilstopning/vedhæftning.

 

2.1 Slibende slid

Under slibningsprocessen udsættes hvert slibekorn for slid og udviser forskellige grader af slidfacetter, som vist i C-C-planet i figuren nedenfor. Efterhånden som antallet af afstumpede slibekorn stiger, udviser slibeskiven afstumpningsegenskaber, såsom en betydelig stigning i slibekraft, brænding af emneoverfladen og smæld under bearbejdningsprocessen, hvilket fører til et alvorligt fald i bearbejdningskvaliteten af ​​de bearbejdede dele.

2.2 Brud og slitage

Brud og slitage af slibeskiver kan opdeles i to typer: slibekornsbrud og slibekornafgivelse. Slibekornsbrud refererer til det fænomen, hvor en del af slibekornet brækker af i form af små fragmenter, når belastningen på slibekornet overstiger dets egen styrke. Afgivelse af slibekorn refererer til brud på bindemidlet mellem slibekornene, hvilket får slibekornene til at løsne sig fra slibeskiven. Dette skaber hulrum, hvor de løsnede korn var placeret. Frigørelsen af ​​brudte slibekorn fra slibeskiven fører til tangentielt slid på emnet, hvilket gør det umuligt at garantere emnets dimensionelle nøjagtighed. Imidlertid kan dannelsen af ​​nye skærekanter fra stumpede slibekorn, påvirket af slibekornsbrud og afgivelse, defineres som den "selv-slibende" effekt af slibeskiven.

 

2.3 Tilstopning og vedhæftning

Under slibningsprocessen, på grund af øget temperatur og tryk, klæber det fjernede emnemateriale til slibekornene, når de passerer gennem slibezonen. Uanset om det vedhæftede materiale kommer i kontakt med arbejdsemnet eller ej, er det en væsentlig årsag til brud på slibekorn og slibning. Slibeevnen er også relateret til det vedhæftede materiale. Det vedhæftede materiale kan også tilstoppe mellemrummene mellem slibekornene. Alvorlig tilstopning kan også føre til brud på slibekorn og endda udskillelse, hvilket væsentligt reducerer slibeskivens slibeevne.

 

For at udforske arten af ​​slid på slibeskiver har adskillige forskere undersøgt årsagerne til slid på slibeskiver.

 

I øjeblikket er årsagerne til slid på slibeskiver klassificeret i følgende typer:

• Slibende slid: Friktion genereres af den relative bevægelse mellem slibekornene og emnet, hvilket fører til mekanisk slid på slibekornene. Dette slid opstår gradvist over tid, efterhånden som slibningen skrider frem. Ved slibning, hvis arbejdsemnets struktur er ujævn og indeholder hårde punkter med højere hårdhed, vil den relative glidefriktion mellem slibekornene og de hårde punkter forværre det mekaniske slid på slibekornene. Plastslid: Når slibetemperaturen når et vist niveau, vil slibekornene deformeres på grund af plasticitet. Den termiske hårdhed af emnematerialet påvirker direkte slibeskivens plastiske slid. Når slibekornene passerer gennem slibezonen, stiger deres temperatur. Når det når smeltepunktet for emnematerialet, hvis den termiske hårdhed på forskydningsplanet er større end den termiske hårdhed i slibekornets kontaktområde, vil slibekornene undergå tilsvarende plastisk deformation i kontaktområdet, hvilket fører til slibende slid.
• Oxidativt slid: Visse gasser i luften kan stimulere slibning. Når slibningsprocessen udføres i et vakuum, er slibningen af ​​lav-kulstofstål med en aluminiumoxidslibeskive ikke så glat som i luft. Analyse viser, at rotationen af ​​slibeskiven driver luftstrømmen, hvilket reducerer temperaturen i slibezonen. Ved høje temperaturer undergår emnet og spånerne oxidation, hvilket danner en oxidfilm på overfladen, hvilket forhindrer klæbende slid på emnets overflade.
• Kemisk slid:Under slibning udviser overfladen af ​​slibeskiven og overfladen af ​​emnet en kompleks rumlig fordeling. Øget slibehastighed fører til højere slibetemperaturer, hvilket forårsager kemiske reaktioner mellem slibematerialet, emnematerialet og slibevæsken. De forskellige kemiske grundstoffer produceret af disse kemiske reaktioner kan gennemgå yderligere kemiske reaktioner i flere-trin. Den kemiske reaktion mellem slibematerialet og emnematerialet er en vigtig faktor i det kemiske slid på slibeskiven.
• Diffusionsslid:Når slibeskiven sliber emnet, diffunderer elementerne på overfladen af ​​slibeskiven og emnet ved høje temperaturer, hvilket svækker overfladelaget af slibekornene og forårsager slid. To tæt berørende metalmaterialer, under høj temperatur og tryk, vil undergå diffusion i kontaktområdet efter en vis slibetid, hvilket fører til slid på slibeskiven.
• Termisk stressbrudslid:Under slibningen af ​​emnet når slibekornene øjeblikkeligt en høj temperatur og afkøles derefter hurtigt under påvirkning af slibevæsken. Under gentagen intermitterende afkøling og opvarmning øges den termiske spænding i slibekornene, hvilket fører til revner og brud på overfladen af ​​slibekornene. Termisk stress er hovedsageligt relateret til termisk ledningsevne, termisk udvidelseskoefficient og slibevæske. Termisk ledningsevne er omvendt proportional med termisk stress, mens termisk udvidelseskoefficient er direkte proportional med termisk stress. Jo bedre ydeevne slibevæsken er, jo lavere er emnets overfladetemperatur og jo større termisk spænding.