Nguyên lý mài và cơ chế mài mòn của đá mài trên dụng cụ cắt

Nguyên lý mài và cơ chế mài mòn của đá mài trên dụng cụ cắt.

 

1. Nguyên lý quá trình mài

Mài cũng là một loại quá trình cắt, và đá mài có thể được coi là một dao phay có nhiều lưỡi cắt nhỏ khi được sử dụng cho các dụng cụ gia công. Trong quá trình mài, bề mặt dụng cụ chịu ma sát và trầy xước bởi bánh mài, các hạt mài mòn nhô ra và tương đối sắc nét trên bề mặt bánh xe cắt vào vật liệu, tạo thành phoi. Quá trình mài thực chất là sự kết hợp của các thao tác cắt, cào và trượt. Các mảnh vụn có kích thước nhỏ và hình dạng khác nhau, bao gồm các mảnh vụn-như ruy-băng, các mảnh vụn được phân đoạn và một số tro chip bị nấu chảy và đốt cháy cũng như bụi kim loại.

 

Quá trình mài được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn mài ban đầu, giai đoạn ổn định và giai đoạn hoàn thiện. Ở giai đoạn mài ban đầu, độ sâu mài thực tế nhỏ hơn tốc độ cấp liệu xuyên tâm. Điều này là do sự biến dạng đàn hồi của máy công cụ, phôi và hệ thống đồ gá trong giai đoạn mài ban đầu. Khi biến dạng đàn hồi của hệ thống đạt đến một mức nhất định, nó sẽ bước vào giai đoạn ổn định. Trong quá trình cấp liệu tiếp tục, độ sâu mài thực tế về cơ bản bằng với tốc độ cấp liệu hướng tâm. Ở giai đoạn hoàn thiện, khi biến dạng đàn hồi của hệ thống xử lý dần bị loại bỏ, độ sâu mài thực tế sẽ lớn hơn 0.

Mài bằng đá mài có các đặc điểm sau: độ chính xác cao và độ nhám bề mặt thấp. Bánh mài có chức năng tự{1}}mài, cho phép các hạt mài mòn cắt phôi có cạnh tương đối sắc. Thành phần lực hướng tâm lớn. Tương tự như tiện, lực cắt trong quá trình mài có thể được phân tách thành ba thành phần vuông góc lẫn nhau, nhưng thành phần lực hướng tâm lớn hơn. Nhiệt độ nghiền cao. Bởi vì mài bằng bánh mài liên quan đến việc cắt góc trước âm và tốc độ cắt rất cao nên nhiệt độ mài cao. Bánh mài có tác dụng tự{7} mài sắc, cho phép các hạt mài mòn liên tục cắt phôi có cạnh tương đối sắc. Chuyển động mài bao gồm chuyển động chính, tốc độ cấp liệu hướng tâm và tốc độ cấp liệu dọc trục. Chuyển động chính là chuyển động quay của bánh mài; vận tốc tuyến tính của chu vi ngoài của bánh mài là tốc độ chuyển động chính; tốc độ tiến hướng tâm đề cập đến khoảng cách phôi di chuyển hướng tâm so với bánh mài trong mỗi hành trình kép (đơn) của bàn làm việc; và tốc độ tiến dao theo trục đề cập đến khoảng cách phôi di chuyển theo trục so với bánh mài trong mỗi vòng quay hoặc mỗi hành trình của bàn làm việc.

 

2. Các kiểu và nguyên nhân mòn bánh mài

Trong quá trình mài dụng cụ cắt, bánh mài sẽ bị mòn ở các mức độ khác nhau do nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm các tác động vật lý, hóa học và cơ học, dẫn đến giảm khả năng mài và ảnh hưởng đến độ chính xác của rãnh xoắn ốc. Nếu bánh mài bị mòn nặng không được thay thế và tiếp tục sử dụng sẽ gây ra hiện tượng rung, ồn và các hiện tượng khác. Nghiên cứu sâu rộng về độ mòn của bánh mài đã chỉ ra rằng các dạng mòn chính là mài mòn, mài mòn do gãy và tắc nghẽn/bám dính.

 

2.1 Mài mòn

Trong quá trình mài, mỗi hạt mài mòn đều bị mài mòn, thể hiện các mức độ mài mòn khác nhau, như thể hiện trong mặt phẳng C-C trong hình bên dưới. Khi số lượng hạt mài mòn cùn tăng lên, bánh mài có các đặc tính cùn, chẳng hạn như lực mài tăng đáng kể, bề mặt phôi bị cháy và tiếng kêu trong quá trình gia công, dẫn đến chất lượng xử lý của các bộ phận gia công bị suy giảm nghiêm trọng.

2.2 Gãy xương và mòn

Sự gãy và mài mòn của bánh mài có thể được chia thành hai loại: gãy hạt mài mòn và bong hạt mài mòn. Gãy hạt mài mòn đề cập đến hiện tượng khi ứng suất tác dụng lên hạt mài mòn vượt quá sức mạnh của chính nó, một phần hạt mài mòn sẽ vỡ ra dưới dạng các mảnh nhỏ. Sự bong tróc hạt mài mòn đề cập đến sự đứt gãy của chất kết dính giữa các hạt mài mòn, làm cho các hạt mài mòn tách ra khỏi bánh mài. Điều này tạo ra các khoảng trống nơi các hạt tách ra. Việc tách các hạt mài mòn bị nứt ra khỏi bánh mài dẫn đến sự mài mòn tiếp tuyến của phôi, khiến không thể đảm bảo độ chính xác về kích thước của chi tiết. Tuy nhiên, sự hình thành các lưỡi cắt mới từ các hạt mài cùn, chịu ảnh hưởng bởi hiện tượng gãy và bong tróc hạt mài, có thể được định nghĩa là hiệu ứng "tự mài" của đá mài.

 

2.3 Tắc nghẽn và bám dính

Trong quá trình mài, do nhiệt độ và áp suất tăng lên, vật liệu phôi được loại bỏ sẽ bám vào các hạt mài mòn khi chúng đi qua vùng mài. Việc vật liệu bám dính có tiếp xúc với phôi hay không là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nứt và bong tróc hạt do mài mòn. Khả năng mài cũng liên quan đến vật liệu bám dính. Vật liệu bám dính cũng có thể làm tắc nghẽn khoảng cách giữa các hạt mài mòn. Tắc nghẽn nghiêm trọng cũng có thể dẫn đến gãy hạt mài mòn và thậm chí bong tróc, làm giảm đáng kể khả năng mài của bánh mài.

 

Để khám phá bản chất của hiện tượng mài mòn bánh mài, nhiều học giả đã nghiên cứu nguyên nhân gây mòn bánh mài.

 

Hiện nay, nguyên nhân gây mòn bánh mài được phân thành các loại sau:

• mài mòn: Ma sát được tạo ra bởi chuyển động tương đối giữa các hạt mài mòn và phôi, dẫn đến sự mài mòn cơ học của các hạt mài mòn. Sự mài mòn này dần dần hình thành theo thời gian khi quá trình mài diễn ra. Khi mài, nếu cấu trúc phôi không đồng đều và chứa các điểm cứng có độ cứng cao hơn thì ma sát trượt tương đối giữa hạt mài mòn và điểm cứng sẽ làm trầm trọng thêm độ mòn cơ học của hạt mài mòn. Mòn nhựa: Khi nhiệt độ mài đạt đến một mức nhất định, các hạt mài mòn sẽ biến dạng do độ dẻo. Độ cứng nhiệt của vật liệu phôi ảnh hưởng trực tiếp đến độ mòn nhựa của bánh mài. Khi các hạt mài mòn đi qua vùng nghiền, nhiệt độ của chúng tăng lên. Khi vật liệu phôi đạt đến điểm nóng chảy, nếu độ cứng nhiệt trên mặt phẳng cắt lớn hơn độ cứng nhiệt ở vùng tiếp xúc với hạt mài mòn thì các hạt mài mòn sẽ bị biến dạng dẻo tương ứng ở vùng tiếp xúc, dẫn đến mài mòn.
• mài mòn oxy hóa: Một số loại khí trong không khí có thể kích thích mài mòn. Khi quá trình mài được thực hiện trong chân không, quá trình mài-thép cacbon thấp bằng bánh mài alumina không mịn như trong không khí. Phân tích cho thấy chuyển động quay của bánh mài thúc đẩy luồng không khí, làm giảm nhiệt độ trong vùng mài. Ở nhiệt độ cao, phôi và phoi trải qua quá trình oxy hóa, tạo thành màng oxit trên bề mặt, ngăn chặn sự mài mòn bám dính trên bề mặt phôi.
• Mặc hóa chất:Trong quá trình mài, bề mặt của bánh mài và bề mặt phôi có sự phân bố không gian phức tạp. Tốc độ mài tăng dẫn đến nhiệt độ mài cao hơn, gây ra phản ứng hóa học giữa vật liệu mài mòn, vật liệu phôi và chất lỏng mài. Các nguyên tố hóa học khác nhau được tạo ra bởi các phản ứng hóa học này có thể trải qua các phản ứng hóa học nhiều{2}}giai đoạn tiếp theo. Phản ứng hóa học giữa vật liệu mài mòn và vật liệu phôi là yếu tố quan trọng gây ra độ mòn hóa học của đá mài.
• Mặc khuếch tán:Khi bánh mài mài phôi, các phần tử trên bề mặt bánh mài và phôi sẽ khuếch tán ở nhiệt độ cao, làm suy yếu lớp bề mặt của hạt mài mòn và gây mòn. Hai vật liệu kim loại tiếp xúc gần nhau, dưới nhiệt độ và áp suất cao, sau một thời gian mài nhất định sẽ bị khuếch tán ở vùng tiếp xúc, dẫn đến mài mòn bánh mài.
• Gãy xương do ứng suất nhiệtTrong quá trình mài phôi, các hạt mài mòn ngay lập tức đạt đến nhiệt độ cao và sau đó nguội nhanh dưới tác dụng của chất lỏng mài. Dưới sự làm mát và gia nhiệt không liên tục lặp đi lặp lại, ứng suất nhiệt trong hạt mài mòn tăng lên, dẫn đến nứt và gãy trên bề mặt hạt mài mòn. Ứng suất nhiệt chủ yếu liên quan đến độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt và chất lỏng nghiền. Độ dẫn nhiệt tỷ lệ nghịch với ứng suất nhiệt, trong khi hệ số giãn nở nhiệt tỷ lệ thuận với ứng suất nhiệt. Hiệu suất của chất lỏng mài càng tốt thì nhiệt độ bề mặt phôi càng thấp và ứng suất nhiệt càng lớn.