مروری بر ابزارهای سنگ زنی

ساینده ها ابزارهایی هستند که برای سنگ زنی، سنگ زنی و پرداخت استفاده می شوند. بیشتر ابزارهای ساینده ابزارهای ساینده مصنوعی هستند که از ساینده ها و چسب ها ساخته شده اند و همچنین ابزارهای ساینده طبیعی هستند که مستقیماً از سنگ های معدنی طبیعی پردازش می شوند. ابزارهای ساینده علاوه بر استفاده گسترده در ماشین‌سازی و سایر صنایع فرآوری فلزات، در فرآوری غلات، صنایع کاغذسازی و فرآوری مواد غیرفلزی مانند سرامیک، شیشه، سنگ، پلاستیک، لاستیک و چوب نیز کاربرد دارند.
بررسی اجمالی
ساختار ابزار سنگ زنی تقریباً به سه دسته تقسیم می شود: محکم، متوسط ​​و شل. هر دسته را می توان بیشتر به اعداد و غیره تقسیم کرد و با شماره سازمان متمایز شد. هرچه تعداد ساختار ابزار ساینده بزرگتر باشد، درصد حجمی ساینده در ابزار ساینده کمتر است و فاصله بین دانه های ساینده بیشتر می شود که به این معنی است که ساختار شل تر است. برعکس، هرچه تعداد سازمان کمتر باشد، سازمان فشرده تر است. ابزارهای سنگ زنی با ساختار شل تر به راحتی در حین استفاده غیرفعال نمی شوند، در طول فرآیند سنگ زنی حرارت کمتری تولید می کنند و می توانند تغییر شکل حرارتی و سوختگی قطعه کار را کاهش دهند. دانه های ساینده ابزار ساینده با ساختار محکم به راحتی از بین نمی روند، که برای حفظ شکل هندسی ابزار ساینده مفید است. ساختار ابزار ساینده فقط طبق فرمول ابزار ساینده در طول ساخت کنترل می شود و به طور کلی اندازه گیری نمی شود. ساینده‌های باند سوپر ساینده عمدتاً ساینده‌هایی هستند که از الماس، نیترید بور مکعبی و غیره ساخته شده‌اند که با کلاسورها چسبانده شده‌اند. به دلیل قیمت بالا و مقاومت در برابر سایش خوب الماس و نیترید بور مکعبی، ابزارهای ساینده چسبانده شده ساخته شده با آنها با ابزارهای ساینده چسباننده ساینده معمولی متفاوت است. علاوه بر لایه ساینده فوق سخت، یک لایه انتقال و یک ماتریس نیز وجود دارد. لایه سوپر ساینده بخشی است که نقش برش را ایفا می کند و از مواد سوپر ساینده و باندینگ تشکیل شده است. زیرلایه نقش حمایتی در سنگ زنی دارد و از فلز، باکلیت یا سرامیک تشکیل شده است. لایه انتقال برای اتصال ماتریس و لایه فوق ساینده استفاده می شود. از یک عامل پیوند تشکیل شده است و گاهی اوقات می توان آن را حذف کرد. بایندرهای رایج شامل رزین، فلز، فلز آبکاری شده و سرامیک هستند. فرآیندهای ساخت ابزارهای ساینده چسبانده شده عبارتند از: توزیع، اختلاط، قالب گیری، عملیات حرارتی، پردازش و بازرسی و غیره که بسته به نوع چسب، فرآیند ساخت نیز متفاوت است. ابزارهای ساینده با پیوند سرامیکی عمدتاً از روش پرس استفاده می کنند. پس از توزین مواد ساینده و بایندر با توجه به نسبت وزن فرمول، آنها را در میکسر قرار داده و به طور یکنواخت مخلوط کرده و سپس در قالب فلزی قرار داده و بلانک ابزار ساینده روی پرس شکل می گیرد. قسمت خالی خشک می شود و سپس برای پخت در کوره قرار می گیرد. دمای پخت به طور کلی حدود 1300 درجه است. هنگام استفاده از بایندر سینتر با نقطه ذوب پایین، دمای پخت کمتر از 1000 درجه است. سپس با توجه به اندازه و شکل مشخص شده به دقت پردازش می شود و در نهایت محصول مورد بررسی قرار می گیرد. ساینده‌های باند رزین معمولاً روی پرس در دمای اتاق تشکیل می‌شوند و برخی از فرآیند پرس گرم استفاده می‌کنند که از گرما و فشار در شرایط گرمایش استفاده می‌کنند. پس از شکل گیری در کوره سخت شونده سخت می شود. هنگام استفاده از رزین فنولیک به عنوان بایندر، دمای سخت شدن 180 تا 200 درجه است. ساینده‌های باند لاستیکی عمدتاً با استفاده از یک جفت ماشین غلتکی مخلوط می‌شوند، به ورقه‌های نازک می‌پیوندند و سپس با یک چاقوی پانچ پانچ می‌شوند و شکل می‌گیرند. برخی نیز از مواد شل استفاده می کنند که در قالب فلزی ریخته شده و روی پرس شکل می گیرد. پس از قالب گیری، در یک مخزن ولکانیزه در دمای 165 تا 180 درجه ولکانیزه می شود. دو فرآیند تولید برای ابزارهای سنگ زنی با پیوند فلزی وجود دارد: متالورژی پودر و آبکاری که عمدتاً برای ابزارهای سنگ زنی با ساینده فوق سخت استفاده می شود. در روش متالورژی پودر از برنز و سایر مواد به عنوان عامل اتصال استفاده می شود. پس از اختلاط، آن را به صورت گرم یا در دمای اتاق پرس می کنند تا شکل بگیرد و سپس زینتر می شود. در روش آبکاری از نیکل یا آلیاژ نیکل- کبالت به عنوان فلز آبکاری استفاده می شود و ساینده ها بر اساس فرآیند آبکاری به زیرلایه چسبانده می شوند تا ابزارهای ساینده بسازند. انواع خاصی از ساینده ها عبارتند از ساینده های کوراندوم متخلخل و ساینده های الیافی. ابزار سنگ زنی کوراندوم تف جوشی شده با مخلوط کردن و شکل دادن به پودر اکسید آلومینیوم و مقدار مناسب اکسید کروم و پخت در حدود 1800 درجه ساخته می شود. این نوع ابزار ساینده ساختار فشرده و استحکام بالایی دارد و عمدتاً برای پردازش قطعاتی مانند ساعت و ابزار استفاده می شود. ساینده های الیافی از رشته های الیافی (مانند رشته های نایلونی) حاوی مواد ساینده یا چسبنده به آنها ساخته می شوند. خاصیت ارتجاعی خوبی دارند و عمدتاً برای صیقل دادن مواد فلزی و محصولات آنها استفاده می شود.
استفاده
در هنگام استفاده از ابزار ساینده، زمانی که دانه های ساینده کند می شوند، به دلیل تکه تکه شدن جزئی خود دانه های ساینده یا شکستگی پیوند، دانه های ساینده به طور جزئی یا کامل از ابزار ساینده می ریزند و قلمه های جدید ادامه می یابد. روی سطح کار ساینده ابزار ساینده ظاهر می شود. لبه برش، یا به طور مداوم در معرض دانه های ساینده تیز جدید، ابزار ساینده را قادر می سازد تا عملکرد برش را در مدت زمان معینی حفظ کند. این خاصیت خود تیز شوندگی ابزارهای ساینده یک ویژگی برجسته در مقایسه با ابزارهای برش معمولی است.
در اوایل عصر نوسنگی، انسان ها شروع به استفاده از سنگ های آسیاب طبیعی برای پردازش ابزارهایی مانند چاقوهای سنگی، تبرهای سنگی، ابزارهای استخوانی، ابزارهای شاخ و ابزار دندان کرده اند. در قرن نوزدهم، سرامیک هایی که با ترکیب مواد ساینده طبیعی با خاک رس پخته می شدند، در ایالات متحده ظاهر شدند. چرخ سنگ زنی؛ در حدود سال 1900، ساینده های مصنوعی بیرون آمدند و ابزارهای ساینده مختلف ساخته شده از ساینده های مصنوعی یکی پس از دیگری تولید شدند و شرایطی را برای توسعه سریع ماشین های سنگ زنی و سنگ زنی ایجاد کردند. از آن زمان، نسبت ساینده های طبیعی در ساینده ها به تدریج کاهش یافته است.
ساینده ها را می توان با توجه به منابع مواد اولیه به دو نوع ساینده طبیعی و ساینده مصنوعی تقسیم کرد. تنها ابزار ساینده طبیعی که معمولاً در صنعت ماشین‌آلات استفاده می‌شود، سنگ‌های نفتی هستند. ساینده‌های مصنوعی بر اساس شکل‌های اولیه و ویژگی‌های ساختاری خود، از جمله چرخ‌های سنگ‌زنی، سر سنگ‌زنی، سنگ‌شکن‌ها و کاشی‌های شنی طبقه‌بندی می‌شوند که در مجموع به پنج دسته ساینده‌های چسبانده شده و ساینده‌های پوشش‌داده‌شده گفته می‌شوند. علاوه بر این، ساینده ها نیز معمولاً به عنوان ابزار ساینده طبقه بندی می شوند.
طبقه بندی
با توجه به ساینده‌های مختلف مورد استفاده، ساینده‌های باند شده را می‌توان به ساینده‌های چسباننده ساینده معمولی و ساینده‌های چسباننده سوپر ساینده تقسیم کرد. اولی از ساینده های معمولی مانند کوراندوم و کاربید سیلیکون استفاده می کند و دومی از سوپرساینده هایی مانند الماس و نیترید بور مکعبی ساخته شده است. علاوه بر این، انواع خاصی مانند ابزار سنگ زنی کوراندوم متخلخل وجود دارد.
ساینده های معمولی با چسب ساینده، ساینده هایی هستند که ساینده های معمولی را به شکل خاصی یکپارچه می کنند و توسط یک عامل چسبنده دارای استحکام خاصی هستند. به طور کلی از مواد ساینده، چسباننده و منافذ تشکیل شده‌اند، این سه قسمت اغلب سه عنصر ساینده‌های پیوندی نامیده می‌شوند.
ساینده ها نقش برشی را در ابزار سنگ زنی دارند. بایندر ماده ای است که ساینده های شل را به ابزارهای ساینده تبدیل می کند. دو نوع وجود دارد: معدنی و آلی. چسب های معدنی شامل سرامیک ها، تاج خروس و سیلیکات سدیم و غیره است. باندهای ارگانیک شامل رزین، لاستیک و شلاک و غیره می باشد. بیشترین کاربرد آن ها سرامیک، رزین و لاستیک است.
منافذ در نگهداری و تخلیه تراشه های سایش در هنگام آسیاب نقش دارند و می توانند خنک کننده را در خود جای دهند و به دفع گرمای آسیاب کمک کنند. به منظور برآوردن نیازهای خاص پردازش، منافذ را می توان با پرکننده های خاصی مانند گوگرد و پارافین نیز آغشته کرد تا عملکرد ابزار آسیاب را بهبود بخشد. به این پرکننده، عنصر چهارم ابزار سنگ زنی نیز می گویند.
اقلامی که نمایانگر ویژگی های ساینده های معمولی باند شده ساینده هستند عبارتند از: شکل، اندازه، اندازه ذرات، سختی، ساختار و عامل اتصال. سختی ابزار ساینده به سهولت ریزش ذرات ساینده از سطح ابزار ساینده در اثر نیروی خارجی اشاره دارد. این نشان دهنده قدرت پیوند برای نگه داشتن ذرات ساینده است.
اندازه دانه ساینده
اندازه ذرات به اندازه ذرات ساینده اشاره دارد و اندازه آن با عدد اندازه ذرات بیان می شود.
استاندارد ملی دو اندازه ذرات را تعیین می کند: ساینده و پودر میکرو.
اندازه ذرات به اندازه ذرات ساینده اشاره دارد. اندازه ذرات به دو دسته دانه های ساینده و پودر میکرو تقسیم می شود. ساینده هایی با اندازه ذرات بزرگ بزرگتر از 40 میکرومتر دانه های ساینده نامیده می شوند. طبقه بندی با روش غربالگری، عدد اندازه ذرات با تعداد سوراخ در هر اینچ روی صفحه نمایش که ذرات ساینده از آن عبور می کنند، بیان می شود. به عنوان مثال، یک دانه ساینده 60# به این معنی است که اندازه آن برای عبور از صفحه نمایش با 60 سوراخ در هر اینچ کافی است. ساینده هایی با اندازه ذرات کمتر از 40 میکرومتر میکروپودر نامیده می شوند. از روش اندازه گیری میکروسکوپی برای طبقه بندی استفاده کنید، از W و عدد بعد از آن برای نشان دادن عدد اندازه ذرات استفاده کنید و مقدار بعد از W نشان دهنده اندازه واقعی ریزپودر است. به عنوان مثال، W20 نشان می دهد که اندازه واقعی میکروپودر 20μm است. اندازه ذرات ساینده در اندازه های مختلف ذرات در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1 تعداد اندازه ذرات ساینده و اندازه ذرات
عملکرد عامل باندینگ این است که ماده ساینده را به یک چرخ سنگ زنی با قدرت و شکل خاصی متصل می کند. استحکام، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی چرخ سنگ زنی عمدتاً به عملکرد پیوند بستگی دارد.
عوامل باندی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: عامل اتصال سرامیکی (V)، عامل پیوند رزینی (B)، عامل اتصال لاستیکی (R) و عامل اتصال فلزی (M).
پیوند سرامیکی: پرکاربردترین، مناسب برای دایره بیرونی، دایره داخلی، صفحه، سنگ زنی بدون مرکز و چرخ های سنگ زنی فرم و غیره.
پیوند رزین: مناسب برای برش و شیار کردن چرخ های سنگ زنی ویفر و چرخ های سنگ زنی با سرعت بالا.
چسب لاستیکی: مناسب برای چرخ های راهنمای سنگ زنی بدون مرکز و چرخ های پرداخت.
اتصال فلزی: مناسب برای چرخ های الماس تراش و غیره.
سختی ابزار سنگ زنی
سختی ابزار ساینده عمدتاً به مقدار چسب اضافه شده و چگالی ابزار ساینده بستگی دارد. اگر دانه های ساینده به راحتی از بین بروند، به این معنی است که سختی ابزار ساینده کم است. در غیر این صورت، به این معنی است که سختی بالا است. سطوح سختی به طور کلی به هفت سطح تقسیم می شوند: بسیار نرم، نرم، متوسط ​​نرم، متوسط، متوسط ​​سخت، سخت و فوق سخت. این سطوح را می توان به چندین سطح کوچکتر تقسیم کرد. متداول ترین روش های مورد استفاده برای اندازه گیری سختی ابزارهای ساینده شامل روش مخروط دستی، روش مخروط مکانیکی، روش سختی سنج راکول و روش سختی سنج سندبلاست می باشد.
سختی ابزار ساینده رابطه متناظری با مدول الاستیک دینامیکی آن دارد که برای استفاده از روش صوتی برای اندازه گیری مدول الاستیک دینامیکی ابزار ساینده برای بیان سختی ابزار ساینده مناسب است. در پردازش سنگ زنی، اگر ماده قطعه کار که قرار است آسیاب شود دارای سختی بالایی باشد، معمولاً از ابزارهای ساینده با سختی کم استفاده می شود. در غیر این صورت از ابزارهای ساینده با سختی بالا استفاده می شود.