مبدأ الطحن وآلية التآكل لعجلات الطحن على أدوات القطع

مبدأ الطحن وآلية التآكل لعجلات الطحن على أدوات القطع.

 

1. مبادئ عملية الطحن

الطحن هو أيضًا نوع من عمليات القطع، ويمكن اعتبار عجلة الطحن بمثابة قاطعة طحن ذات حواف قطع صغيرة عديدة عند استخدامها في أدوات التشغيل. أثناء عملية الطحن، يتعرض سطح الأداة للاحتكاك والخدش بواسطة عجلة الطحن، وتقطع الحبوب الكاشطة البارزة والحادة نسبيًا على سطح العجلة إلى المادة، وتشكل رقائق. عملية الطحن هي في الأساس مزيج من إجراءات القطع والخدش والانزلاق. تكون الرقائق صغيرة الحجم وتختلف في الشكل، بما في ذلك الشريط-مثل الرقائق والرقائق المجزأة وبعض رماد الرقائق المذاب والمحترق، بالإضافة إلى الغبار المعدني.

 

ينقسم الطحن إلى ثلاث مراحل: مرحلة الطحن الأولية، والمرحلة الثابتة، ومرحلة التشطيب. في مرحلة الطحن الأولية، يكون عمق الطحن الفعلي أصغر من معدل التغذية الشعاعية. ويرجع ذلك إلى التشوه المرن لأداة الآلة، وقطعة العمل، ونظام التثبيت أثناء مرحلة الطحن الأولية. عندما يصل التشوه المرن للنظام إلى مستوى معين، فإنه يدخل في المرحلة المستقرة. أثناء التغذية المستمرة، يكون عمق الطحن الفعلي مساويًا بشكل أساسي لمعدل التغذية الشعاعية. في مرحلة التشطيب، مع التخلص التدريجي من التشوه المرن لنظام العملية، يصبح عمق الطحن الفعلي أكبر من الصفر.

يتميز الطحن بعجلة الطحن بالخصائص التالية: الدقة العالية وخشونة السطح المنخفضة. تتميز عجلة الطحن بوظيفة الشحذ الذاتي-، مما يسمح للحبيبات الكاشطة بقطع قطعة العمل بحواف حادة نسبيًا. مكون القوة الشعاعية كبير. على غرار الخراطة، يمكن أن تتحلل قوة القطع أثناء الطحن إلى ثلاثة مكونات متعامدة بشكل متبادل، ولكن مكون القوة الشعاعية أكبر. درجة حرارة الطحن مرتفعة. نظرًا لأن الطحن بعجلة الطحن يتضمن قطعًا بزاوية مائلة سلبية وسرعة قطع عالية جدًا، فإن درجة حرارة الطحن مرتفعة. تتمتع عجلة الطحن بتأثير شحذ ذاتي-، مما يسمح للحبيبات الكاشطة بقطع قطعة العمل بشكل مستمر بحواف حادة نسبيًا. تتكون حركة الطحن من الحركة الرئيسية، وسرعة التغذية الشعاعية، وسرعة التغذية المحورية. الحركة الرئيسية هي الحركة الدورانية لعجلة الطحن. السرعة الخطية للمحيط الخارجي لعجلة الطحن هي سرعة الحركة الرئيسية؛ يشير معدل التغذية الشعاعية إلى المسافة التي تتحرك بها قطعة العمل شعاعيًا بالنسبة لعجلة الطحن خلال كل ضربة مزدوجة (مفردة) لطاولة العمل؛ ويشير معدل التغذية المحوري إلى المسافة التي تتحرك بها قطعة العمل بشكل محوري بالنسبة لعجلة الطحن خلال كل دورة أو كل ضربة لطاولة العمل.

 

2. أنماط وأسباب تآكل عجلة الطحن

أثناء عملية طحن أدوات القطع، سوف تتعرض عجلة الطحن لدرجات متفاوتة من التآكل بسبب عوامل مختلفة، بما في ذلك التأثيرات الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة الطحن والتأثير على دقة الأخدود الحلزوني. إذا لم يتم استبدال عجلة الطحن البالية بشدة واستمر في استخدامها، فسوف تتسبب في حدوث اهتزازات وضوضاء وظواهر أخرى. أظهرت الأبحاث المكثفة حول تآكل عجلة الطحن أن الأشكال الرئيسية للتآكل هي التآكل الكاشط، وتآكل الكسر، والانسداد/الالتصاق.

 

2.1 التآكل الكاشطة

أثناء عملية الطحن، تتعرض كل حبة كاشطة للتآكل، وتظهر درجات مختلفة من جوانب التآكل، كما هو موضح في المستوى C-C في الشكل أدناه. مع زيادة عدد الحبوب الكاشطة المخففة، تظهر عجلة الطحن خصائص حادة، مثل زيادة كبيرة في قوة الطحن، وحرق سطح قطعة العمل، والثرثرة أثناء عملية التشغيل، مما يؤدي إلى انخفاض خطير في جودة معالجة الأجزاء المُشكَّلة.

2.2 الكسر والتآكل

يمكن تقسيم كسر وتآكل عجلات الطحن إلى نوعين: كسر الحبوب الكاشطة وتساقط الحبوب الكاشطة. يشير كسر الحبوب الكاشطة إلى الظاهرة التي عندما يتجاوز الضغط المؤثر على الحبوب الكاشطة قوتها، ينكسر جزء من الحبوب الكاشطة على شكل شظايا صغيرة. يشير تساقط الحبوب الكاشطة إلى كسر المادة الرابطة بين الحبوب الكاشطة، مما يؤدي إلى انفصال الحبوب الكاشطة عن عجلة الطحن. يؤدي هذا إلى إنشاء فراغات حيث توجد الحبوب المنفصلة. يؤدي انفصال الحبوب الكاشطة المكسورة عن عجلة الطحن إلى تآكل عرضي لقطعة العمل، مما يجعل من المستحيل ضمان دقة أبعاد الجزء. ومع ذلك، يمكن تعريف تكوين حواف القطع الجديدة من الحبوب الكاشطة المثلمة، والتي تتأثر بكسر الحبوب الكاشطة وتساقطها، على أنها تأثير "الشحذ الذاتي" لعجلة الطحن.

 

2.3 الانسداد والالتصاق

أثناء عملية الطحن، وبسبب زيادة درجة الحرارة والضغط، تلتصق مادة الشغل التي تتم إزالتها بالحبيبات الكاشطة أثناء مرورها عبر منطقة الطحن. سواء كانت المادة الملتصقة تلامس قطعة العمل أم لا، فإن ذلك يعد سببًا رئيسيًا لكسر الحبوب الكاشطة وتساقطها. ترتبط قدرة الطحن أيضًا بالمواد الملتصقة. يمكن للمادة الملتصقة أيضًا أن تسد الفجوات بين الحبوب الكاشطة. يمكن أن يؤدي الانسداد الشديد أيضًا إلى كسر الحبوب الكاشطة وحتى تساقطها، مما يقلل بشكل كبير من قدرة طحن عجلة الطحن.

 

لاستكشاف طبيعة تآكل عجلة الطحن، قام العديد من العلماء بدراسة أسباب تآكل عجلة الطحن.

 

حاليًا، يتم تصنيف أسباب تآكل عجلة الطحن إلى الأنواع التالية:

• ملابس كاشطة: يتم توليد الاحتكاك نتيجة للحركة النسبية بين حبيبات الكشط وقطعة الشغل، مما يؤدي إلى التآكل الميكانيكي لحبيبات الكشط. يتشكل هذا التآكل تدريجيًا مع مرور الوقت مع تقدم عملية الطحن. عند الطحن، إذا كان هيكل قطعة العمل غير متساوٍ ويحتوي على نقاط صلبة ذات صلابة أعلى، فإن الاحتكاك الانزلاقي النسبي بين الحبوب الكاشطة والنقاط الصلبة سيؤدي إلى تفاقم التآكل الميكانيكي للحبيبات الكاشطة. التآكل البلاستيكي: عندما تصل درجة حرارة الطحن إلى مستوى معين، فإن الحبيبات الكاشطة سوف تتشوه بسبب اللدونة. تؤثر الصلابة الحرارية لمادة الشغل بشكل مباشر على التآكل البلاستيكي لعجلة الطحن. ومع مرور الحبوب الكاشطة عبر منطقة الطحن، ترتفع درجة حرارتها. عندما تصل إلى نقطة انصهار مادة قطعة العمل، إذا كانت الصلابة الحرارية على مستوى القص أكبر من الصلابة الحرارية في منطقة تلامس الحبوب الكاشطة، فإن الحبوب الكاشطة ستخضع لتشوه بلاستيكي مماثل في منطقة التلامس، مما يؤدي إلى تآكل الكاشطة.
• التآكل التأكسدي: يمكن لبعض الغازات الموجودة في الهواء أن تحفز عملية الطحن. عند إجراء عملية الطحن في الفراغ، فإن طحن الفولاذ منخفض الكربون-باستخدام عجلة طحن الألومينا لا يكون سلسًا كما هو الحال في الهواء. يظهر التحليل أن دوران عجلة الطحن يؤدي إلى تدفق الهواء، مما يقلل من درجة الحرارة في منطقة الطحن. في درجات الحرارة العالية، تخضع قطعة العمل والرقائق للأكسدة، مما يشكل طبقة أكسيد على السطح، مما يمنع تآكل المادة اللاصقة على سطح قطعة العمل.
• التآكل الكيميائي:أثناء الطحن، يُظهر سطح عجلة الطحن وسطح قطعة العمل توزيعًا مكانيًا معقدًا. تؤدي زيادة سرعة الطحن إلى ارتفاع درجات حرارة الطحن، مما يسبب تفاعلات كيميائية بين المادة الكاشطة ومادة الشغل وسائل الطحن. قد تخضع العناصر الكيميائية المتنوعة التي تنتجها هذه التفاعلات الكيميائية إلى مزيد من التفاعلات الكيميائية متعددة-المراحل. يعد التفاعل الكيميائي بين المادة الكاشطة ومادة الشغل عاملاً مهمًا في التآكل الكيميائي لعجلة الطحن.
• ارتداء الانتشار:عندما تقوم عجلة الطحن بطحن قطعة الشغل، فإن العناصر الموجودة على سطح عجلة الطحن وقطعة الشغل تنتشر عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى إضعاف الطبقة السطحية للحبيبات الكاشطة والتسبب في التآكل. سوف تخضع مادتان معدنيتان متصلتان بشكل وثيق، تحت درجة حرارة وضغط عاليين، للانتشار في منطقة التلامس بعد وقت طحن معين، مما يؤدي إلى تآكل عجلة الطحن.
• ارتداء كسر الإجهاد الحراري:أثناء طحن قطعة العمل، تصل الحبوب الكاشطة على الفور إلى درجة حرارة عالية ثم تبرد بسرعة تحت تأثير سائل الطحن. وفي ظل التبريد والتسخين المتقطع المتكرر، يزداد الضغط الحراري في الحبيبات الكاشطة، مما يؤدي إلى تشقق وتكسير سطح الحبيبات الكاشطة. يرتبط الإجهاد الحراري بشكل أساسي بالتوصيل الحراري ومعامل التمدد الحراري وسائل الطحن. الموصلية الحرارية تتناسب عكسيا مع الإجهاد الحراري، في حين أن معامل التمدد الحراري يتناسب طرديا مع الإجهاد الحراري. كلما كان أداء سائل الطحن أفضل، انخفضت درجة حرارة سطح قطعة العمل وزاد الضغط الحراري.