Il principio di rettifica e il meccanismo di usura delle mole sugli utensili da taglio

Il principio di rettifica e il meccanismo di usura delle mole sugli utensili da taglio.

 

1. Principi del processo di macinazione

Anche la rettifica è un tipo di processo di taglio e la mola può essere considerata come una fresa con numerosi piccoli taglienti quando viene utilizzata per la lavorazione di utensili. Durante il processo di rettifica, la superficie dell'utensile è soggetta ad attrito e graffi da parte della mola, e i grani abrasivi sporgenti e relativamente affilati sulla superficie della ruota tagliano il materiale, formando trucioli. Il processo di levigatura è essenzialmente una combinazione di azioni di taglio, graffiatura e scorrimento. I trucioli sono di piccole dimensioni e di forma variabile, inclusi trucioli a nastro-, trucioli segmentati e alcune ceneri di trucioli fuse e bruciate, nonché polvere metallica.

 

La macinazione è divisa in tre fasi: la fase di macinazione iniziale, la fase stabile e la fase di finitura. Nella fase iniziale di rettifica, la profondità effettiva di rettifica è inferiore alla velocità di avanzamento radiale. Ciò è dovuto alla deformazione elastica della macchina utensile, del pezzo e del sistema di fissaggio durante la fase iniziale di rettifica. Quando la deformazione elastica del sistema raggiunge un certo livello, entra nella fase stabile. Durante l'avanzamento continuo, la profondità di macinazione effettiva è sostanzialmente uguale alla velocità di avanzamento radiale. Nella fase di finitura, man mano che la deformazione elastica del sistema di processo viene gradualmente eliminata, la profondità effettiva di rettifica diventa maggiore di zero.

La rettifica con mola ha le seguenti caratteristiche: elevata precisione e bassa rugosità superficiale. La mola ha una funzione auto-affilante, che consente ai grani abrasivi di tagliare il pezzo con bordi relativamente affilati. La componente della forza radiale è grande. Analogamente alla tornitura, la forza di taglio durante la rettifica può essere scomposta in tre componenti reciprocamente perpendicolari, ma la componente della forza radiale è maggiore. La temperatura di macinazione è elevata. Poiché la rettifica con una mola prevede un taglio con angolo di spoglia negativo e una velocità di taglio molto elevata, la temperatura di rettifica è elevata. La mola ha un effetto autoaffilante-, consentendo ai grani abrasivi di tagliare continuamente il pezzo con bordi relativamente affilati. Il movimento di rettifica è costituito dal movimento principale, dalla velocità di avanzamento radiale e dalla velocità di avanzamento assiale. Il movimento principale è il movimento rotatorio della mola; la velocità lineare della circonferenza esterna della mola è la velocità di movimento principale; la velocità di avanzamento radiale si riferisce alla distanza percorsa radialmente dal pezzo rispetto alla mola durante ogni doppia (singola) corsa del piano di lavoro; e la velocità di avanzamento assiale si riferisce alla distanza in cui il pezzo si muove assialmente rispetto alla mola durante ogni giro o ogni corsa del piano di lavoro.

 

2. Tipi e cause di usura della mola

Durante il processo di rettifica degli utensili da taglio, la mola subirà vari gradi di usura dovuti a vari fattori, inclusi effetti fisici, chimici e meccanici, portando a una diminuzione della capacità di rettifica e influenzando la precisione della scanalatura elicoidale. Se una mola molto usurata non viene sostituita e continua a essere utilizzata, causerà vibrazioni, rumore e altri fenomeni. Ricerche approfondite sull'usura delle mole hanno dimostrato che le principali forme di usura sono l'usura per abrasione, l'usura per frattura e l'intasamento/adesione.

 

2.1 Usura abrasiva

Durante il processo di rettifica, ciascun grano abrasivo subisce usura, mostrando diversi gradi di sfaccettature di usura, come mostrato nel piano C-C nella figura seguente. All'aumentare del numero di grani abrasivi smussati, la mola presenta caratteristiche di smussamento, come un aumento significativo della forza di rettifica, bruciatura della superficie del pezzo e vibrazioni durante il processo di lavorazione, portando a un grave calo della qualità di lavorazione delle parti lavorate.

2.2 Frattura e usura

La frattura e l'usura delle mole possono essere suddivise in due tipologie: frattura del grano abrasivo e distacco del grano abrasivo. Per frattura del grano abrasivo si intende il fenomeno per cui, quando lo stress agente sul grano abrasivo supera la sua stessa forza, una parte del grano abrasivo si rompe sotto forma di piccoli frammenti. Per distacco del grano abrasivo si intende la frattura del legante tra i grani abrasivi, che provoca il distacco dei grani abrasivi dalla mola. Questo crea dei vuoti dove si trovavano i grani staccati. Il distacco dei grani abrasivi fratturati dalla mola porta all'usura tangenziale del pezzo, rendendo impossibile garantire la precisione dimensionale del pezzo. Tuttavia, la formazione di nuovi taglienti da grani abrasivi smussati, influenzata dalla frattura e dal distacco del grano abrasivo, può essere definita come l'effetto "autoaffilante" della mola.

 

2.3 Intasamento e adesione

Durante il processo di rettifica, a causa dell'aumento della temperatura e della pressione, il materiale del pezzo rimosso aderisce ai grani abrasivi mentre attraversano la zona di rettifica. Il fatto che il materiale aderito entri o meno in contatto con il pezzo in lavorazione è una delle principali cause di frattura e distacco del grano abrasivo. La capacità di macinazione è correlata anche al materiale aderito. Il materiale aderito può anche intasare gli spazi tra i grani abrasivi. Un grave intasamento può anche portare alla frattura del grano abrasivo e persino al distacco, riducendo significativamente la capacità di macinazione della mola.

 

Per esplorare la natura dell'usura delle mole, numerosi studiosi hanno studiato le cause dell'usura delle mole.

 

Attualmente le cause di usura delle mole si classificano nelle seguenti tipologie:

• Usura abrasiva: L'attrito è generato dal movimento relativo tra i grani abrasivi e il pezzo in lavorazione, portando all'usura meccanica dei grani abrasivi. Questa usura si forma gradualmente nel tempo man mano che la macinazione avanza. Durante la rettifica, se la struttura del pezzo è irregolare e contiene punte dure con maggiore durezza, l'attrito radente relativo tra i grani abrasivi e le punte dure aggraverà l'usura meccanica dei grani abrasivi. Usura della plastica: quando la temperatura di macinazione raggiunge un certo livello, i grani abrasivi si deformeranno a causa della plasticità. La durezza termica del materiale del pezzo influisce direttamente sull'usura plastica della mola. Quando i grani abrasivi attraversano la zona di macinazione, la loro temperatura aumenta. Quando raggiunge il punto di fusione del materiale del pezzo, se la durezza termica sul piano di taglio è maggiore della durezza termica nell'area di contatto dei grani abrasivi, i grani abrasivi subiranno una corrispondente deformazione plastica nell'area di contatto, portando all'usura abrasiva.
• Usura ossidativa: Alcuni gas presenti nell'aria possono stimolare la macinazione. Quando il processo di rettifica viene eseguito sotto vuoto, la rettifica dell'acciaio a basso-carbonio con una mola in allumina non è così uniforme come in aria. L'analisi mostra che la rotazione della mola guida il flusso d'aria, riducendo la temperatura nella zona di macinazione. A temperature elevate, il pezzo e i trucioli subiscono ossidazione, formando una pellicola di ossido sulla superficie, prevenendo l'usura adesiva sulla superficie del pezzo.
• Usura chimica:Durante la rettifica la superficie della mola e la superficie del pezzo presentano una distribuzione spaziale complessa. Una maggiore velocità di rettifica porta a temperature di rettifica più elevate, causando reazioni chimiche tra il materiale abrasivo, il materiale del pezzo da lavorare e il fluido di rettifica. I vari elementi chimici prodotti da queste reazioni chimiche possono subire ulteriori reazioni chimiche a più stadi. La reazione chimica tra il materiale abrasivo e il materiale del pezzo da lavorare è un fattore importante nell'usura chimica della mola.
• Usura per diffusione:Quando la mola rettifica il pezzo, gli elementi sulla superficie della mola e del pezzo si diffondono ad alte temperature, indebolendo lo strato superficiale dei grani abrasivi e causando usura. Due materiali metallici a stretto contatto, sottoposti ad alta temperatura e pressione, subiranno una diffusione nell'area di contatto dopo un certo tempo di macinazione, portando all'usura della mola.
• Usura per frattura da stress termico:Durante la rettifica del pezzo, i grani abrasivi raggiungono istantaneamente una temperatura elevata per poi raffreddarsi rapidamente sotto l'azione del fluido abrasivo. In caso di raffreddamento e riscaldamento intermittenti ripetuti, lo stress termico nei grani abrasivi aumenta, portando a fessurazioni e fratture sulla superficie dei grani abrasivi. Lo stress termico è principalmente legato alla conduttività termica, al coefficiente di dilatazione termica e al fluido di macinazione. La conducibilità termica è inversamente proporzionale allo stress termico, mentre il coefficiente di dilatazione termica è direttamente proporzionale allo stress termico. Migliori sono le prestazioni del fluido di rettifica, minore è la temperatura della superficie del pezzo e maggiore è lo stress termico.