Process Model and Strength
The setting and system quantities of the grinding process influence the strength of machined ceramics. Most of the investigations found that the grit depth of cut has an important role in grinding [116]. A correlation is found between the grit depth of cut and the strength degradation in cup grinding of silicon nitride. The variation of the grit depth of cut by varying the grit size of the diamond wheels, the cutting speed, and the feed speed induced different stages of surface integrity. The influence of grinding conditions on bending strength and Weibull modulus of machined alumina ceramic is shown in Figure 4.48.
Figure 4.48.
Influence of grinding conditions on bending strength and fracture probability of silicon nitride
Figure options
4.9. Grinding machines
Suzuki
Introduction
Ceramic parts require narrow tolerances for dimensional, form and position on deviations, and specific microgeometric and physical surface states. These requirements are due to the typical application fields and the material properties. Often, ceramic parts are chosen to meet high mechanical, thermal, chemical, and tribological loads. On the other hand, the specific sensitivity of many ceramics against tensile stresses and spot-like loading necessitates the control of dimensional accuracy to a higher level than by using ductile or tensionless endangered materials. These dimensional accuracy and surface integrity requirements must be considered when grinding machines are designed or installed. Up to now, grinding machines applied to ceramic parts have mostly been designed for machining of ductile metals. The adaptation of machine tools to the requirements of ceramics calls for the optimization of several functional units of a machining system:
•
Machine structure
•
Guiding system
•
Spindle system
The drives and control units require some modifications but are generally compatible to the modern type of design. The machine periphery like the clamping devices, the measuring and sensory system, the balancing device, and conditioning system for the tools must be adapted to the machining of ceramics.
Machine Structure
The structure of a machine tool, comprising the body, the slides, and tables has two main functions [117]:
•
To ensure the geometric position of the accuracy-determining components of the machine
•
To support against forces and moments
This functional system is influenced by some disturbances that lead to deviations between tool and workpiece. These influences can be summarized into four groups (Figure 4.49).
Figure 4.49.
Structural deformations and their causes
Figure options
One of the main disturbing effects is caused by thermal-induced deformations. This so-called “thermal stability” is of special importance in automatic fine finishing because the position of the workpiece to the grinding wheel normally changes by the thermal deformation of the machine structure.
Thermal deformations Δ1 result in the simple case of uniform temperature distribution Δ9 proportional to the length of a component according to the linear coefficient of elongation on α as follows:
equation(4.36)
Δ/=α1Δ9
Turn MathJaxon
In nonuniform temperature fields, even though additional bending and tilting takes place, the effect is normally much more severe. Figure 4.50 shows the deformation of a surface grinder resulting from the influence of temperature field. This may be caused by the front bearing of the spindle. First, it warms up the spindle stock, which moves in the negative Y-direction because of the clamping at the upper part of the spindle stock. Later, the column is also warmed up but only partly at the front side, which generates a bending deformation of the column. Thus, the typical movement of the wheel against the workpiece over time takes place as shown in Figure 4.50.
Figure 4.50.
Typical deformation, time, and causal connection
Figure options
The main heat sources in grinding machines are as follows:
•
Abrasive process
•
Electric motors
•
Spindle bearings
•
Hydraulic system
•
Cooling system
To minimize the effect of temperature fields in the machine structure, passive or active actions can be taken (Figure 4.51). Passive measures must be introduced when the machine is designed, for instance by removing heat sources from critical areas of the structure or by providing compensating elements in the structure. Active actions influence the energy flux in the body by cooling, heating, or compensating deformations via the numerical control of the machine.
Figure 4.51.
Actions against the thermal deflection
Figure options
Another disturbing influence results from static loads. As mentioned before, the ratio between normal and tangential force, or the thrust and cutting force, respectively, in grinding is much higher than in cutting, that is, in turning or milling (Figure 4.52). The highly negative rake angles come from average abrasive grains that are relatively worn and thus show a flat shape. The chip generation in machining of ceramics leads, furthermore, to a substantial increase of the force ratio from about 4:1 in grinding ductile metals, to 10:1. The high normal forces bring high thrust deformations that directly influence the accuracy of the machine. Therefore, the static stiffness normal to the active surface of the grinding tool is particularly important for grinding machines applied to ceramics.
Figure 4.52.
Force ratio in abrasive machining
Figure options
Besides the accuracy, the productivity of a machine is a concern. The high thrust forces bring deviations of the effective position against the nominal position of the tool. These deviations are normally compensated by spark-out dwelling (Figure 4.53). The spark-out time depends on the thrust force and on the stiffness of the system. The stiffer the machine, the shorter may be the spark-out period, which can be followed from the time constant T [118]. The static stiffness of the structure is dependent on its material and the design of the components in the flow of force.
Figure 4.53.
Elastic deformation of a grinding machine
แบบจำลองกระบวนการและความเข้มแข็ง
บรรยากาศและปริมาณระบบของกระบวนการบดมีผลต่อความแรงของเครื่องเซรามิก ที่สุดของการสอบสวน พบว่า ความลึกของการตัดมานะได้มีบทบาทสำคัญในการบด [ 116 ] ความสัมพันธ์ระหว่างความลึกพบเศษเหล็กตัดและความแข็งแรงลดลงในถ้วยบดของซิลิคอนไนไตรด์ .การเปลี่ยนแปลงของกรวดความลึกตัดโดยการเปลี่ยนแปลงขนาดของเพชรบดล้อตัดความเร็ว และ ความเร็วในการป้อนและขั้นตอนที่แตกต่างกันของความสมบูรณ์ของผิว อิทธิพลของเงื่อนไขในการดัดและค่าโมดูลัสแบบกลึงอลูมินาเซรามิกจะแสดงในรูปที่ 4.48 .
รูปที่ 4.48 .
อิทธิพลของเงื่อนไขในการบดและความแข็งแรงของความน่าจะเป็นของซิลิคอนไนไตรด์
รูปที่เลือกไว้ที่ดัด เครื่องบดซูซูกิ
แนะนำเซรามิคชิ้นส่วนต้องใช้ความอดทนแคบสำหรับมิติ รูปทรง และตำแหน่งในการเบี่ยงเบน และเฉพาะ microgeometric ทางกายภาพและสภาพพื้นผิว ความต้องการเหล่านี้เนื่องจากข้อมูลใบสมัครทั่วไปและคุณสมบัติของวัสดุ . มักจะชิ้นส่วนเซรามิกจะเลือกเพื่อตอบสนองสูงเชิงกล ความร้อน สารเคมี และโหลด tribological . บนมืออื่น ๆ , ความเฉพาะของเซรามิกหลายต่อ แรงดึง ความเครียด และจุดเช่นโหลด necessitates การควบคุมความถูกต้องมิติในระดับที่สูงกว่าโดยการดัดหรือ tensionless อันตรายวัสดุเหล่านี้และความต้องการความสมบูรณ์ความถูกต้องมิติพื้นผิวที่ต้องพิจารณาเมื่อมีเครื่องบดที่ออกแบบหรือติดตั้ง ถึงตอนนี้ เครื่องบดที่ใช้กับชิ้นส่วนเซรามิกมีส่วนใหญ่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ดัดโลหะ การปรับตัวของเครื่องจักรเครื่องมือ เพื่อความต้องการของเซรามิกโทรสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของการทำงานหลายหน่วยของเครื่องจักรระบบ :
-
-
แนะนำเครื่องโครงสร้างระบบ
-
แกนระบบไดรฟ์และควบคุมหน่วยต้องปรับเปลี่ยนบาง แต่โดยทั่วไปมักจะเข้ากันได้กับประเภทที่ทันสมัยของการออกแบบ เครื่องรอบชอบหนีบอุปกรณ์วัดและระบบรับความรู้สึก , ความสมดุล , อุปกรณ์เครื่องปรับอากาศและระบบเครื่องมือจะต้องปรับให้ใช้โครงสร้าง
เครื่องเซรามิกโครงสร้างของเครื่อง ประกอบด้วย ร่างกาย , ภาพนิ่ง , และตารางมีสองหน้าที่หลัก [ 117 ] :
-
เพื่อให้แน่ใจว่าตำแหน่งทางเรขาคณิตของความถูกต้องการกำหนดส่วนประกอบของเครื่อง
-
เพื่อรองรับกับแรงและโมเมนต์
ระบบการทำงานนี้ได้รับอิทธิพลจากการรบกวนบางอย่างที่นำไปสู่การเบี่ยงเบนระหว่างเครื่องมือ และชิ้นงาน .อิทธิพลเหล่านี้สามารถสรุปได้เป็นสี่กลุ่มตัวเลข ( 4.49 ) .
รูปที่ 4.49 .
รูปที่มีโครงสร้างและสาเหตุของตัวเลือก
หนึ่งของหลักรบกวนผลเกิดจากความร้อนเกิดการเปลี่ยนรูป .นี้เรียกว่า " ความร้อนเสถียรภาพ " เป็นพิเศษ ความสำคัญในการปรับอัตโนมัติ เพราะว่าตำแหน่งของชิ้นงานที่จะบดล้อปกติโดยการเปลี่ยนแปลงความร้อนของเครื่องจักรโครงสร้าง .
การเปลี่ยนรูปความร้อนΔ 1 ผลในกรณีของการแจกแจงเอกรูปอุณหภูมิΔ 9 เป็นสัดส่วนกับความยาวของส่วนประกอบตามค่าสัมประสิทธิ์ของการยืดตัวในαดังนี้ สมการ ( 4.36 )
Δ / = α 1 Δ 9
เปิด mathjaxon
ในเขตอุณหภูมิสม่ำเสมอ แม้ว่าจะดัดและเอียงเพิ่มเติม สถานที่ ผลเป็นปกติมากขึ้นอย่างรุนแรง รูปที่ 450 แสดงให้เห็นความผิดปกติของพื้นผิวเครื่องบดเป็นผลจากอิทธิพลของข้อมูลอุณหภูมิ นี้อาจเกิดจากหน้าแบริ่งในแกน ครั้งแรก มันอุ่นขึ้น แกน หุ้นที่เคลื่อนไหวใน y-direction ลบเนื่องจากการหนีบที่ส่วนบนของแกนของหุ้น ต่อมา คอลัมน์ ก็อุ่นขึ้น แต่เพียงส่วนหนึ่งที่ด้านหน้าซึ่งจะสร้างการเสียรูปของคอลัมน์ ดังนั้น โดยทั่วไป การเคลื่อนไหวของล้อกับชิ้นงานในช่วงเวลาที่เกิดขึ้นดังแสดงในรูปที่ 4 .
รูปที่ 4.50
ปกติความผิดปกติ , เวลา , และตัวเลือกการเชื่อมต่อเชิงสาเหตุรูป
แหล่งความร้อนหลักในเครื่องบดมีดังนี้ :
-
-
กระบวนการขัดมอเตอร์ไฟฟ้า
-
-
แกนแบริ่งระบบไฮดรอลิก
- ระบบหล่อเย็นเพื่อลดผลกระทบของอุณหภูมิของเขตข้อมูลในโครงสร้างเครื่องจักร , passive หรือ active การกระทำสามารถถ่าย ( รูปที่ 4.51 ) มาตรการเรื่อยๆต้องเปิดเมื่อเครื่องถูกออกแบบมาสำหรับอินสแตนซ์ โดยเอาแหล่งความร้อนจากพื้นที่ที่สำคัญของโครงสร้างหรือโดยการให้การชดเชยองค์ประกอบในโครงสร้าง การกระทำที่มีผลต่อการใช้พลังงานในร่างกาย โดยความร้อน ความร้อนหรือชดเชยที่มีผ่านทางระบบควบคุมเชิงตัวเลขของเครื่อง
รูปที่ 4.51 .
รูปที่การกระทำต่อความร้อนการเลือก
อื่นรบกวนมีอิทธิพลต่อผลลัพธ์จากการโหลดแบบคงที่ ดังกล่าวก่อน , อัตราส่วนระหว่างปกติและแนวแรง หรือแรงขับและแรงตัด ตามลำดับ ในการบดจะสูงกว่าในการตัด นั่นคือในการเปิดหรือกัด ( รูปที่ 452 ) ลบมุมสูงกวาดมาจากธัญพืชขัดเฉลี่ยที่ค่อนข้างเก่าและจึงแสดงรูปร่างแบน ชิปรุ่นใหม่ในการกลึงของเซรามิกนัก นอกจากนี้ การเพิ่มขึ้นอย่างมากของแรงจากประมาณ 4 : 1 ในอัตราส่วนบดดัดโลหะ 10 : 01 . สูงเอาสูงเอารูปปกติบังคับที่มีอิทธิพลต่อความถูกต้องของเครื่องดังนั้น คงรูปปกติกับพื้นผิวที่ใช้งานของเครื่องมือบดเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องบดที่ใช้กับเครื่องเคลือบ
รูปที่ 4.52 .
รูป เครื่องขัดแรงอัตราส่วนในตัวเลือก
นอกจากนี้ความถูกต้อง ประสิทธิภาพของเครื่องมีปัญหา แรงผลักสูงทำให้ค่าของตำแหน่งที่มีประสิทธิภาพกับตำแหน่งปกติของเครื่องมือการเบี่ยงเบนเหล่านี้โดยปกติจะชดเชยโดยประกายออกมาอาศัยตัวเลข ( 4.53 ) ประกายออกมาเวลาขึ้นอยู่กับการกระตุกแรงและความแข็งของระบบ ที่แข็งแรงเครื่องสั้นอาจเป็นประกายออกมาเป็นระยะ ซึ่งสามารถติดตามได้จากเวลาไม่คงที่ [ 118 ]ไม่คงที่ของโครงสร้างขึ้นอยู่กับวัสดุ และการออกแบบของส่วนประกอบในการไหลของแรง
รูปที่ 4.53 .
การเสียรูปของ
เครื่องบด
การแปล กรุณารอสักครู่..
