Ανάπτυξη και εφαρμογή λειαντικών και εργαλείων λείανσης

Τα λειαντικά εργαλεία είναι εργαλεία που χρησιμοποιούνται για λείανση, λείανση και στίλβωση. Τα περισσότερα λειαντικά εργαλεία είναι τεχνητά εργαλεία κατασκευασμένα από λειαντικά και συνδετικά, ενώ υπάρχουν επίσης φυσικά λειαντικά εργαλεία που έχουν υποστεί άμεση επεξεργασία από φυσικά ορυκτά. Εκτός από την ευρεία χρήση τους στην κατασκευή μηχανημάτων και σε άλλες βιομηχανίες επεξεργασίας μετάλλων, τα λειαντικά εργαλεία χρησιμοποιούνται επίσης στην επεξεργασία τροφίμων, στη βιομηχανία χαρτοποιίας και στην επεξεργασία μη μεταλλικών υλικών όπως κεραμικά, γυαλί, πέτρα, πλαστικό, καουτσούκ και ξύλο. Κατά τη χρήση λειαντικών εργαλείων, όταν οι λειαντικοί κόκκοι είναι αμβλείς, λόγω μερικού κατακερματισμού των ίδιων των λειαντικών κόκκων ή θραύσης του συνδετικού, οι λειαντικοί κόκκοι πέφτουν μερικώς ή πλήρως από το λειαντικό εργαλείο και το λειαντικό στην επιφάνεια εργασίας του Το λειαντικό εργαλείο εμφανίζει συνεχώς νέες κοπτικές άκρες ή εκθέτει συνεχώς νέους αιχμηρούς λειαντικούς κόκκους, έτσι ώστε το λειαντικό εργαλείο να μπορεί να διατηρήσει την απόδοση κοπής για ορισμένο χρονική περίοδο. Αυτή η αυτοακονιζόμενη ιδιότητα των λειαντικών εργαλείων είναι ένα εξέχον χαρακτηριστικό των λειαντικών εργαλείων σε σύγκριση με τα γενικά εργαλεία κοπής.

Ήδη από τη Νεολιθική Εποχή, οι άνθρωποι είχαν ήδη αρχίσει να χρησιμοποιούν φυσικές πέτρες λείανσης για την επεξεργασία πέτρινων μαχαιριών, πέτρινων τσεκούρια, οστέινων εργαλείων, εργαλείων κέρατου και εργαλείων δοντιών. Το 1872, οι κεραμικοί τροχοί λείανσης από φυσικά λειαντικά και πηλό εμφανίστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες. Γύρω στο 1900, δημιουργήθηκαν τα τεχνητά λειαντικά και διάφορα εργαλεία λείανσης από τεχνητά λειαντικά παράγονταν το ένα μετά το άλλο, δημιουργώντας συνθήκες για την ταχεία ανάπτυξη των μηχανών λείανσης και λείανσης. Από τότε, η αναλογία των φυσικών εργαλείων λείανσης στα εργαλεία λείανσης μειώθηκε σταδιακά.

Τα λειαντικά ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τις πηγές πρώτων υλών τους: φυσικά λειαντικά και τεχνητά λειαντικά. Το μόνο φυσικό λειαντικό που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία μηχανών είναι η λαδόπετρα. Τα τεχνητά λειαντικά ταξινομούνται σε πέντε κατηγορίες ανάλογα με τα βασικά σχήματα και τα δομικά τους χαρακτηριστικά: τροχοί λείανσης, κεφαλές λείανσης, λαδόπετρες, πλακίδια άμμου (συλλογικά αναφερόμενα ως συγκολλημένα λειαντικά) και επικαλυμμένα λειαντικά. Επιπλέον, τα λειαντικά ταξινομούνται επίσης συνήθως ως τύπος λειαντικών.

Τα συγκολλημένα λειαντικά μπορούν να χωριστούν σε κοινά λειαντικά συγκολλημένα λειαντικά και σε εξαιρετικά σκληρά λειαντικά συγκολλημένα λειαντικά σύμφωνα με τα λειαντικά που χρησιμοποιούνται. Το πρώτο είναι κατασκευασμένο από κοινά λειαντικά όπως κορούνδιο και καρβίδιο του πυριτίου, ενώ το δεύτερο είναι κατασκευασμένο από εξαιρετικά σκληρά λειαντικά όπως το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου. Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες ειδικές ποικιλίες, όπως τα λειαντικά από πυροσυσσωματωμένο κορούνδιο.

Τα συνηθισμένα λειαντικά συγκολλημένα λειαντικά είναι τα λειαντικά που συνδέονται με ένα συνδετικό για να σχηματίσουν ένα συγκεκριμένο σχήμα και να έχουν μια ορισμένη αντοχή. Αποτελούνται γενικά από λειαντικά, συνδετικά και πόρους, τα οποία συχνά ονομάζονται τα τρία στοιχεία των συγκολλημένων λειαντικών.

Τα λειαντικά παίζουν ρόλο κοπής στο εργαλείο λείανσης. Το συνδετικό υλικό είναι το υλικό που ενοποιεί το χαλαρό λειαντικό μέσα στο εργαλείο λείανσης. Υπάρχουν δύο τύποι: ανόργανοι και οργανικοί. Τα ανόργανα συνδετικά περιλαμβάνουν κεραμικά, μαγνησία και πυριτικό νάτριο, κ.λπ. Τα οργανικά συνδετικά περιλαμβάνουν ρητίνες, καουτσούκ και λάκα κ.λπ. Μεταξύ αυτών, τα κεραμικά, οι ρητίνες και τα συνδετικά από καουτσούκ είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα.

Κατά τη διάρκεια της λείανσης, οι πόροι μπορούν να περιέχουν και να αφαιρέσουν τα τσιπ, και μπορούν επίσης να συγκρατήσουν ψυκτικό, το οποίο βοηθά στη διάχυση της θερμότητας λείανσης. Για να ικανοποιηθούν ορισμένες ειδικές απαιτήσεις επεξεργασίας, οι πόροι μπορούν επίσης να εμποτιστούν με ορισμένα πληρωτικά, όπως θείο και παραφίνη, για να βελτιωθεί η απόδοση του λειαντικού εργαλείου. Αυτό το πληρωτικό ονομάζεται επίσης το τέταρτο στοιχείο του λειαντικού εργαλείου.

Τα στοιχεία που υποδεικνύουν τα χαρακτηριστικά των συνηθισμένων λειαντικών εργαλείων με συγκολλημένα λειαντικά περιλαμβάνουν: σχήμα, μέγεθος λειαντικού, μέγεθος σωματιδίων, σκληρότητα, δομή, υπόστρωμα, κόλλα στήριξης και συνδετικό μέσο. Η σκληρότητα των λειαντικών εργαλείων αναφέρεται στη δυσκολία των λειαντικών κόκκων να πέφτουν από την επιφάνεια των λειαντικών εργαλείων υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, η οποία αντανακλά την αντοχή του συνδετικού παράγοντα για τη συγκράτηση των λειαντικών κόκκων.

Η σκληρότητα του λειαντικού εργαλείου εξαρτάται κυρίως από την ποσότητα του συνδετικού που προστίθεται και την πυκνότητα του λειαντικού εργαλείου. Εάν τα λειαντικά σωματίδια πέφτουν εύκολα, σημαίνει ότι το λειαντικό εργαλείο έχει χαμηλή σκληρότητα. διαφορετικά, σημαίνει ότι η σκληρότητα είναι υψηλή. Το επίπεδο σκληρότητας γενικά χωρίζεται σε επτά κύρια επίπεδα: εξαιρετικά μαλακό, μαλακό, μέτριο μαλακό, μεσαίο, μέτριο σκληρό, σκληρό και εξαιρετικά σκληρό. Αυτά τα επίπεδα μπορούν περαιτέρω να χωριστούν σε πολλά μικρά επίπεδα. Οι μέθοδοι μέτρησης της σκληρότητας των λειαντικών εργαλείων είναι η μέθοδος του κώνου με το χέρι, η μέθοδος μηχανικού κώνου, η μέθοδος σκληρόμετρης Rockwell και η μέθοδος δοκιμής σκληρότητας αμμοβολής.

Η σκληρότητα του εργαλείου λείανσης έχει μια αντίστοιχη σχέση με το δυναμικό μέτρο ελαστικότητας του, το οποίο συμβάλλει στη χρήση της μεθόδου ήχου για τη μέτρηση του δυναμικού συντελεστή ελαστικότητας του εργαλείου λείανσης για την έκφραση της σκληρότητας του εργαλείου λείανσης. Στη διαδικασία λείανσης, εάν η σκληρότητα του υλικού του τεμαχίου εργασίας είναι υψηλή, επιλέγεται γενικά ένα εργαλείο λείανσης με χαμηλή σκληρότητα. Διαφορετικά, επιλέγεται ένα εργαλείο λείανσης με υψηλή σκληρότητα.

Η μικροδομή των λειαντικών εργαλείων μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε τρεις κατηγορίες: σφιχτή, μεσαία και χαλαρή. Κάθε κατηγορία μπορεί περαιτέρω να χωριστεί σε πολλά επίπεδα, τα οποία διακρίνονται από αριθμούς μικροδομής. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός μικροδομής του λειαντικού εργαλείου, τόσο μικρότερο είναι το ποσοστό όγκου του λειαντικού στο λειαντικό εργαλείο, τόσο μεγαλύτερο είναι το χάσμα μεταξύ των λειαντικών κόκκων και τόσο πιο χαλαρή είναι η μικροδομή. Αντίθετα, όσο μικρότερος είναι ο αριθμός μικροδομής, τόσο πιο σφιχτή είναι η μικροδομή. Τα λειαντικά εργαλεία με χαλαρές μικροδομές δεν παθητικοποιούνται εύκολα κατά τη χρήση, παράγουν λιγότερη θερμότητα κατά τη διαδικασία λείανσης και μπορούν να μειώσουν τη θερμική παραμόρφωση και τα εγκαύματα του τεμαχίου εργασίας. Οι λειαντικοί κόκκοι λειαντικών εργαλείων με σφιχτές μικροδομές δεν πέφτουν εύκολα, γεγονός που συμβάλλει στη διατήρηση του γεωμετρικού σχήματος του λειαντικού εργαλείου. Η μικροδομή του λειαντικού εργαλείου ελέγχεται μόνο σύμφωνα με τον τύπο του λειαντικού εργαλείου κατά την κατασκευή και γενικά δεν μετριέται.