O princípio de retificação e o mecanismo de desgaste dos rebolos em ferramentas de corte

O princípio de retificação e o mecanismo de desgaste dos rebolos em ferramentas de corte.

 

1. Princípios do Processo de Moagem

A retificação também é um tipo de processo de corte, e o rebolo pode ser considerado uma fresa com inúmeras arestas de corte minúsculas quando usado para ferramentas de usinagem. Durante o processo de retificação, a superfície da ferramenta é submetida a fricção e arranhões pelo rebolo, e os grãos abrasivos salientes e relativamente afiados na superfície do rebolo cortam o material, formando cavacos. O processo de retificação é essencialmente uma combinação de ações de corte, risco e deslizamento. Os chips são pequenos em tamanho e variam em formato, incluindo chips semelhantes a fitas, chips segmentados e algumas cinzas derretidas e queimadas, bem como pó de metal.

 

A moagem é dividida em três etapas: a fase inicial de moagem, a fase estável e a fase de acabamento. Na fase inicial de retificação, a profundidade real de retificação é menor que a taxa de avanço radial. Isto se deve à deformação elástica da máquina-ferramenta, da peça e do sistema de fixação durante o estágio inicial de retificação. Quando a deformação elástica do sistema atinge um determinado nível, ele entra no estágio estável. Durante o avanço contínuo, a profundidade real de retificação é essencialmente igual à taxa de avanço radial. Na fase de acabamento, à medida que a deformação elástica do sistema de processo é gradualmente eliminada, a profundidade real de retificação torna-se maior que zero.

A retificação com rebolo possui as seguintes características: alta precisão e baixa rugosidade superficial. O rebolo tem uma função-de autoafiação, permitindo que os grãos abrasivos cortem a peça com bordas relativamente afiadas. O componente da força radial é grande. Semelhante ao torneamento, a força de corte durante a retificação pode ser decomposta em três componentes perpendiculares entre si, mas o componente da força radial é maior. A temperatura de moagem é alta. Como a retificação com um rebolo envolve corte com ângulo de inclinação negativo e uma velocidade de corte muito alta, a temperatura de retificação é alta. O rebolo tem um efeito de auto{7}afiação, permitindo que os grãos abrasivos cortem continuamente a peça de trabalho com bordas relativamente afiadas. O movimento de retificação consiste no movimento principal, na velocidade de avanço radial e na velocidade de avanço axial. O movimento principal é o movimento rotacional do rebolo; a velocidade linear da circunferência externa do rebolo é a velocidade de movimento principal; a taxa de avanço radial refere-se à distância que a peça se move radialmente em relação ao rebolo durante cada curso duplo (único) da mesa de trabalho; e a taxa de avanço axial refere-se à distância que a peça de trabalho se move axialmente em relação ao rebolo durante cada revolução ou cada curso da mesa de trabalho.

 

2. Padrões e causas de desgaste do rebolo

Durante o processo de retificação de ferramentas de corte, o rebolo sofrerá vários graus de desgaste devido a vários fatores, incluindo efeitos físicos, químicos e mecânicos, levando a uma diminuição na capacidade de retificação e afetando a precisão da ranhura helicoidal. Se um rebolo muito desgastado não for substituído e continuar a ser usado, causará vibrações, ruídos e outros fenômenos. Extensas pesquisas sobre desgaste de rebolos mostraram que as principais formas de desgaste são desgaste abrasivo, desgaste por fratura e entupimento/aderência.

 

2.1 Desgaste Abrasivo

Durante o processo de retificação, cada grão abrasivo sofre desgaste, exibindo diferentes graus de facetas de desgaste, conforme mostrado no plano C-C na figura abaixo. À medida que o número de grãos abrasivos embotados aumenta, o rebolo apresenta características de embotamento, como um aumento significativo na força de retificação, queima da superfície da peça e vibração durante o processo de usinagem, levando a um sério declínio na qualidade de processamento das peças usinadas.

2.2 Fratura e Desgaste

A fratura e o desgaste dos rebolos podem ser divididos em dois tipos: fratura do grão abrasivo e desprendimento do grão abrasivo. A fratura do grão abrasivo refere-se ao fenômeno onde, quando a tensão que atua sobre o grão abrasivo excede sua própria resistência, uma parte do grão abrasivo se rompe na forma de pequenos fragmentos. O desprendimento de grãos abrasivos refere-se à fratura do ligante entre os grãos abrasivos, fazendo com que os grãos abrasivos se soltem do rebolo. Isto cria vazios onde os grãos destacados estavam localizados. O desprendimento dos grãos abrasivos fraturados do rebolo provoca desgaste tangencial da peça, impossibilitando a garantia da precisão dimensional da peça. No entanto, a formação de novas arestas de corte a partir de grãos abrasivos embotados, influenciada pela fratura e desprendimento dos grãos abrasivos, pode ser definida como o efeito de "auto-afiação" do rebolo.

 

2.3 Obstrução e Adesão

Durante o processo de retificação, devido ao aumento da temperatura e da pressão, o material da peça removido adere aos grãos abrasivos à medida que eles passam pela zona de retificação. O contato ou não do material aderido com a peça de trabalho é uma das principais causas de fratura e desprendimento dos grãos abrasivos. A capacidade de retificação também está relacionada ao material aderido. O material aderido também pode obstruir os espaços entre os grãos abrasivos. O entupimento severo também pode levar à fratura do grão abrasivo e até mesmo ao derramamento, reduzindo significativamente a capacidade de retificação do rebolo.

 

Para explorar a natureza do desgaste do rebolo, vários estudiosos estudaram as causas do desgaste do rebolo.

 

Atualmente, as causas do desgaste do rebolo são classificadas nos seguintes tipos:

• Desgaste Abrasivo: O atrito é gerado pelo movimento relativo entre os grãos abrasivos e a peça, levando ao desgaste mecânico dos grãos abrasivos. Esse desgaste se forma gradualmente com o tempo, à medida que a retificação avança. Ao retificar, se a estrutura da peça for irregular e contiver pontas duras com maior dureza, o atrito de deslizamento relativo entre os grãos abrasivos e as pontas duras agravará o desgaste mecânico dos grãos abrasivos. Desgaste do plástico: Quando a temperatura de retificação atinge um determinado nível, os grãos abrasivos se deformam devido à plasticidade. A dureza térmica do material da peça afeta diretamente o desgaste plástico do rebolo. À medida que os grãos abrasivos passam pela zona de moagem, a sua temperatura aumenta. Quando atinge o ponto de fusão do material da peça, se a dureza térmica no plano de cisalhamento for maior que a dureza térmica na área de contato do grão abrasivo, os grãos abrasivos sofrerão deformação plástica correspondente na área de contato, levando ao desgaste abrasivo.
• Desgaste Oxidativo: Certos gases no ar podem estimular a trituração. Quando o processo de retificação é realizado no vácuo, a retificação do aço de baixo-carbono com um rebolo de alumina não é tão suave quanto ao ar. A análise mostra que a rotação do rebolo impulsiona o fluxo de ar, reduzindo a temperatura na zona de retificação. Em altas temperaturas, a peça e os cavacos sofrem oxidação, formando uma película de óxido na superfície, evitando o desgaste adesivo na superfície da peça.
• Desgaste Químico:Durante a retificação, a superfície do rebolo e a superfície da peça exibem uma distribuição espacial complexa. O aumento da velocidade de retificação leva a temperaturas de retificação mais altas, causando reações químicas entre o material abrasivo, o material da peça e o fluido de retificação. Os vários elementos químicos produzidos por essas reações químicas podem sofrer outras reações químicas em vários-estágios. A reação química entre o material abrasivo e o material da peça é um fator importante no desgaste químico do rebolo.
• Desgaste por difusão:Quando o rebolo retifica a peça de trabalho, os elementos na superfície do rebolo e da peça se difundem em altas temperaturas, enfraquecendo a camada superficial dos grãos abrasivos e causando desgaste. Dois materiais metálicos em contato próximo, sob alta temperatura e pressão, sofrerão difusão na área de contato após um certo tempo de retificação, levando ao desgaste do rebolo.
• Desgaste por fratura por estresse térmico:Durante a retificação da peça, os grãos abrasivos atingem instantaneamente uma temperatura elevada e depois esfriam rapidamente sob a ação do fluido de retificação. Sob resfriamento e aquecimento intermitentes repetidos, a tensão térmica nos grãos abrasivos aumenta, levando a rachaduras e fraturas na superfície dos grãos abrasivos. O estresse térmico está relacionado principalmente à condutividade térmica, coeficiente de expansão térmica e fluido de moagem. A condutividade térmica é inversamente proporcional ao estresse térmico, enquanto o coeficiente de expansão térmica é diretamente proporcional ao estresse térmico. Quanto melhor for o desempenho do fluido de retificação, menor será a temperatura da superfície da peça e maior será o estresse térmico.