Cần quan tâm 7 yếu tố chính khi chọn đá mài phù hợp cho gia công sản xuất

Trong sản xuất cơ khí, sử dụng đá mài như một phần trong công việc thường xuyên hàng ngày của mình, nhưng hầu hết chúng ta đều không biết tại sao mình lại sử dụng đá mài như vậy, hoặc thậm chí liệu chúng ta có sử dụng đúng loại đá mài cho công việc hay không.

Các hạt mài mòn có sẵn với nhiều kích cỡ hạt và chất kết dính khác nhau. Việc xác định đá mài nào phù hợp với công việc đòi hỏi phải xem xét các yếu tố chính sau đây: 

1. Vật liệu được nghiền
2. Áp suất khi mài
3. Yêu cầu về độ hoàn thiện và độ chính xác của sản phẩm hoàn thiện
4. Khu vực mài
5. Tốc độ bánh xe
6. Sử dụng chất làm mát
7. Công suất máy/trục chính

1. Vật liệu phôi là nền tảng

Điều đầu tiên cần xem xét khi lựa chọn thông số kỹ thuật của bánh mài là loại vật liệu phôi và độ cứng. Vật liệu dễ mài hay khó mài? Khả năng mài tương đối dễ dàng là yếu tố dự báo chính về loại mài mòn, thuộc tính hạt, kích thước hạt và loại liên kết thích hợp cho ứng dụng.

Theo quy ước, các hạt oxit nhôm được sử dụng để nghiền kim loại màu và các hạt cacbua silic được sử dụng để nghiền kim loại màu và phi kim loại. Hạt gốm và hạt siêu mài mòn tương thích với cả ba loại vật liệu, nhưng thường dành cho những trường hợp cụ thể trong đó oxit nhôm và cacbua silic hoạt động kém.

Khi loại hạt đã được xác định, khả năng mài của vật liệu sẽ xác định nhiều thuộc tính cần thiết khác cho bánh mài. Nếu vật liệu dễ mài thì nên sử dụng loại hạt dai, bền. Vì vật liệu dễ mài nên các hạt không bị phân hủy quá sớm hoặc quá dễ dàng, vì vậy có thể sử dụng nguyên hạt để tối đa hóa tuổi thọ của đá mài. Hạt thô hơn là tốt nhất cho những vật liệu này, vì các hạt có thể dễ dàng xuyên qua vật liệu và loại bỏ tối đa vật liệu. Loại cứng hơn (nghĩa là liên kết cứng hơn giữa các hạt và đá mài) cũng tương ứng với việc mài dễ dàng hơn, vì liên kết sẽ ngăn đá mài giải phóng các hạt trước khi chúng bị loại bỏ.

Đối với các vật liệu khó mài, hãy đảo ngược các khuyến nghị này. Các loại vật liệu nhẹ, dễ vỡ hoạt động tốt hơn trên các vật liệu này vì chúng dễ gãy hơn và giữ được độ sắc nét hơn. Kích thước hạt mịn hơn cải thiện khả năng của các hạt xuyên qua vật liệu cứng và tạo thành phoi. Bởi vì các hạt mài sẽ bị xỉn màu và gây hư hỏng phôi chẳng hạn như cháy nếu giữ quá lâu, nên các loại hạt mềm là cần thiết để giải phóng các hạt bị cùn và để vật liệu tiếp xúc với những hạt sắc hơn.

2. Áp suất khi mài

Người dùng cũng nên xem xét áp suất khi mài hoặc lực trên mỗi hạt. Áp suất càng cao, hoạt động càng khắc nghiệt, các hạt gốm mài mòn có khả năng hoạt động tốt hơn. Mức độ nghiêm trọng của hoạt động cũng giúp xác định các thuộc tính của hạt mài mòn.

Các hạt cứng, bền có thể chịu được áp lực cao hơn và không bị hỏng sớm. Hạt thô hơn cũng giúp hạt chịu được áp lực mài. Có thể đôi khi việc phân bổ áp lực lên nhiều điểm cắt hơn là tốt nhất, nhưng ngay cả tình huống đó cũng cần có sự cân bằng để ngăn áp suất biến các hạt mịn hơn thành bụi. Áp lực nặng cũng đòi hỏi cấp độ mài cứng hơn để các hạt mài có thể thực hiện công việc mài cần thiết.

Ngược lại, các hạt mềm, bở sẽ hoạt động tốt hơn khi vận hành với áp suất nhẹ, vì các hạt bền sẽ chỉ bị cọ xát và xỉn màu. Kích thước hạt mịn hơn đảm bảo rằng các hạt vẫn có thể gãy đúng cách và tự mài, còn các loại mềm hơn sẽ giải phóng các hạt xỉn màu trước khi chúng bắt đầu chà xát và đốt cháy vật liệu đang được mài.

3. Độ chính xác của sản phẩm và độ hoàn thiện bề mặt cần thiết 

Đá mài đạt được sự phổ biến rộng rãi nhờ tốc độ, khả năng lặp lại hình dạng và khả năng đạt được độ hoàn thiện mong muốn. Khi chọn đá mài, điều quan trọng là phải xác định xem ứng dụng có yêu cầu loại bỏ phôi nhanh hay hoàn thiện tốt hay không. Điều quan trọng không kém là liệu bộ phận đó có đơn giản và phẳng hay không, hoặc có hình dạng nào để giữ hay không.

Độ hoàn thiện bề mặt cần thiết, dung sai kích thước, yêu cầu giữ hình dạng và tỷ lệ loại bỏ phôi sẽ ảnh hưởng đến kích thước hạt, cấp độ và loại liên kết thích hợp.

Đối với lớp hoàn thiện có Ra thấp hoặc dung sai hình học thấp, hạt mài mịn hơn rất hữu ích vì chúng cung cấp nhiều điểm tiếp xúc hơn giữa vật liệu và bánh mài. Điều này giúp tạo ra các lớp hoàn thiện chính xác, có kiểu vết xước nông hơn và lớp hoàn thiện có kích thước micro inch thấp hơn. Các hạt mịn hơn cũng hỗ trợ đạt được và giữ được các dạng bán kính nhỏ và phức tạp. Ngược lại, hạt thô hơn sẽ cải thiện tỷ lệ loại bỏ cặn. Việc tìm kiếm sự cân bằng tối ưu về kích thước hạt sẽ làm giảm thời gian chu kỳ cắt.

Độ chính xác hình học gần và khả năng giữ hình dạng đòi hỏi cấp độ khó hơn. Các cấp độ cứng hơn cho phép bánh xe giữ được hình dạng lâu hơn và đảm bảo các hạt được giữ đủ lâu để đạt được kết quả mong muốn.

Khuyến nghị tiếp theo này có vẻ mâu thuẫn, nhưng các liên kết mềm hơn là tối ưu cho cả lớp hoàn thiện mịn hơn và khả năng loại bỏ cặn cao hơn. Một bánh mài có liên kết mềm hơn sẽ dễ dàng loại bỏ các hạt xỉn màu và giữ cho các hạt mới hơn, sắc nét hơn tiếp xúc với vật liệu. Các hạt sắc hơn giúp tăng khả năng loại bỏ vật liệu và cải thiện độ hoàn thiện bằng cách ngăn chặn các chất mài mòn xỉn màu cọ xát và đốt cháy bộ phận trong quá trình loại bỏ vật liệu. Mặc dù tỷ lệ hoàn thiện và loại bỏ phoi thực tế từ hoạt động này chủ yếu phụ thuộc vào kích thước hạt mài, việc giữ hạt sắc nét trong vùng nghiền mang lại lợi ích cho cả hai.

Yêu cầu về bộ phận cũng xác định loại liên kết. Bánh xe thủy tinh hoạt động tốt nhất với dung sai gần và khả năng giữ hình dạng, trong khi các liên kết hữu cơ và nhựa là tốt nhất cho các lớp hoàn thiện phản chiếu và hoàn thiện mịn khác. Liên kết hữu cơ, không giống như liên kết thủy tinh hóa, có một chút tác dụng với chúng. Một số lực mài đi vào liên kết, làm giảm kích thước phoi. Một lợi ích khác của quá trình nghiền mịn là cách các liên kết hữu cơ bị phá vỡ do sức nóng của quá trình nghiền. Chúng có xu hướng giữ hạt lâu hơn một chút, khiến chúng bị chảy và xỉn màu. Các tương tác cày và trượt theo kế hoạch diễn ra trong những trường hợp này sẽ cải thiện dựa trên kiểu vết xước ban đầu được hình thành trong quá trình loại bỏ vật liệu để tạo ra lớp hoàn thiện mịn hơn.

4. Khu vực mài

Diện tích tiếp xúc một phần liên quan đến mức độ vận hành ở chỗ nó xét đến diện tích tiếp xúc giữa vật và bánh xe. Khi tác dụng một bánh xe vào vật liệu, lực tác dụng sẽ được phân bổ trên tất cả các điểm cắt trong vùng mài. Diện tích tiếp xúc càng lớn thì lực trên mỗi hạt càng thấp. Ngược lại, diện tích càng nhỏ thì lực trên mỗi hạt càng cao.

Các hoạt động với diện tích tiếp xúc nhỏ nên sử dụng các hạt cứng, bền để không bị gãy quá sớm hoặc bị mài mòn sớm dưới tác dụng của lực cao hơn trên mỗi hạt. Các hạt gốm hoặc siêu mài mòn thậm chí có thể cần thiết trong các hoạt động này. Kích thước hạt mịn hơn là tối ưu cho các vùng tiếp xúc nhỏ, vì ngoài việc cung cấp nhiều điểm mài mòn hơn ở vùng tiếp xúc, áp suất tương đối hoặc lực mài sẽ bị phân chia giữa nhiều hạt. Lực hoạt động cao với diện tích tiếp xúc nhỏ hơn cũng đòi hỏi bánh xe có cấp độ cứng hơn, vì chúng sẽ giữ được hình dạng chống lại sự mài mòn sớm của bánh xe.

Khi diện tích tiếp xúc tăng lên và trở nên lớn hơn, chẳng hạn như đối với phân khúc Blanchard, các hạt nhẹ hơn sẽ thích hợp hơn. Do số lượng hạt tiếp xúc với vật làm việc trong vùng nghiền tăng lên nên lực tác động lên mỗi hạt thấp hơn và hạt sẽ dễ gãy và tự mài hơn. Các hạt thô sẽ truyền áp lực vào ít hạt hơn để đảm bảo chúng sẽ tiếp tục xuyên qua tác phẩm. Vì nguy cơ cháy do các hạt bị xỉn màu cao hơn trong các hoạt động này nên nên sử dụng các loại bánh xe mềm hơn để hạt thoát ra trước khi làm hỏng bộ phận.

5. Tốc độ bánh xe

Tốc độ bề mặt bánh xe khi vận hành có thể thu hẹp loại liên kết và cấp độ bánh xe cần thiết để hoàn thành chúng. Để tính tốc độ bề mặt, sử dụng các phương trình sau:

Tốc độ bề mặt (SFPM) = (π × Đường kính (inch) × RPM) / 12

Tốc độ bề mặt (m/s) = (π × Đường kính (mm) × RPM) / 60000

Tốc độ bánh xe xác định loại liên kết nào là tốt nhất cho tốc độ yêu cầu hoặc liệu có thể cần một liên kết tốc độ cao đặc biệt hay không.

Theo nguyên tắc chung:

• Tốc độ bề mặt từ 8.500 SFPM (43 m/s) trở xuống tương thích với cả liên kết thủy tinh hóa và hữu cơ, mặc dù hầu hết các bánh xe thủy tinh hóa phổ biến được thiết kế cho tốc độ 6.500 SFPM (33 m/s) trở xuống.
• Đối với tốc độ bề mặt trên 8.500 SFPM (43 m/s), nên sử dụng liên kết hữu cơ vì lý do an toàn. Xin lưu ý, một số liên kết thủy tinh hóa mới hơn có thể chạy ở tốc độ trên 8.500 SFPM (43 m/s), nhưng những liên kết này thường yêu cầu xếp hạng đặc biệt.

Bánh xe cũng sẽ hoạt động khác nhau dựa trên tốc độ của chúng. Với mỗi 1.000 SFPM (5,08 m/s), tốc độ bề mặt thay đổi, bánh xe sẽ hoạt động cứng hơn hoặc mềm hơn một cấp. Tốc độ bánh xe chậm hơn đồng nghĩa với hiệu suất nhẹ nhàng hơn, vì lực tác động lên mỗi hạt mài mòn cao hơn khiến các hạt và liên kết bị phá vỡ nhanh hơn. Tốc độ bánh xe nhanh hơn dẫn đến hiệu suất cao hơn, với lực trên mỗi hạt mài mòn thấp hơn làm cho các hạt và liên kết hoạt động bền hơn.

6. Sử dụng chất làm mát

Chất làm mát trong hệ thống mài ảnh hưởng đến bánh xe được liên kết bằng thủy tinh và hữu cơ (nhựa) một cách khác nhau và kế hoạch sử dụng nó phải được xem xét khi xác định cấp độ hoặc độ cứng của bánh xe.

Nếu sử dụng chất làm mát:

• Bánh xe liên kết thủy tinh sẽ hoạt động nhẹ nhàng hơn vì độ bôi trơn của chất làm mát làm giảm ma sát trong vùng mài, giữ cho hạt sắc nét hơn để cắt tự do hơn.
• Bánh xe được liên kết hữu cơ (nhựa) sẽ hoạt động mạnh hơn vì chất làm mát làm giảm nhiệt trong vùng mài. Vì nhiệt này thường làm mềm các bánh xe hữu cơ và cho phép chúng tự mài, nên chất làm mát sẽ ngăn bánh xe bị hỏng như thiết kế.

Nếu không sử dụng chất làm mát:

• Trong quá trình vận hành khô, các liên kết thủy tinh hóa sẽ hoạt động mạnh hơn vì các hạt sẽ cọ xát và xỉn màu nhiều hơn, tạo ra nhiều nhiệt hơn trong vùng nghiền và có khả năng dẫn đến cháy hoặc các hư hỏng khác.
• Bánh xe được liên kết hữu cơ (nhựa) sẽ hoạt động mềm hơn do cách thức hoạt động của các liên kết. Nhiều nhiệt hơn ở vùng mài sẽ làm bánh xe mềm nhanh hơn, làm tăng khả năng bánh xe bị mòn sớm.

7. Mã lực máy/trục chính

Công suất của máy mài có thể đóng vai trò quyết định cấp độ liên kết hoặc độ cứng của bánh xe.

• Khi một chiếc máy có công suất cao hơn ở trục chính thì cấp độ bánh xe cứng hơn sẽ khôn ngoan hơn. Bánh xe cứng hơn sẽ giữ được hình dạng và giữ lại các hạt lâu nhất có thể dưới lực mạnh hơn. Các hạt bền cũng nên được sử dụng trên các máy có công suất cao, vì máy sẽ cung cấp đủ lực để làm gãy chúng và cho phép tự mài.
• Máy có công suất thấp hoặc máy không đủ công suất ở trục chính có thể không tạo ra đủ lực để bẻ bánh xe khi cần thiết. Các hạt bị xỉn màu, có thể dẫn đến cháy và các hư hỏng bề mặt khác. Để giảm thiểu điều này, hãy sử dụng bánh xe loại mềm hơn và các hạt dễ vỡ hơn.

Lựa chọn giữa các yếu tố trái ngược nhau

Do có bao nhiêu yếu tố liên quan đến việc xác định thông số khởi động của bánh mài nên sẽ có trường hợp các yếu tố đi ngược chiều nhau. Trong những trường hợp như vậy, hãy xem phần lớn các yếu tố đang hướng tới đâu hoặc đặt ưu tiên cho các yếu tố quan trọng nhất đối với ứng dụng. Để so sánh đơn giản, hãy xem lại biểu đồ dưới đây: