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适当的修整与修整工具能优化研磨作业

 技术信息 |  2020/11/20 |  3078

前言

研磨生产过程仰赖多个组件一起作动,来实现所需要的结果。当所有组件都经过优化并正确使用时,无论是尺寸、形状、表面处理或以上综合的加工结果,才会达到最佳效果。

我们当然可以把重点放在磨料上,并使用最好的砂轮,但研磨系统不仅止于砂轮。像是冷却液对研磨操作也有很大的影响。但是,研磨系统中最容易被忽视的部分是「修整」和「修整工具」。

一般人会通常会以高价购买优质的磨料产品,却期望使用最便宜的工具进行修整来达到最佳的性能。这就像是在高性能的汽车中添加一般的燃料一样。无论使用旋转设备还是固定工具,在许多作业中,修整工具都几乎被遗忘。直到出现表面问题、形状问题时才会开始进行调查。

选择合适的工具并正确使用它,可以对研磨作业产生正面影响。而「了解如何选择工具」以及「要採用哪种方式来修整传统砂轮」则对优化研磨作业更加有用。


区分修形(Truing)与修整(Dressing)

修形(Truing)和修整(Dressing)通常被认为是同一过程,在讨论修形或修整程序的术语时,有时会互换使用。这可能是因为,除了某些树脂结合剂或金属结合剂的产品以外,多数砂轮进行修整时都需要先离开生产线,然后才修整再重新安装,所以修形与修整这两个操作通常会同时进行。

但是,这两个操作是两种不同的过程。

修形是处理「砂轮的形状或轮廓」。而在使用新的砂轮时,则应透过修整来「改变其磨削面的状态」,使磨料發挥作用。

磨削过程中的常规修形可校正砂轮轮廓,并补偿砂轮在一般使用时造成的形状损失。正确修整砂轮能让工件保有正确的轮廓、几何形状和尺寸,以符合要求的规格。

虽然我们经常使用「修整(Dressing)」来描述修形(Truing)和修整(Dressing),但修整(Dressing)係指恢復或改变「砂轮表面的状态」。砂轮经过修整,能恢復或改变砂轮切削力或改变工件表面粗糙度的能力。

若要使用砂轮来削除工件,要对轮面进行修整,以露出新的磨料和锋利的尖点。使砂轮能以更强的切削力,去进行切削。但是相对的,可能会使得表面较粗,粗糙度效果不理想。

被修整成这种状态的砂轮,被称为“开锋(open)”。


如果是想要得到特定的表面光洁度,修整方向则是使轮面的尖点变圆或变钝。进而增加砂轮摩擦力,以得到需要的表面光洁度。而这裡需要注意的是,儘管表面处理效果很好,但工件的去除率却很少。

被修整成这种状态的砂轮,被称为“钝化closed”。

而了解如何为研磨作业选择正确的金刚石工具也同样重要。


适当的修整工具

当要选择适当的工具时,需要考虑三个方面:

1.使用的砂轮尺寸、结合剂和磨料类型

2.砂轮所需要的形状及轮廓

3.修整工具中鑽石的质量

基本来说,砂轮就是颗石头。要在石头上形成形状,或在其上生成特定的表面,则需要比石头更硬的材料。而鑽石(金刚石)是目前已知最硬的材料,因此鑽石被使用作为修整砂轮的工具。

第一点,了解使用的砂轮尺寸、结合剂和磨料类型。能有助于确定修整工具所需要的鑽石克拉数(鑽石的大小)。无论修整工具是单颗鑽石还是多颗鑽石的规格,了解要修整的砂轮的尺寸、结合力和磨料类型,将有助于确定所需的鑽石尺寸。

儘管鑽石工具会比砂轮更坚硬,但磨粒还是会让鑽石有所损耗。鑽石的磨损量和鑽石接触砂轮的时间有关,因此较大的砂轮会需要较大的鑽石。

此图表提供所需鑽石克拉数的建议(基于砂轮尺寸),无论是单个鑽石还是多个鑽石。


以下几种情况,也建议使用大一点的鑽石:

1.砂轮厚度大于6英寸:根据鑽石与砂轮接触的时间长短来判断。

2.砂轮使用树脂结合剂:根据和陶瓷砂轮相比之下,结合剂的变化与耗损状态而定。

3.当砂轮使用较特殊的磨料时。如:陶瓷磨料。

正如同砂轮可以被修整出多种不同的形状,也有很多种不同类型的固定工具可用来修型或恢復形状。

而了解哪些可用工具最合适或最有力,将有助于缩小选择范围。


第二点,根据砂轮所需要的形状及轮廓来选择工具。

固定工具可以很简单,只有金属棒加上鑽石,例如单点工具;也可以像成型研磨的修整轮形状一样複杂。鑽石工具与砂轮的接触面,可能砂轮宽度是千分之几,或者可能再宽一点。了解每种工具的特徵和限制,有助于确定哪种工具是真正符合作业需要的。

几乎任何一种鑽石工具都可以实现直线或锥度轮廓。但要修出複杂的轮廓,就需要使用较短的专用修整器。

上图显示了专用工具和其对应可修出的複杂轮廓。


最后,选择修整工具的第三个考量因素是「鑽石的质量」,这会影响鑽石工具的价格和整体的寿命。

在业界尚未有针对鑽石质量所制定的标准,但普遍会认为,高质量的鑽石具有更长的寿命。高质量的鑽石比较没有杂质、裂纹和瑕疵,而且具有更精确的尖点。

如下图所示,所有鑽石的大小均为½克拉,但质量越高,形状和尖点就越精确。


若选择最高质量的AA级鑽石工具,更能进行「重置(Resetting)」及「重新塑形(Relapping)」程序。

重置(Resetting)係指将修整器上的鑽石重新修锐出新的尖点。

重新塑形(Relapping)是一种机械过程,用以恢復修整器的的几何形状及轮廓,还原为原始的尺寸。

两者从一开始的高端价格,随着时间而使用范围已扩散普及,因此降低了使用该工具的总成本。若使用的是质量较低的D级鑽石,则没办法进行重置。虽然它们通常较价格低廉,但是有时只使用一次就要丢弃了。



其他考量

其他需要考量的是机械的部分,会影响鑽石工具的规格,包括:柄的尺寸和样式(长度、直径、锥度)以及鑽石的轮廓(半径、尖点)。这些属性最终会取决于所使用的机器,而许多製造商可以依照需求客製鑽石工具。


常见的固定修整工具

儘管有多种固定工具可以使用,但在这裡提供一些更常见的固定修整和修整工具,以及如何正确使用这些固定工具。

单点修整器:


  • 适用于简单的几何形状(平直形、锥形或凸形)

  • 在表面研磨应用中非常常见

  • 通常柄的直径为7/16或3/8英寸

  • 移除量大

  • 每天应旋转修整器1/8转,以延长使用寿命

  • 可以利用具有多个尖点的鑽石进行重置

  • 不建议在cBN /金刚石砂轮上使用


尖点/锥形修整器:


  • 用于较複杂的几何形状,或应用于CNC

  • 利用更高质量或CVD合成鑽石,以真空钎焊技术来固定鑽石并防止鑽石脱落

  • 角锥形或尖点式修整器,通常是为了特定的需要而设计的,具有精确的研磨半径和角度,这些角度是根据零件或砂轮的形状去製定的通常是需要订製的。但仍可能有一些常见的形状规格。

  • 高质量鑽石可以重新使用,使用寿命长。

  • 工具应定期旋转180度,以延长使用寿命

如下所示,单点修整器和尖点修整器都应以微小角度,安装在砂轮的中心线处。


结合式或多点修整器:

  • 多用于大直径砂轮或盘形砂轮

  • 由于鑽石接触面积较大,因此修整速度更快

  • 笔尖的鑽石,有各种尺寸和密度可供选择

  • 不需要修形状

  • 新的修整器,需要先磨3~5次,约磨掉在0.005英寸,才能以露出鑽石的部分。

  • 可以使用造粒方法製造,可使鑽石分佈均匀、整齐一致。(一般製造鑽石是随机分佈)

安装结合式修整器或多点修整器,要修整器的面垂直于砂轮中心线,与轮面形成直角。而柄会稍微有点角度。



刀版型修整器

  • 用于具有複杂形状的大型砂轮

  • 均匀的横截面可在整个工具使用过程中保持一致的使用寿命

  • 受制于鑽石的位置

  • 通常可以按需求客製,但也有常见标准规格

  • 刀板型修整器是修整陶瓷砂轮的最佳选择

  • 若有特殊需要,也可以使用于修整cBN 或鑽石砂轮上。


结语

固定式工具是最具成本效益的修整工具

  • 多种规格可满足修整需求

  • 修整时应搭配冷却剂

  • 定期旋转修整器,以延长使用寿命(若能旋转的话)(不用旋转的修整器看这边:犀角修整器)

  • 高质量的单点工具可以重置

  • 角锥形/尖点修整器可以经常修形,以维持形状。

  • 不建议将单点修整器应用于超级磨料

如果砂轮维护不当,很难製造出高质量的零件,而若不使用高质量的修整工具也就无法做到这一点。

了解修整以及如何选择修整工具,这项研磨系统中最容易被忽视的部分,将得到应有的关注。

本文经同意翻译转载自MMS网站(mmsonline.com/)

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