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適當的修整與修整工具能優化研磨作業



 

原文:https://www.mmsonline.com/articles/optimize-grinding-processes-with-proper-truing-and-dressing-tools
作者:
DAVE GOETZ  諾頓公司應用程序工程師 | 聖戈班磨料
中文翻譯:SEYA編輯部


選擇合適的工具並正確使用它,可以對研磨作業產生正面影響。
而「了解如何選擇工具」以及「要採用哪種方式來修整傳統砂輪」則對優化研磨作業更加有用。



 

       前言     

研磨生產過程仰賴多個組件一起作動,來實現所需要的結果。

當所有組件都經過優化並正確使用時,無論是尺寸、形狀、表面處理或以上綜合的加工結果,才會達到最佳效果。

我們當然可以把重點放在磨料上,並使用最好的砂輪,但研磨系統不僅止於砂輪。

像是冷卻液對研磨操作也有很大的影響。

但是,研磨系統中最容易被忽視的部分是「修整」和「修整工具」



一般人會通常會以高價購買優質的磨料產品,卻期望使用最便宜的工具進行修整來達到最佳的性能。

這就像是在高性能的汽車中添加一般的燃料一樣。

無論使用旋轉設備還是固定工具,在許多作業中,修整工具都幾乎被遺忘。

直到出現表面問題、形狀問題時才會開始進行調查。



選擇合適的工具並正確使用它,可以對研磨作業產生正面影響。

而「了解如何選擇工具」以及「要採用哪種方式來修整傳統砂輪」則對優化研磨作業更加有用。






       區分修形(Truing)與修整(Dressing)     

修形(Truing)和修整(Dressing)通常被認為是同一過程,在討論修形或修整程序的術語時,有時會互換使用。

這可能是因為,除了某些樹脂結合劑或金屬結合劑的產品以外,多數砂輪進行修整時都需要先離開生產線,

然後才修整再重新安裝,所以修形與修整這兩個操作通常會同時進行。



但是,這兩個操作是兩種不同的過程。

修形是處理「砂輪的形狀或輪廓」。

而在使用新的砂輪時,則應透過修整來「改變其磨削面的狀態」,使磨料發揮作用。

 


磨削過程中的常規修形可校正砂輪輪廓,並補償砂輪在一般使用時造成的形狀損失。

正確修整砂輪能讓工件保有正確的輪廓、幾何形狀和尺寸,以符合要求的規格。



雖然我們經常使用「修整(Dressing)」來描述修形(Truing)和修整(Dressing),

但修整(Dressing)係指恢復或改變「砂輪表面的狀態」。

砂輪經過修整,能恢復或改變砂輪切削力或改變工件表面粗糙度的能力。



若要使用砂輪來削除工件,要對輪面進行修整,以露出新的磨料和鋒利的尖點。

使砂輪能以更強的切削力,去進行切削。

但是相對的,可能會使得表面較粗,粗糙度效果不理想。被修整成這種狀態的砂輪,被稱為“開鋒(open)”。



如果是想要得到特定的表面光潔度,修整方向則是使輪面的尖點變圓或變鈍。

進而增加砂輪摩擦力,以得到需要的表面光潔度。

而這裡需要注意的是,儘管表面處理效果很好,但工件的去除率卻很少。

被修整成這種狀態的砂輪,被稱為“鈍化closed”。



而了解如何為研磨作業選擇正確的金剛石工具也同樣重要。





       適當的修整工具     

當要選擇適當的工具時,需要考慮三個方面:

1.使用的砂輪尺寸、結合劑和磨料類型

2.砂輪所需要的形狀及輪廓
3.修整工具中鑽石的質量 

基本來說,砂輪就是顆石頭。

要在石頭上形成形狀,或在其上生成特定的表面,則需要比石頭更硬的材料。

而鑽石(金剛石)是目前已知最硬的材料,因此鑽石被使用作為修整砂輪的工具。

 



第一點,了解使用的砂輪尺寸、結合劑和磨料類型。

能有助於確定修整工具所需要的鑽石克拉數(鑽石的大小)。

無論修整工具是單顆鑽石還是多顆鑽石的規格,

了解要修整的砂輪的尺寸、結合力和磨料類型,將有助於確定所需的鑽石尺寸。



儘管鑽石工具會比砂輪更堅硬,但磨粒還是會讓鑽石有所損耗。

鑽石的磨損量和鑽石接觸砂輪的時間有關,因此較大的砂輪會需要較大的鑽石。 


此圖表提供所需鑽石克拉數的建議(基於砂輪尺寸),無論是單個鑽石還是多個鑽石。

以下幾種情況,也建議使用大一點的鑽石:

1.砂輪厚度大於6英寸:根據鑽石與砂輪接觸的時間長短來判斷。
2.砂輪使用樹脂結合劑:根據和陶瓷砂輪相比之下,結合劑的變化與耗損狀態而定。
3.當砂輪使用較特殊的磨料時。如:陶瓷磨料。


正如同砂輪可以被修整出多種不同的形狀,也有很多種不同類型的固定工具可用來修型或恢復形狀。

而了解哪些可用工具最合適或最有力,將有助於縮小選擇範圍。




第二點,根據砂輪所需要的形狀及輪廓來選擇工具。

固定工具可以很簡單,只有金屬棒加上鑽石,例如單點工具;也可以像成型研磨的修整輪形狀一樣複雜。

鑽石工具與砂輪的接觸面,可能砂輪寬度是千分之幾,或者可能再寬一點。

了解每種工具的特徵和限制,有助於確定哪種工具是真正符合作業需要的。

幾乎任何一種鑽石工具都可以實現直線或錐度輪廓。

但要修出複雜的輪廓,就需要使用較短的專用修整器。

上圖顯示了專用工具和其對應可修出的複雜輪廓。





最後,選擇修整工具的第三個考量因素是「鑽石的質量」

這會影響鑽石工具的價格和整體的壽命。

在業界尚未有針對鑽石質量所制定的標準,但普遍會認為,高質量的鑽石具有更長的壽命。

高質量的鑽石比較沒有雜質、裂紋和瑕疵,而且具有更精確的尖點。

如下圖所示,所有鑽石的大小均為½克拉,但質量越高,形狀和尖點就越精確。

 




若選擇最高質量的AA級鑽石工具,更能進行「重置(Resetting)」及「重新塑形(Relapping)」程序。

重置(Resetting)係指將修整器上的鑽石重新修銳出新的尖點。

重新塑形(Relapping)是一種機械過程,用以恢復修整器的的幾何形狀及輪廓,還原為原始的尺寸。

兩者從一開始的高端價格,隨著時間而使用範圍已擴散普及,因此降低了使用該工具的總成本。

若使用的是質量較低的D級鑽石,則沒辦法進行重置。

雖然它們通常較價格低廉,但是有時只使用一次就要丟棄了。






       其他考量     

其他需要考量的是機械的部分,會影響鑽石工具的規格,包括:柄的尺寸和樣式(長度、直徑、錐度)以及鑽石的輪廓(半徑、尖點)。這些屬性最終會取決於所使用的機器,而許多製造商可以依照需求客製鑽石工具。


       常見的固定修整工具     

儘管有多種固定工具可以使用,

但在這裡提供一些更常見的固定修整和修整工具,以及如何正確使用這些固定工具。


單點修整器:

  • 適用於簡單的幾何形狀(平直形、錐形或凸形)
  • 在表面研磨應用中非常常見
  • 通常柄的直徑為7/16或3/8英寸
  • 移除量大
  • 每天應旋轉修整器1/8轉,以延長使用壽命
  • 可以利用具有多個尖點的鑽石進行重置
  • 不建議在cBN /金剛石砂輪上使用


尖點/錐形修整器:

  • 用於較複雜的幾何形狀,或應用於CNC
  • 利用更高質量或CVD合成鑽石,以真空釬焊技術來固定鑽石並防止鑽石脫落
  • 角錐形或尖點式修整器,通常是為了特定的需要而設計的,具有精確的研磨半徑和角度,這些角度是根據零件或砂輪的形狀去製定的通常是需要訂製的。但仍可能有一些常見的形狀規格。
  • 高質量鑽石可以重新使用,使用壽命長。
  • 工具應定期旋轉180度,以延長使用壽命
如下所示,單點修整器和尖點修整器都應以微小角度,安裝在砂輪的中心線處。 

結合式或多點修整器:
  • 多用於大直徑砂輪或盤形砂輪
  • 由於鑽石接觸面積較大,因此修整速度更快
  • 筆尖的鑽石,有各種尺寸和密度可供選擇
  • 不需要修形狀
  • 新的修整器,需要先磨3~5次,約磨掉在0.005英寸,才能以露出鑽石的部分。
  • 可以使用造粒方法製造,可使鑽石分佈均勻、整齊一致。(一般製造鑽石是隨機分佈)
安裝結合式修整器或多點修整器,要修整器的面垂直於砂輪中心線,與輪面形成直角。而柄會稍微有點角度。




刀版型修整器
  • 用於具有複雜形狀的大型砂輪
  • 均勻的橫截面可在整個工具使用過程中保持一致的使用壽命
  • 受制於鑽石的位置
  • 通常可以按需求客製,但也有常見標準規格
  • 刀板型修整器是修整陶瓷砂輪的最佳選擇
  • 若有特殊需要,也可以使用於修整cBN 或鑽石砂輪上。



       結語     

固定式工具是最具成本效益的修整工具
  • 多種規格可滿足修整需求
  • 修整時應搭配冷卻劑
  • 定期旋轉修整器,以延長使用壽命(若能旋轉的話)(不用旋轉的修整器看這邊:犀角修整器
  • 高質量的單點工具可以重置
  • 角錐形/尖點修整器可以經常修形,以維持形狀。
  • 不建議將單點修整器應用於超級磨料

如果砂輪維護不當,很難製造出高質量的零件,而若不使用高質量的修整工具也就無法做到這一點。

了解修整以及如何選擇修整工具,這項研磨系統中最容易被忽視的部分,將得到應有的關注。
 



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