Wytrzymałość ściernic ze spoiwem ceramicznym

Fiks, W.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wytrzymałość ściernic ze spoiwem ceramicznym

Autorzy

Fiks W.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Strength of grinding wheels with vitrified bond

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy przedstawiono szczegółową analizę dotychczas stosowanych metod określania właściwości wytrzymałościowych ściernic ze spoiwem ceramicznym. Wykazano, ze wyniki uzyskiwane tymi metodami nie są zadawalające. Uzasadniono konieczność doskonalenia metod badania właściwości wytrzymałościowych ściernic, ponieważ znajomość tych właściwości jest szczególnie istotna w wysoko wydajnych procesach szlifowania, gdzie wytrzymałość narzędzia stanowi często czynnik ograniczający wartości wielkości nastawnych procesu. Zaproponowano własną, prostą i skuteczną metodę określania właściwości wytrzymałościowych ściernic ze spoiwem ceramicznym. Metoda polega na doświadczalnym wyznaczeniu siły niszczącej specjalną próbkę i obliczeniu, z wykorzystaniem metody elementów skończonych, dopuszczalnych dla danego materiału naprężeń oraz wartości prędkości granicznych dla ściernic wykonanych z takiego materiału. Omówiono konstrukcje własne urządzeń do badania rzeczywistych prędkości granicznych ściernic, ze szczególnym uwzględnieniem zespołów, gwarantujących uzyskiwanie wiarygodnych wyników badań. Przedstawiono analizę teoretyczną wytrzymałości przedmiotów typu tarcza, poddanych działaniu sił bezwładności i na tej podstawie przyjęto zależności, pozwalające na wyznaczenie maksymalnych naprężeń zredukowanych w ściernicy tarczowej1. Zastosowanie do obliczeń metody elementów skończonych, umożliwiło rozszerzenie zakresu badań na ściernice o innych kształtach (typ „6" i „11"). Uzyskane, według zaproponowanej metody, wartości naprężeń dopuszczalnych dla różnych gatunków spojonych ( w następstwie „wypalenia") mieszanin ścierniw i spoiw ceramicznych oraz wartości prędkości granicznych dla ściernic wykonanych z tych materiałów, zweryfikowano doświadczalnie: • metodą tensometrii elektrooporowej, • metodą warstwy optycznie czułej, • badaniem rzeczywistej wytrzymałości ściernic na specjalnych maszynach wytrzymałościowych2. Duża zgodność otrzymanych wyników, potwierdziła słuszność przyjętych założeń oraz skuteczność zaproponowanej metody. Wskazano na możliwości aplikacyjne opracowanej metody, pozwalającej w stosunkowo prosty sposób poznać, a więc i w pełni wykorzystać właściwości wytrzymałościowe ściernic ze spoiwem ceramicznym. Sformułowano wnioski poznawcze dotyczące między innymi, wpływu charakterystyki technicznej, uszkodzeń wewnętrznych oraz obciążeń zewnętrznych ściernic na ich wytrzymałość dynamiczna. Ponadto szczegółowa analiza wyników przeprowadzonych badań pozwoliła na zaproponowanie nowej metody określania prędkości próbnych oraz współczynników bezpieczeństwa dla ściernic ze spoiwem ceramicznym.

In the paper a detail analysis of strength properties evaluation methods of abrasive material with vitrified bond is described. It was demonstrated that results achieved with these methods are unsatisfactory. A necessity of further research in this field was debated, as strength property knowledge is essential in high efficient grinding processes, where tool strength is often the limit to the process. A new, simple and effective method of strength properties evaluation of abrasive material with vitrified bond was proposed. The method is based on experimental determination of force, which destructs special sample. Permissible stress for several materials and bursting speed for grinding wheels made of these materials, defined by the finite elements method is also determined. An equipment for real bursting speed testing (made by author of the paper) is described, focusing on the equipment units, which insure reliable research results. Theoretical strength analysis of wheel-type elements, under inertial force was showed. Also relations enabling determination of maximum reduced stress inside grinding wheel were defined. Application of the finite elements method enabled enlargement of research range by other wheel shapes (type 6 or 11 for instance). Permissible stress values for several abrasive and bond materials as well as permissible bursting speeds (for grinding wheel made of these materials) achieved by application of the method were verified experimentally by: • electro-resistant extensometer method • optically sensitive layer method • grinding wheel real strength testing on bursting machine. High conformity of achieved results, confirmed equity of assumptions and high effectiveness of the method. Application possibilities of the method, which enables full use of grinding wheel strength properties, were described. Conclusions, according to an influence of wheel's technical characteristics, internal defects and outside load on dynamic strength were formulated. Detail analysis of research results enabled creation of testing speed and safety factor evaluation method for grinding wheels with vitrified bond.

Słowa kluczowe

ściernice wytrzymałość ściernic spoiwo ceramiczne ściernice ze spoiwem ceramicznym metoda elementów skończonych MES (metoda elementów skończonych)

grinding wheel strength of grinding wheels vitrified bond vitrified gringing wheel finite elements method FEM

Wydawca

Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

Rocznik

2002

Tom

Z. 302

Strony

3--103

Opis fizyczny

Bibliogr. 88 poz.

Twórcy

autor

Fiks W.

Katedra Technologii Maszyn, Wydział Mechaniczny Politechnika Łódzka

Bibliografia

1. ANSI B7.1-1988. Standard Safety Requirements for the Use, Care and Protection of Abrasive Wheels.
2. ASTM E399-1983. Standard test method for plane-strain fracture toughness of metallic materials.
3. Bathe K.J.: Finite element procedures engineering analysis. New Jersey, Prentice - Hall, Inc. Englewood Clists 1982.
4. Bierlich R.: Technologische Voraussetzungen zum Aufbau eines Adaptiven Regelungsestems beim Aussenrund-Einstechsschleifen. Aachen. 1976.
5. Bogołębski J. Fiks W. Koziarski A.: Metodyka badania ściernic samoostrzących. Materiały VI Konferencji PAN. Łódź 1988, str. 124-128.
6. Brinksmeier E. Minkę E.: High-performance surface grinding. Ann. CIRP 42/1/1993, pp. 361-366.
7. Brinksmeier E.: Monitoring of grinding wheel wear. Ann. CIRP 41/1/1992, pp. 367-372.
8. Brunner G.: Schleifen mit mikrokristallinem Aluminiumoxid. Diss. Universitat Hannover, 1997.
9. Busch D.M. Lindenbeck D.A.: A method for calculating minimum grinding cost. IDR 6/1972.
10. Chang S.H. Hashimoto F. Shaw M.C.: Forces and specific energy in superfinishing of hardened steel. Ann. CIRP 46/1/1997, pp. 257-260.
11. Childs D., Hale K.: Test apparatus and facility to identity the rotor dynamic coefficients of high -speed hydro static bearings. ASME 1993 Trib - 48, pp. 1-7.
12. Cudny W. Dyląg Z. Orłoś Z.: Application of polarised light and optically sensitive materials to large strain analysis. Proceedings of the International Symposium on Mechanics of inelastic media and structures. PWN, Warszawa 1982.
13. Cukic R. Kopecki H. Ruzic D.: Theoretical and experimental stress analysis in a geometrically nonhomogenous rotating disc. Mechanika Teoretyczna i Stosowana, 30/1/1992, str. 41-49.
28. Fiks W.: Współczynnik bezpieczeństwa dla ściernic o spoiwie ceramicznym. Sekcja Podstaw Technologii Komitetu Budowy Maszyn PAN, XXIII Naukowa Szkoła Obróbki Ściernej. Rzeszów-Myczkowce 2000, str. 139-146.
29. Fiks W.: Wytrzymałość dynamiczna ściernic ceramicznych. Sekcja Podstaw Technologii Komitetu Budowy Maszyn PAN, XXI Naukowa Szkoła Obróbki Ściernej. Warszawa 1998, str. 43-46.
30. Filippi A.: An economic analysis of vertical spindle abrasive machining. Ann. CIRP 23/1/1975, pp.97-102.
31. Frank H.: Sicherheit von Scheifkorpen . Industrie-Anzeiger. 1-2/1985.
32. Głagowskij B. A., Moskovenko I.B.: Niskoczastotnyje akusticzeskije metody kontrola w maszinostrojeniu. Maszinostrojenie 1997, str. 208-211.
33. Golisz Tomasz.: Optymalizacja wytrzymałościowa ściernic ortotropowych. Praca doktorska. Łódź 1998.
34. Hahn R.S. Lindsay R.P.: Principles of grinding. Part IV.Machinery 10/1971,pp.124-130
35. Hwang T.W. Evans C.J. Malkin S.: An investigation of high speed grinding with electroplated diamond wheels. CIRP 49/1/2000, pp. 245-248.
36. Inasaki I.: Monitoring and optimisation of internal grinding process. Ann. CIRP 40/1/1991, pp. 355-360.
37. Jankowski E. Skupiński S.: Materiały i wyroby ścierne. WNT. Warszawa. 1971.
38. Kapkowski J.: Podstawy doświadczalnej analizy naprężeń i odkształceń. Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1996.
39. Klocke F. Konig W.: Appropriate conditioning strategies increase the performance capabilities of vitrified-bond CBN grinding wheels. Ann. CIRP 44/1/1995, pp. 305-310.
40. Klocke F. Muller N. Engelhom R.: Mikrokristallines Aluminium-oxid macht CBN Konkurrentz. Industrie-Anzeiger 19/2000, pp. 49-50.
41. Klocke E: High speed grinding-fundamentals and state of the art in Europe, Japan and the USA. Ann. CIRP 46 /2/1997, pp. 715-724.
42. Konig W. Follinger H.: Elasticity modules of grinding wheels and its impact on their in-procces behaviour. Ceramic Forum International 6-7/1987.
43. Kopecki H. Oczoś К.: Wytrzymałość ściernic do szlifowania szybkościowego. Propozycja metody obliczania wytrzymałości ściernic przy nieliniowo-sprężystej charakterystyce materiału. Przegląd Mechaniczny. Zeszyt 17/1972, str. 524-526.
44. Koziarski A. Bogołębski J. Fiks W. Urbaniak M.: Kompleksowa metoda oceny własności użytkowych ściernic. Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń. 4/1984, str. 39-61.
45. Koziarski A. Bogołębski J. Fiks W.: Metoda oceny własności skrawnych ściernic. V Konferencja PAN. Łódź 1988, str. 146-150.
46. Koziarski A. Jaroniek M.: Measurement method of grinding wheel's material strength properties. Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń 23/1999, str. 43-60.
47. Koziarski A.: Podstawy teoretyczne i doświadczalne metod projektowania oraz badania wytrzymałości ściernic. Sprawozdanie z PB7 T07 DO 1409. Łódź 1998.
48. Lech T.: Stability of the spindle supported in high stiffness qas bearings. Zeszyty Naukowe nr 860 PŁ Łódź 2000, str. 153-160.
49. Lewandowski D.: Model symulacyjny łożyska aerostatycznego. Zeszyty Naukowe nr 860 PŁ Łódź 2000, str. 139-152.
50. Lichung L. Jizai F. Peklenik J.: A study of grinding force mathematical model. Ann. CIRP 29/1/1980, pp. 245-250.
51. Lindsay R.P.: The effect of contact time on forces, wheel wear rate and G-ratio during internal and external grinding. Ann. CIRP 33/1/1984, pp. 193-198.
52. Lipka J.: Wytrzymałość maszyn wirnikowych. WNT. Warszawa 1967.
53. Maslov E.N.: Teorija ślifovania materialov. Moskva. Masinostr 1974.
54. Minkę E. Brinksmeier E. : The use of conventional grinding wheel in high-performance grinding processes. Proc. 1st Int. Machining and Grinding Conference. Dearborn, USA, 1995.
55. Nakayama К. Shaw M.C.: Study of the finish produced in surface grinding. Part 2. Proc. Inst. Mech. Eng. 1967-1968.
56. Neimitz A.: Dynamika wzrostu pęknięć. Politechnika Świętokrzyska. Monografia. Kielce 1994.
57. Niezgodziński M.E. Niezgodziński T.: Wytrzymałość materiałów. PWN. Warszawa 1998.
58. Oczoś K. Porzycki J.: Szlifowanie-podstawy i technika. WNT. Warszawa 1986.
59. Oczoś K.: Anałiza procesu i metody pomiaru zużycia pojedynczych ziarn ściernych i ściernic. Rozprawy nr 4. Wyd. Pol. Rzesz. 1975.
60. Oczoś K.: Charakterystyka trendów rozwojowych szlifowania ściernicowego. Sekcja Podstaw Technologii Komitetu Budowy Maszyn PAN, XXIII Naukowa Szkoła Obróbki Ściernej. Rzeszów - Myczkowce 2000, str. 13-62.
61. Oczoś K.: Postęp w obróbce skrawaniem. Obróbka na sucho i ze zminimalizowanym smarowaniem. Mechanik, 71/5-6/1998, str. 307-318.
62. Oczoś K.: Światowa Wystawa Obrabiarek EMO 99 w Paryżu. Cz. III. Obrabiarki i narzędzia do obróbki ściernej. Mechanik, 72/11/1999,str. 697-705.
63. Ono K.: Analysis on the grinding force. Bull. Jap. Soc. Grind. Eng. 1/1961, pp. 46-50.
64. Orłoś Z.: Doświadczalna analiza odkształceń i naprężeń. PWN. Warszawa 1977.
65. PN-91/M-59101- Narzędzia ścierne spojone.
66. PN-92/M-01002/05 -Terminologia podstawowa w procesach szlifowania ściernicami.
67. PN-EN 12413: 2000 - Warunki bezpieczeństwa dla narzędzi ściernych spojonych.
68. Przybył R.: Przykłady współczesnych zastosowań łożysk hydrostatycznych. Zeszyty Naukowe nr 860 PŁ. Łódź 2000, str. 9-22.
69. Salje E. Damlos H.: Schleifscheibenverschleiss beim Profilplanschleifen. VDI Z. 4/1983.
70. Salje E. Xu Fung Pu. Damlos H.: Dimensionslose Kenngrossen zur Beschreibung des Schleifscheibenverschleisses. VDI Z. 3/1984/1971, pp. 19-23.
75. Siemieniec A.: Elastooptyka. Skrypt Nr 504 AGH, Kraków 1975.
76. Timoshenko S. Goodier J.N.: Teoria sprężystości. Arkady, 1962.
77. Tittles E.: Moglichkeiten zur Verbesserung Der Schleifkorperprufung Durch Bruchmechanische Erkenntnisse. Scientific Society of Mechanical Engineers. Intergrind, Budapeszt 1988, pp. 334-343.
78. Tonshoff H.K. Karpuszewski B. Mandrysch T. Inasaki L: Grinding process achievements and their consequences on machine tools challenges and opportunities. Ann. CIRP 47 /2/1998, pp. 651-668.
79. Vargese B. Pathare S. Gao R. Guo C. Malkin S.: Development of a sensor-integrated „intelligent” grinding wheel for in process monitoring. Ann. CIRP 49/1/2000, pp.231-236.
80. Wang J. Scott W. Zhang L.: Abrasive technology .Proceedings of the Third International Conference on Abrasive Technology. ABTEC ’99.
81. Wamecke G. Barth C.: Optimalization of the dynamic behavior of grinding wheels for grinding of hard and brittle materials using the finite element method. Ann. CIRP 48/1/1999, pp. 261-266.
82. Weinert K. Schneider M.: Simulation of tool-grinding with finite element method. Ann. CIRP 49/1/2000, pp. 253-258.
83. Werner G.: Relation between grinding work and wheel wear in plunge grinding. SME-Paper MR, Dearbon 1975.
84. Xingas A.: Next generation grinding. American Machinist. 143/9/1999, pp.58-64.
85. Yamamoto A.: Effect of clamping pressure on bursting speed of grinding wheel. Bull. Jap. Soc. of Precis. Eng. 17 /1/1983, pp. 47-48.
86. Yeh K. Han R.: Analysis of high-speed rotating disk with variable thickness and inhomogenity. Transactions of ASME- Journal of Applied Mechanics. 61/3/1994, pp. 186-191.
87. Żebrowski H.: Szlifowanie i inne obróbki ścierne. Poradnik Inżyniera „Obróbka skrawaniem”. WNT. Warszawa 1991.
88. Krysiński J.: Łożyskowanie magnetyczne aktywne-zasada działania, własności, przykłady zastosowań. Zeszyty Naukowe PŁ Nr 604 str.189. 1990.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-LOD6-0020-0008