De theorie van het slijpen begrijpen: Belangrijke relaties voor efficiënte metalbewerking

Het doel van de slijptheorie is het vastleggen van de relatie tussen de radiale instelling, de kracht op individuele korrels van het slijpwiel, de snelheid van het slijpwiel, de snelheid van het werkstuk en hun diameters. Figuur 20.5 toont een vergroot gedeelte van het slijpwiel en het werkstuk in contact met elkaar.

Men zal opmerken dat wanneer een slijkkorrel begint te penetreren in het materiaal, zoals bij punt A, de snijdiepte nul is. Deze neemt geleidelijk toe naarmate het wiel en het werkstuk draaien, en bereikt een maximum ergens langs de boog van contact tussen het wiel en het werkstuk.

Aangezien het wiel meestal veel sneller draait dan het werkstuk, ligt het punt van maximum snijdiepte bijna op het moment dat het wiel het werkstuk verlaat. Deze maximum diepte wordt de korreldiepte van het slijpen genoemd (aangeduid met de letter t).

Laat de diameters van het werkstuk en het slijpwiel d en D zijn, en hun oppervlaktesnelheden v en V respectievelijk. Laat T de tijd zijn die een korrel op het slijpwiel nodig heeft om van A naar B te bewegen. Dan is boog AB = V × T.

Tijdens deze tijd kan een punt op het wiel op A alleen tot C bewegen, zoals weergegeven in Figuur 20.5. Nu is boog AC = v × T. De schaduwzone ACB vormt duidelijk de span met zijn maximum dikte CD.

Door de korreldiepte van het slijpen te regelen, kunnen slijpwielen zacht of hard gemaakt worden, door de korreldiepte te verhogen of te verlagen. CD kan ook gevarieerd worden door de werksnelheid of de radiale instelling te veranderen.

Boog AC is een zeer kleine boog en kan als een rechte lijn worden behandeld.

∴ CD = AC sin (α + β) = v × T sin (α + β)

(α en β zijn de hoeken die de contactboog insluiten bij het midden van het wiel en het werkstuk.)

Aangezien er niet één enkele korrel is die de slijactie uitvoert, maar er N aantal korrels per eenheidslengte van de wielomtrek zijn (N kan gemeten worden door het wiel over gerookt glas te rollen en de strepen onder een microscoop te tellen), dan is de maximum spandikte per korrel of korreldiepte van het slijpen:

Uit vergelijking (1) is duidelijk dat de korreldiepte van het slijpen evenredig varieert met de werksnelheid, omgekeerd evenredig met de wielsnelheid en evenredig met sin (α + β).

Hieruit worden de volgende feiten afgeleid met betrekking tot het gedrag van het slijpwiel tijdens het snijden. Deze zijn afgeleid met de aanname dat er slechts één variabele is en de overige factoren constant blijven. In de praktijk moeten deze getemperd worden met andere factoren om bevredigende resultaten te bereiken.

(Omdat de radiale instelling (f) zeer klein is ten opzichte van D en d, kan f² weggelaten worden)

Uit bovenstaande vergelijking is duidelijk dat een afname van de gemiddelde spandikte 't' mogelijk is door verhoging van de wielsnelheid V. De afname van de spandikte leidt tot een betere oppervlakteafwerking, strakkere geometrische toleranties door lagere slijkkrachten, oppervlakte-integriteit en lagere spanningen in het onderdeel.

Al deze voordelen zijn dus mogelijk met een verhoging van de slijpsnelheid, en daarom is er een neiging om zo hoog mogelijke slijpsnelheden te bereiken in precisieslijtoepassingen.

Nu is de kracht op individuele korrels van het slijpwiel evenredig met de oppervlakte van de gevormde span, wat evenredig is met het kwadraat van de korreldiepte van het slijpen;

Uit vergelijking (3) kunnen zeer belangrijke conclusies worden getrokken over het gedrag van het slijpwiel.

De korrels zullen uit het wiel breken als de kracht de bindsterkte overschrijdt; dus uit vergelijking (3) is verhoging van de werksnelheid effectiever in het breken van korrels dan verhoging van de radiale instelling.

Voor een zacht wiel moet V hoog zijn, en voor harde wielen moet v hoog zijn. Ook als D en d bijna gelijk zijn zoals bij inwendig slijpen, is [(D + d)/Dd] ook klein, en daarom zijn zachte wielen vereist. Bij uwendig slijpen waar [(D + d)/Dd] zeer groot is, zal F groter zijn, en daarom zijn harde wielen vereist om de hoge kracht per korrel te compenseren. Op dezelfde manier kunnen uit vergelijkingen (1), (2) en (3) zeer belangrijke conclusies worden afgeleid.

Voor hogere productiviteit moet de materiaalafvoersnelheid hoog zijn. Hiervoor moeten de slijkmiddelen hogere slijkkrachten kunnen weerstaan, langer scherp blijven en breken om nieuwe snijranden te onthullen.

Span/Afmetingen bij vlakken slijpen:

Ongevormde spanlengte l bij vlakken slijpen: l = √(Dd)

Ongevormde spandikte t:

C = aantal snijpunten per eenheidsoppervlakte van de wielomtrek en wordt geschat in het bereik van 0,1 tot 10 per mm²

r = verhouding van spaandikte tot gemiddelde ongevormde spandikte. Het heeft een benaderingswaarde tussen 10 en 20.