سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری، یکی از فرآیندهای ماشین‌کاری سایشی است که از یک چرخ ساینده برای برش استفاده می‌کند. روش سنگ زنی محوری به دلیل توانایی بالا در ایجاد پرداخت‌های ظریف و دستیابی به دقت ابعادی بالا در قطعات فلزی شناخته شده است.
فرآیند سنگ‌زنی چگونه انجام می‌شود؟
در سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری، یک چرخ سنگ‌زنی دوار که از ذرات ساینده تشکیل شده است، به‌عنوان ابزار برشی مینیاتوری عمل می‌کند. هنگام عبور چرخ از سطح قطعه کار، لایه نازکی از ماده حذف شده و به شکل و اندازه مطلوب می‌رسد. این روش برای ماشین‌کاری مواد سخت که سایر روش‌های برش در آن‌ها کمتر مؤثر هستند، بسیار کاربرد دارد. با استفاده از این فرآیند می‌توان سطوح صاف، استوانه‌ای یا مخروطی ایجاد کرد.
اجزای کلیدی در عملیات سنگ‌زنی عبارتند از:
- ماشین سنگ‌زنی: دستگاهی که چرخ ساینده را به حرکت درمی‌آورد.
- قطعه کار: متریالی که تحت فرآیند سنگ‌زنی قرار می‌گیرد.
- مایع خنک‌کننده: برای کاهش آسیب‌های حرارتی ناشی از گرمای تولیدشده حین عملیات استفاده می‌شود.
تاریخچه و تکامل فناوری سنگ‌زنی
سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری قدمتی طولانی دارد و در ابتدا به‌عنوان روشی دستی برای تیز کردن ابزارها و شکل‌دهی اجسام به کار می‌رفت. اولین ماشین‌های سنگ‌زنی کاملاً دستی بودند و به مهارت و تلاش فیزیکی زیادی نیاز داشتند.
تحولات کلیدی در صنعت سنگ‌زنی:
- قرن نوزدهم: ظهور سنگ‌زنی مدرن با توسعه ماشین‌آلات پیشرفته‌تر آغاز شد.
- اواخر دهه ۱۸۰۰: ماشین‌های سنگ‌زنی برقی معرفی شدند که دقت و کارایی این فرآیند را به‌شدت افزایش دادند.
- اوایل قرن بیستم: توسعه آسیاب استوانه‌ای، دقت بالاتری در سنگ‌زنی قطعات فراهم کرد.
- امروزه: فناوری CNC (کنترل عددی کامپیوتری) باعث افزایش دقت، خودکارسازی و بهبود کیفیت در عملیات سنگ‌زنی شده است.
مراحل فرآیند سنگ‌زنی
سنگ‌زنی شامل چند مرحله عملیاتی است که هرکدام برای دستیابی به دقت و پرداخت سطحی مطلوب اهمیت دارند:
- انتخاب چرخ سنگ‌زنی: بسته به جنس قطعه کار و نوع سنگ‌زنی، چرخ مناسب انتخاب می‌شود.
- تنظیم ماشین: تنظیم سرعت چرخ و نرخ تغذیه بر اساس نوع فرآیند سنگ‌زنی.
- نصب قطعه کار: قطعه کار روی دستگاه به‌طور ایمن تثبیت می‌شود.
- اجرای عملیات سنگ‌زنی: چرخ ساینده با سطح قطعه تماس گرفته و مواد را به‌طور کنترل‌شده حذف می‌کند.
- استفاده از مایع خنک‌کننده: برای کاهش گرمای تولیدشده و جلوگیری از تغییرات متالورژیکی قطعه.
- بررسی نهایی: کنترل کیفیت سطح نهایی و انجام اصلاحات لازم.
اجزای ماشین سنگ‌زنی
یک دستگاه سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری شامل بخش‌های مختلفی است که هرکدام نقشی کلیدی در فرآیند دارند:
- چرخ سنگ‌زنی: ساخته‌شده از دانه‌های ساینده که توسط چسب به هم متصل شده‌اند.
- سر چرخ: بخشی که چرخ ساینده را نگه‌داشته و به حرکت درمی‌آورد.
- میز دستگاه: محل قرارگیری قطعه کار که امکان حرکت دقیق آن را فراهم می‌کند.
- سیستم خنک‌کننده: برای کنترل گرما و حذف ضایعات سنگ‌زنی استفاده می‌شود.
- پنل کنترل: تنظیم پارامترهای عملیات، مانند سرعت و نرخ تغذیه.
- ابزارهای نگهدارنده قطعه: برای تثبیت و جلوگیری از لرزش قطعه کار.
- محافظ‌های ایمنی: برای جلوگیری از آسیب‌های ناشی از ذرات پرتاب‌شده حین کار.
مشخصات فنی در سنگ‌زنی
چندین عامل فنی بر کیفیت و کارایی عملیات سنگ‌زنی تأثیر دارند:
۱. انتخاب چرخ سنگ‌زنی
نوع چرخ ساینده تأثیر مستقیمی بر کیفیت پرداخت و دقت ابعادی دارد:
- اکسید آلومینیوم: مناسب برای فولاد و آلیاژهای فلزی.
- سیلیکون کاربید: مناسب برای چدن و فلزات غیرآهنی.
- نیترید بور مکعبی (CBN): ایده‌آل برای فولادهای ابزار و آلیاژهای سخت.
- چرخ‌های الماسی: برای سنگ‌زنی مواد فوق‌سخت مانند سرامیک و کاربید.
۲. سرعت چرخ سنگ‌زنی
سرعت چرخش چرخ تأثیر مستقیمی بر نرخ حذف مواد و دمای تولیدشده دارد. سرعت‌های بالاتر معمولاً موجب کاهش زمان عملیات می‌شوند اما ممکن است منجر به افزایش دما و آسیب حرارتی شوند.
۳. نرخ خوراک
سرعت ورود قطعه کار به چرخ سنگ‌زنی بر کیفیت سطح نهایی تأثیرگذار است. نرخ تغذیه بالا باعث افزایش نرخ حذف مواد می‌شود اما ممکن است دقت را کاهش دهد.
۴. استفاده از خنک‌کننده‌ها
مایعات خنک‌کننده علاوه بر کاهش گرما، سطح تماس بین چرخ و قطعه را روان‌کاری کرده و ذرات ساینده را از سطح قطعه پاک می‌کنند.
۵. تنظیم و اصلاح چرخ سنگ‌زنی
با گذشت زمان، چرخ سنگ‌زنی ممکن است دچار سایش یا تغییر شکل شود. فرآیندهای “پانسمان” و “تراشیدن” برای حفظ کارایی و دقت چرخ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع فرآیندهای سنگ‌زنی
بسته به نوع قطعه کار و هدف نهایی، روش‌های مختلفی در سنگ‌زنی مورد استفاده قرار می‌گیرند:
سنگ‌زنی سطحی (Surface Grinding)
- برای ایجاد سطوح صاف و پرداخت‌شده
- معمولاً روی دستگاه‌های سنگ‌زنی سطحی انجام می‌شود
- چرخ ساینده به‌صورت عمودی یا افقی حرکت می‌کند
سنگ‌زنی استوانه‌ای (Cylindrical Grinding)
- برای پرداخت سطوح خارجی استوانه‌ای و مخروطی
- دقت بسیار بالا در تولید شفت‌ها، بلبرینگ‌ها و قطعات مشابه
سنگ‌زنی بدون مرکز (Centerless Grinding)
- بدون نیاز به نگهدارنده قطعه کار
- دقت بالا و سرعت فرآیند بیشتر نسبت به سایر روش‌ها
سنگ‌زنی داخلی (Internal Grinding)
- برای سنگ‌زنی سوراخ‌های داخلی در قطعات صنعتی
- کاربرد در تولید بلبرینگ‌ها، بوشینگ‌ها و قطعات هیدرولیکی
تکنیک‌های مختلف مورد استفاده در فرآیند سنگ‌زنی
در بررسی فرآیند سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری، لازم است بین تکنیک‌های به‌کاررفته و انواع ماشین‌های سنگ‌زنی تفاوت قائل شویم. تکنیک‌های سنگ‌زنی به روش‌ها و رویکردهایی اشاره دارند که در طول عملیات اعمال می‌شوند تا نتیجه مطلوب حاصل شود.
انتخاب روش مناسب به عواملی مانند جنس قطعه کار، میزان پرداخت سطح مورد نیاز و الزامات خاصی همچون دقت و سرعت بستگی دارد. در ادامه، برخی از تکنیک‌های کلیدی در سنگ‌زنی بررسی شده و تفاوت‌های آن‌ها در کاربرد و نتایج تشریح می‌شود.
سنگ‌زنی خشک
در روش سنگ‌زنی خشک، عملیات بدون استفاده از مایعات خنک‌کننده یا روان‌کننده انجام می‌شود. این تکنیک معمولاً زمانی به کار می‌رود که افزایش دما در حین فرآیند نگرانی خاصی ایجاد نکند یا ماده مورد نظر به مایعات حساس باشد.
نبود مایع خنک‌کننده می‌تواند باعث افزایش سایش چرخ سنگ‌زنی شود، اما در برخی موارد، مانند زمانی که قطعه کار نسبت به اکسیداسیون یا واکنش شیمیایی با مایعات حساس است، این روش مزیت دارد.
سنگ‌زنی مرطوب
برخلاف روش خشک، در سنگ‌زنی مرطوب از خنک‌کننده یا روان‌کننده در طول عملیات استفاده می‌شود. این تکنیک به کاهش حرارت تولیدشده در حین سنگ‌زنی کمک کرده و از بروز آسیب‌های حرارتی جلوگیری می‌کند.
استفاده از مایعات خنک‌کننده نه‌تنها موجب افزایش طول عمر ابزارهای سنگ‌زنی می‌شود، بلکه به شست‌وشوی ذرات و جلوگیری از مسدود شدن چرخ سنگ‌زنی نیز کمک می‌کند، که در نتیجه کیفیت سطح بالاتری حاصل می‌شود.
سنگ‌زنی خشن
همان‌طور که از نام آن پیداست، سنگ‌زنی خشن در مرحله اولیه فرآیند برای حذف سریع مقادیر زیادی از مواد استفاده می‌شود.
این تکنیک بیشتر بر کارایی حذف مواد تمرکز دارد تا دقت، و معمولاً به‌عنوان اولین مرحله در یک فرآیند چندمرحله‌ای به کار گرفته شده و با تکنیک‌های سنگ‌زنی دقیق‌تر دنبال می‌شود.
سنگ‌زنی با سرعت بالا
در این روش، چرخ سنگ‌زنی با سرعت بسیار بالاتر از روش‌های سنتی می‌چرخد و باعث افزایش دقت و کیفیت سطح می‌شود.
بااین‌حال، برای اجرای این تکنیک به تجهیزات ویژه‌ای نیاز است که بتوانند سرعت‌های بالا را بدون ایجاد لرزش یا مشکلات دیگر کنترل کنند.
سنگ‌زنی ارتعاشی
در سنگ‌زنی ارتعاشی، قطعه کار به همراه محیط ساینده درون یک ظرف ارتعاشی قرار می‌گیرد. ارتعاش باعث می‌شود که ذرات ساینده به‌صورت یکنواخت روی سطح قطعه کار حرکت کرده و یک سطح صیقلی و صاف ایجاد کنند.
این روش معمولاً برای پرداخت نهایی و حذف زبری‌های سطحی استفاده شده و در شکل‌دهی قطعه کاربرد زیادی ندارد.
سنگ‌زنی بلانچارد
این تکنیک که به‌عنوان سنگ‌زنی سطحی چرخشی نیز شناخته می‌شود، شامل استفاده از یک دوک عمودی و یک میز مغناطیسی دوار است.
سنگ‌زنی بلانچارد به‌طور خاص برای حذف سریع مقادیر زیاد مواد از سطح قطعات بزرگ کارآمد بوده و اغلب در صنعت ساخت قطعات فلزی استفاده می‌شود.
سنگ‌زنی فوق دقیق
سنگ‌زنی فوق دقیق برای دستیابی به پرداخت‌های بسیار ظریف و ابعاد دقیق در حد نانومتر به کار می‌رود.
این روش از ماشین‌آلات تخصصی با تحمل بسیار بالا استفاده کرده و معمولاً شامل کنترل دقیق دما و لرزش برای جلوگیری از ایجاد نقص در سطح قطعه است.
سنگ‌زنی الکتروشیمیایی (ECG)
این روش ترکیبی از ماشین‌کاری الکتروشیمیایی و سنگ‌زنی معمولی است. در این فرآیند، چرخ سنگ‌زنی همراه با یک مایع الکترولیتی به کار گرفته می‌شود که از طریق انحلال آندی، مواد را حذف می‌کند.
این تکنیک برای سنگ‌زنی مواد سخت و حساس به دما بسیار مؤثر بوده و باعث کاهش میزان حرارت تولیدشده می‌شود، که آن را برای قطعات با دیواره‌های نازک مناسب می‌کند.
سنگ‌زنی پروفیل
در این روش، از یک چرخ سنگ‌زنی باریک برای ایجاد اشکال پیچیده در سطح قطعه کار استفاده می‌شود. این فرآیند مشابه عملیات تراشکاری بوده و دقت بالایی را در فرم‌دهی قطعات تأمین می‌کند.
سنگ‌زنی پروفیل معمولاً در صنعت ابزارسازی و قالب‌سازی برای ایجاد طرح‌های دقیق روی قطعات فلزی استفاده می‌شود.
سنگ‌زنی برودتی
در این تکنیک، قطعه کار با استفاده از نیتروژن مایع یا سایر مواد خنک‌کننده تا دمای بسیار پایین سرد می‌شود.
خنک‌سازی شدید باعث می‌شود که موادی که معمولاً سخت و انعطاف‌پذیر هستند، شکننده‌تر شده و راحت‌تر سنگ‌زنی شوند. این روش به‌ویژه برای سنگ‌زنی پلاستیک‌ها، لاستیک‌ها و برخی فلزات که در دمای پایین ترد می‌شوند، مناسب است.
مواد مورد استفاده در فرآیند سنگ‌زنی
فرآیندهای سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری، می‌توانند برای طیف وسیعی از مواد اعمال شوند. هر ماده نیازمند انتخاب مناسب چرخ سنگ‌زنی، سرعت و روش اجرایی است تا نتیجه مطلوب از نظر پرداخت سطح و دقت حاصل شود.
فلزات
فلزات از رایج‌ترین موادی هستند که در فرآیندهای سنگ‌زنی مورد استفاده قرار می‌گیرند:
- فولاد: به دلیل استحکام و دوام بالا در صنایع خودروسازی، هوافضا و ابزارسازی به کار می‌رود.
- آلومینیوم: سبک و مقاوم، کاربرد گسترده‌ای در قطعات خودرو و هوافضا دارد.
- برنج و مس: اغلب در قطعات الکتریکی و تزئینی استفاده می‌شوند.
- تیتانیوم: به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، در صنایع هوافضا و پزشکی به کار می‌رود.
- آلیاژهای نیکل: در محیط‌های با دمای بالا مانند موتورهای جت استفاده می‌شوند.
- آهن: در طیف وسیعی از محصولات، از ظروف چدنی تا قطعات ماشین‌آلات، کاربرد دارد.
- فلزات گران‌بها (طلا و نقره): معمولاً در جواهرات و قطعات الکترونیکی استفاده می‌شوند.
سرامیک‌ها
سرامیک‌ها به دلیل سختی بالا و مقاومت در برابر حرارت، سنگ‌زنی آن‌ها چالش‌برانگیز است:
- آلومینا (اکسید آلومینیوم): به‌عنوان ماده‌ای مقاوم در بسترهای الکترونیکی و همچنین در چرخ‌های سنگ‌زنی استفاده می‌شود.
- کاربید سیلیکون: بسیار سخت بوده و در سیستم‌های ترمز و کلاچ خودرو کاربرد دارد.
- زیرکونیا: به دلیل زیست‌سازگاری در پزشکی و دندانپزشکی استفاده می‌شود.
- چینی: در تولید عایق‌های الکتریکی و ظروف غذاخوری به کار می‌رود.
مواد سخت شده
این دسته شامل فلزاتی است که تحت عملیات حرارتی قرار گرفته‌اند تا سختی آن‌ها افزایش یابد:
- فولاد سخت‌شده: در قطعاتی مانند چرخ‌دنده‌ها و شفت‌ها استفاده می‌شود.
- کاربید تنگستن: برای ساخت ابزارهای برش و قطعات مقاوم در برابر سایش کاربرد دارد.
- سوپرآلیاژها: در پره‌های توربین و سایر محیط‌های با دمای بالا استفاده می‌شوند.
پلاستیک‌ها و پلیمرها
با وجود اینکه سنگ‌زنی پلاستیک‌ها رایج نیست، اما در برخی کاربردهای خاص انجام می‌شود:
- اکریلیک: در تولید لنزها و علائم تبلیغاتی به کار می‌رود.
- پلی‌اتیلن: در بسته‌بندی و ساخت ظروف پلاستیکی استفاده می‌شود.
- پلی‌کربنات: به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه، در تولید عینک‌های ایمنی و محافظ کاربرد دارد.
هر یک از این مواد ویژگی‌های خاص خود را دارند که در انتخاب تکنیک و تجهیزات مناسب برای سنگ‌زنی نقش تعیین‌کننده‌ای دارند.
سنگ‌زنی سطحی و سنگ زنی محوری، یکی از فرآیندهای کلیدی در صنعت تولید است که دقت بالا و پرداخت سطحی مطلوبی را فراهم می‌کند. این روش از دوران باستان تاکنون تکامل‌یافته و با ورود فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند کنترل عددی کامپیوتری (CNC)، به ابزاری حیاتی در صنایع مختلف تبدیل شده است. انتخاب صحیح چرخ ساینده، تنظیم سرعت و نرخ خوراک، استفاده از خنک‌کننده‌ها و رعایت اصول ایمنی از جمله مواردی هستند که در بهبود عملکرد سنگ‌زنی نقش مهمی دارند.
شرکت پارس کروم با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته و تکنسین‌های مجرب، خدمات سنگ‌زنی با دقت بالا را برای انواع قطعات صنعتی ارائه می‌دهد. این شرکت با استفاده از تکنیک‌های مختلف سنگ‌زنی، از جمله سنگ‌زنی خشن، سنگ‌زنی فوق دقیق و سنگ‌زنی الکتروشیمیایی، توانایی پردازش طیف وسیعی از مواد مانند فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم و سرامیک‌های صنعتی را دارد. هدف پارس کروم، ارائه سطحی با کیفیت بالا، دقت ابعادی بی‌نظیر و افزایش طول عمر قطعات است که نیازهای صنایع خودروسازی، هوافضا، پزشکی و سایر بخش‌های صنعتی را برآورده می‌کند.
بدون نظر