ANALIZA MOŻLIWOŚCI ODŚRODKOWEGO CHŁODZENIA METODĄ MQL W PROCESIE SZLIFOWANIA OTWORÓW Krzysztof NADOLNY 1, Michał WOJTEWICZ 2, Walery SIENICKI 2, Daniela HERMAN 3 Streszczenie: Przedstawiono stan wiedzy dotyczącej roli i sposobów doprowadzenia płynu chłodząco smarującego (PCS) do strefy szlifowania. Opisano system odśrodkowego podawania mgły olejowej. Podano rezultaty badań doświadczalnych przeprowadzonych w procesie szlifowania prostoliniowo-zwrotnego otworów. Analizowano okres trwałości ściernicy, chropowatość powierzchni obrobionej, moc szlifowania oraz temperaturę. Słowa kluczowe: MQL, szlifowanie otworów, mikrokrystaliczny korund spiekany, chłodzenie zalewowe Summary: The state of knowledge on the role and how to supply the cooling liquid into the grinding zone were presented. The new system of centrifugal supply of oil mist was described. The results of experimental investigations conducted in the internal cylindrical grinding process were given. The life of wheel, machined surface roughness, grinding power and temperature in the machining zone were analyzed. Key words: MQL, internal cylindrical grinding, microcrystalline sintered corundum, flood cooling 1. WPROWADZENIE Szlifowanie nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych takich jak stopy tytanu, niklu, glinu, magnezu czy kobaltu jest procesem wysokoenergetycznym. Większość energii użytej do procesu usuwana materiału obrabianego zostaje przekształcona w ciepło. Aż 75% ciepła przekazywane jest do wióra, 18% energii zostaje przetworzone w ciepło w miejscu styku wióra z narzędziem, reszta to energia cieplna pochłonięta przez przedmiot obrabiany lub energia przetworzona w ciepło w miejscu styku przedmiotu obrabianego z narzędziem. Wysokie temperatury w strefie obróbki mogą być przyczyną przyspieszonego zużywania się narzędzi ściernych oraz powstawania defektów szlifierskich, takich jak przypalenia materiału obrabianego, zmian jego struktury krystalicznej, zmniejszenia wytrzymałości zmęczeniowej, powstania rys, zniekształceń oraz niedokładności na powierzchni obrobionej, a także zalepiania czynnej powierzchni ściernicy (CPS) wiórami materiału obrabianego [14]. W celu obniżenia temperatury w strefie szlifowania, a tym samym polepszenia właściwości skrawnych narzędzi, stosuje się płyny chłodząco-smarujące (PCS). Jako PCS stosowane są najczęściej różnego rodzaju oleje, emulsje otrzymywane przez 1 Katedra Inżynierii Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Koszalińska, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin, e-mail: krzysztof.nadolny@tu.koszalin.pl 2 Zespół Badawczo-Dydaktyczny Chemii Stosowanej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Koszalińska, ul. Racławicka 15-17, 75-620 Koszalin, e-mail: michal.wojtewicz@tu.koszalin.pl, walery.sienicki@tu.koszalin.pl 3 Zakład Podstaw Nauki o Materiałach i Ceramiki Technicznej, Instytut Technologii i Edukacji, Politechnika Koszalińska, ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin, e-mail: daniela.herman@tu.koszalin.pl - 299 -
zmieszanie olejów z wodą, mikroemulsje, ciecze syntetyczne (otrzymywane na drodze chemicznej), pasty obróbkowe oraz gazy. Rola płynów obróbkowych w procesie szlifowania polega przede wszystkim na chłodzeniu narzędzia ściernego oraz przedmiotu obrabianego, a także na smarowaniu strefy kontaktu wierzchołków skrawających z materiałem obrabianym i wiórem. Ponadto płyny chłodząco-smarujące oczyszczają strefę obróbki z wiórów i innych produktów szlifowania oraz zabezpieczają powierzchnię materiału obrabianego przed korozją. Jednak zastosowanie PCS nie zawsze prowadzi do uzyskania żądanych efektów, ponieważ istotne są również sposób i technika jej doprowadzenia do strefy styku ściernicy z materiałem obrabianym. Bardzo ważnym czynnikiem jest w tym kontekście dążenie do maksymalizacji ilości PCS trafiającego bezpośrednio do strefy szlifowania. Najczęściej stosowanym sposobem podawania PCS jest tzw. metoda zalewowa, polegająca na kierowaniu strugi płynu chłodząco-smarującego, pod niewielkim ciśnieniem ale z dużym wydatkiem, w bezpośrednie sąsiedztwo strefy szlifowania [21]. W przypadku szlifowania otworów, metoda zalewowa nie zapewnia równomiernego podawania PCS, którego skuteczność zmniejsza się wraz z przesuwaniem się ściernicy w głąb otworu. Ponadto tylko niewielka część płynu trafia do strefy obróbki, co powoduje, że stopień wykorzystania właściwości PCS jest niewielki. Istnieje wiele bardziej skutecznych metod podawania chłodziwa do strefy szlifowania, takich jak zastosowanie dysz trzewikowych, dysz strumieniowo-ciśnieniowych oraz dysz rozpylających, w tym również metody MQL [2, 4, 7, 15, 19]. Jednak ze względu na niewielkie gabaryty ściernicy i ograniczony obszar roboczy nie były one do tej pory stosowane w procesach szlifowania otworów. Możliwe jest jednak stosowanie systemów odśrodkowego doprowadzenia chłodziwa poprzez trzpień oraz pory ściernicy lub ukształtowane w niej specjalnie kanały, bezpośrednio do strefy szlifowania [2, 6, 8, 10, 12, 13, 16, 18, 20]. 2. SZLIFOWANIE Z MINIMALNYM WYDATKIEM PCS Z uwagi, że koszty związane z wykorzystaniem płynów obróbkowych, które stanowią 16,9% całkowitych kosztów produkcyjnych (uwzględniając zakup PCS, ich użytkowanie i utylizację) [1] oraz rosnące wymogi dotyczące ochrony środowiska, coraz częściej poszukuje się nowych rozwiązań stanowiących alternatywę dla konwencjonalnych metod podawania płynów chłodząco-smarujących. Celem tych prac jest zaproponowanie metod korzystniejszych ekonomiczne oraz bardziej przyjaznych środowisku, a jednocześnie sprzyjających wzrostowi wydajności, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości warstwy wierzchniej obrabianych przedmiotów [3, 9]. Jednym z możliwych do zastosowania rozwiązań jest realizacja funkcji smarnej przez substancje w stanie stałym, takie jak grafit, siarczek molibdenu - 300 -
(IV), różnego rodzaju silikony, siarka, parafina, żywice i inne, które określane są jako impregnaty lub wypełniacze, w zależności od tego na jakim etapie produkcji zostały wprowadzone w strukturę ściernicy [5, 11]. Coraz częściej stosuje się także metodę MQL (ang. minimum quantity lubrication). Polega ona na doprowadzeniu do strefy szlifowania płynu chłodząco-smarującego w postaci aerozolu (mgły olejowej). Pozwala to na znaczną redukcję wydatku PCS przy zachowaniu dużej skuteczności realizacji funkcji smarnej. Jednakże spotykane dotychczas w literaturze kierunkowej przykłady stosowania tej metody [3, 4, 7, 14, 15, 19, 21], dotyczą podawania aerozolu metodą MQL punktowo, co znacznie ogranicza jej użycie, ponieważ wymaga swobodnego dojścia do strefy szlifowania, które występuje np. w procesach szlifowania powierzchni płaskich i powierzchni walcowych zewnętrznych. Nie można natomiast zastosować tego rozwiązania w opisywanej formie do obróbki wewnętrznych powierzchni walcowych, charakteryzującej się długą drogą styku ściernicy z materiałem obrabianym oraz bardzo ograniczoną przestrzenią wokół ściernicy. Problem ten skłonił autorów do opracowania innowacyjnej metody podawania płynu chłodząco-smarującego metodą MQL. 3. SYSTEM ODŚRODKOWEGO PODAWANIA MGŁY OLEJOWEJ DO STREFY SZLIFOWANIA Innowacyjność zaproponowanego rozwiązania polega na podawaniu mgły olejowej odśrodkowo, od wewnątrz specjalnego trzpienia szlifierskiego przez ściernicę, z użyciem sześciodyszowej głowicy dookólnej ZR-K 360 (rys. 1). a) Zawór powietrza Mocowanie dyszy Sześciodyszowa głowica dookólna MQL typu ZR-K 360 PCS (olej) Sprężone powietrze Pręt prowadzący c) Nakrętka Miejsce osadzenia ściernicy b) Głowica dookólna MQL Trzpień szlifierski Rys. 1. System odśrodkowego podawania mgły olejowej do ściernicy małogabarytowej: a) elementy składowe standardowego zestawu MQL wyposażonego w dookólną głowicę typu ZR-K 360 ; b) sposób podawania mgły olejowej poprzez głowicę sześciodyszową; c) widok głowicy MQL umieszczonej wewnątrz trzpienia szlifierskiego - 301 -
Mocowanie głowicy ZR-K 360 zostało tak zmodyfikowane, aby umożliwić jej przemieszczanie wraz z ruchem posuwowym ściernicy. Natomiast przewody doprowadzające sprężone powietrze oraz olej poprowadzone zostały wewnątrz wrzeciona przedmiotu obrabianego, do czoła ściernicy, w sposób pokazany na rysunku 2. a) Przedmiot obrabiany Sprężone powietrze b) Uchwyt głowicy ZR-K 360 Olej Ściernica Trzpień szlifierski Sześciodyszowa głowica ZR-K 360 Mgła olejowa c) Chłodzenie metodą MQL d) PCS podawany metodą zalewową Q PCS = 80 ml/h Q PCS = 5,0 l/min Rys. 2. Widok systemu odśrodkowego podawania mgły olejowej po zamontowaniu na stanowisku badawczym: a) widok obszaru roboczego szlifierki; b) sposób zamocowania głowicy ZR-K 360 ; c) widok strefy obróbki przy zastosowaniu systemu odśrodkowego doprowadzenia mgły olejowej; d) widok strefy obróbki przy podaniu PCS metodą zalewową 4. BADANIA DOŚWIADCZALNE Celem badań doświadczalnych było wyznaczenie wpływu zastosowania systemu odśrodkowego podawania mgły olejowej do strefy obróbki na okres trwałości ściernicy w procesie szlifowania prostoliniowo-zwrotnego walcowych powierzchni wewnętrznych. Uzyskane wyniki doświadczeń odniesiono do rezultatów badań przeprowadzonych ściernicą referencyjną, przy tych samych parametrach obróbkowych, z tą różnicą, że PCS podawany był metodą zalewową. Poniżej przedstawiono metodykę badań oraz ich wyniki z podziałem na rejestrowane efekty procesu szlifowania. - 302 -
4.1. METODYKA BADAŃ Badania przeprowadzono na stanowisku wyposażonym w szlifierkę uniwersalną RUP-28P. Proces szlifowania prostoliniowo-zwrotnego prowadzono z użyciem ściernic z ziarnami mikrokrystalicznego korundu spiekanego i spoiwem szklano-krystalicznym, o oznaczeniu technicznym: 1-35 20 26-SG/F46K7VTO. Ściernice te wykonane zostały w Zakładzie Podstaw Nauki o Materiałach i Ceramiki Technicznej Instytutu Technologii i Edukacji Politechniki Koszalińskiej. Szlifowano walcowe powierzchnie wewnętrzne pierścieni wykonanych ze stopu Inconel alloy 600. W tabeli 1 przedstawiono charakterystykę warunków szlifowania. Tab. 1. Charakterystyka warunków szlifowania Proces Szlifierka Ściernica Obciągacz i parametry kondycjonowania ściernicy Szlifowania prostoliniowo-zwrotne walcowych powierzchni wewnętrznych Szlifierka uniwersalna RUP-28P, Zakłady Mechaniczne Tarnów SA 1-35 20 26-SG/F46K7VTO Jednoziarnisty obciągacz diamentowy o masie Q d = 1.25 kr n sd = 12 000 obr./min, v fd = 10 m/s, a d = 0,0125 mm Parametry szlifowania v s = 40 m/s, v w = 0,67 m/s, v fa = 30,0 mm/s, a e = 0,0075 mm, a e całk = 0,10 mm, t s = 80 s; Q w = 5,24 mm 3 /s Przedmiot obrabiany Inconel alloy 600 Sposób podawania PCS Odśrodkowy MQL Chłodzenie zalewowe Ciśnienie robocze PCS Ciśnienie powietrza: 8,0 bar 1,2 bar Płyn chłodząco-smarujący (PCS) Olej mineralny VG-48 5% wodny roztwór oleju Castrol Syntilo RHS Wydatek PCS Q PCS = 80 ml/h Q PCS = 5,0 l/min W trakcie badań rejestrowano moc szlifowania oraz zużycie objętościowe ściernicy a po ich zakończeniu określono parametry chropowatości powierzchni obrobionej z użyciem profilometru stykowego Hommel-Tester T8000 firmy Hommelwerke GmbH. Dodatkowo, w celu określenia wpływu sposobu podawania PCS do strefy szlifowania na temperaturę ściernicy i przedmiotu obrabianego, zarejestrowano termogramy obszaru roboczego za pomocą kamery termowizyjnej Testo 890 firmy Testo AG. 4.2. OKRES TRWAŁOŚCI ŚCIERNICY Wyniki przeprowadzonych badań doświadczalnych wykazały, że dla przyjętych warunków obróbki, okres trwałości ściernicy przy zastosowaniu systemu odśrodkowego doprowadzenia mgły olejowej do strefy szlifowania zakończył się przy obróbce 23. otworu, co odpowiadało usunięciu ogółem 7226 cm 3 materiału obrabianego. W przypadku ściernicy referencyjnej, którą szlifowano przy zastosowaniu chłodzenia zalewowego, okres trwałości zakończył się przy obróbce 13. otworu, co odpowiadało usunięciu 4084 cm 3 materiału obrabianego. Jako kryterium określające zakończenie - 303 -
okresu trwałości badanych ściernic przyjęto przekroczenie granicznej wartości mocy szlifowania, wynoszącej P gr = 500 W, określonej w badaniach rozpoznawczych. Na rysunku 3 zamieszczono wykresy przedstawiające wartości ubytku materiału V w, zużycia objętościowego ściernicy V s oraz wskaźnika szlifowania G = V w / V s, wyznaczone dla ściernicy eksploatowanej z użyciem metody MQL oraz ściernicy referencyjnej. a) b) c) Vw, mm 3 Vs, mm 3 G Parametry szlifowania: v s = 40 m/s; vw = 0,67 m/s; 3 vfa = 30,0 mm/s; ae całk = 0,10 mm; Qw = 5,24 mm /s Ściernica: 1-35 20 26-SG/F46K7VTO Przedmiot obrabiany: pierścienie ze stopu Inconel alloy 600 Szlifowanie z użyciem systemu odśrodkowego podawania mgły olejowej PCS doprowadzony metodą zalewową Rys. 3. Parametry opisujące okres trwałości badanych ściernic: a) ubytek materiału V w ; b) zużycie objętościowe ściernicy V s ; c) wskaźnik szlifowania G = V w / V s Uzyskane wyniki badań wskazują na znacznie korzystniejsze warunki w strefie styku aktywnych ziaren ściernych z materiałem obrabianym w przypadku odśrodkowego doprowadzenia mgły olejowej przez pory ściernicy. Pomimo znacznie mniejszego wydatku PCS zanotowano niemal dwukrotne wydłużenie okresu trwałości ściernicy oraz, co bardzo istotne, ponadtrzykrotne zmniejszenie jej zużycia objętościowego (rys. 3b). W efekcie wartość wskaźnika szlifowania G była aż sześciokrotnie większa dla ściernicy wspomaganej systemem MQL. 4.3. CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI OBROBIONEJ Najważniejszym celem realizacji procesu szlifowania jest uzyskiwanie powierzchni o niewielkiej chropowatości. W przypadku zastosowania chłodzenia mgłą olejową chropowatość wszystkich ukształtowanych powierzchni, wyrażona parametrem Ra, nie przekroczyła wartości 0,63 µm (rys. 4a), przy czym wartość średnia wyniosła Ra śr = 0,49 µm (rys. 4b). Chropowatość powierzchni uzyskanych po obróbce z zastosowaniem chłodzenia zalewowego była nieco większa (Ra śr = 0,56 µm) a od pierścienia nr 11 parametr Ra był równy lub większy od wartości granicznej dla szlifowania, wynoszącej 0,63 µm. - 304 -
a) b) σ = 0,07 σ = 0,13 Liczba przeszlifowanych pierścieni Parametry szlifowania: v s = 40 m/s vw = 0,67 m/s Szlifowanie z użyciem systemu odśrodkowego vfa = 30,0 mm/s podawania mgły olejowej ae całk = 0,10 mm 3 PCS doprowadzony Qw = 5,24 mm /s metodą zalewową Ściernica: 1-35 20 26-SG/F46K7VTO Przedmiot obrabiany: pierścienie ze stopu Inconel alloy 600 Rys. 4. Zmiany wartości średniego arytmetycznego odchylenia profilu chropowatości Ra dla ściernicy z systemem odśrodkowego doprowadzenia mgły olejowej i ściernicy referencyjnej PCS doprowadzony metodą zalewową (a) oraz wartość średnia Ra śr wraz z odchyleniem standardowym σ (b) Przeprowadzone pomiary chropowatości nie wykazały wyraźnego wpływu sposobu podawania PCS na jakość powierzchni obrobionych. Nieco większa wartość średnia oraz wartość odchylenia standardowego wartości średniej parametru Ra, wyznaczona dla szlifowania z chłodzeniem metodą zalewową wynika ze znacznego pogorszenia chropowatości ukształtowanej na powierzchni ostatnich dwóch otworów. 4.4. MOC SZLIFOWANIA Kolejnym rejestrowanym parametrem, określającym warunki w strefie obróbki, była moc szlifowania P. Na rysunku 5a zamieszczono wykres prezentujący zmiany jej wartości, w kolejnych przejściach roboczych, dla ściernicy z systemem odśrodkowego doprowadzenia mgły olejowej i ściernicy referencyjnej. Zauważyć na nim można nieco wyższe wartości mocy w przypadku zastosowania chłodzenia zalewowego, co wyrażone zostało większą o około 20% wartością średnią P śr = 372,31 W (rys. 5b). Na uwagę zasługuje również znaczący rozrzut wartości mocy w przypadku obu sposobów podawania PCS. Odchylenie standardowe, stanowiące miarę rozrzutu, wyniosło 28% wartości średniej dla ściernicy pracującej z systemem MQL oraz 27% przy chłodzeniu zalewowym (rys. 5b). - 305 -
a) Graniczna wartość P ( P gr = 500 W) b) σ = 87,72 σ = 102,84 Parametry szlifowania: Liczba przeszlifowanych pierścieni v s = 40 m/s vw = 0,67 m/s Szlifowanie z użyciem systemu odśrodkowego vfa = 30,0 mm/s podawania mgły olejowej ae całk = 0,10 mm 3 PCS doprowadzony Qw = 5,24 mm /s metodą zalewową Ściernica: 1-35 20 26-SG/F46K7VTO Przedmiot obrabiany: pierścienie ze stopu Inconel alloy 600 Rys. 5. Zmiany wartości mocy szlifowania P dla ściernicy z systemem odśrodkowego doprowadzenia mgły olejowej i ściernicy referencyjnej PCS doprowadzony metodą zalewową (a) oraz wartość średnia mocy szlifowania P śr wraz z odchyleniem standardowym σ (b) 4.5. TEMPERATURA W OBSZARZE ROBOCZYM Ze względu na podstawową rolę PCS, polegającą na odbieraniu ciepła ze strefy szlifowania, szczególną uwagę poświęcono określeniu wpływu zmiany sposobu doprowadzenia chłodziwa na temperaturę przedmiotu obrabianego oraz ściernicy. Przy analizie zarejestrowanych termogramów przyjęto następujące wartości współczynników emisyjności, charakteryzujących ilość energii emitowanej z obiektu w stosunku do ilości wypromieniowywanej przez ciało czarne: ε = 0,94 dla ściernicy przyjęto wartość podawaną w literaturze jako właściwą dla Al 2 O 3 oraz szkła [17]; ε = 0,19 dla przedmiotu obrabianego przyjęto wartość współczynnika odpowiadającą powierzchni stopu Inconel po szlifowaniu [17]. Na rysunku 6 zamieszczono przykładowe termogramy zarejestrowane w trakcie szlifowania oraz bezpośrednio po zakończeniu obróbki z użyciem systemu odśrodkowego podawania mgły olejowej. Wybrano wyniki pomiarów, uzyskane dla jednego z ostatnich otworów obrobionych przed zakończeniem okresu trwałości narzędzia, w celu prezentacji temperatury w obszarze roboczym przy szlifowaniu ściernicą o znacznym zużyciu powierzchni czynnej. - 306 -
Wyniki pomiarów temperatury przy zastosowaniu systemu odśrodkowego podawania mgły olejowej Ściernica 1-35 20 26-SG/F46K7VTO Przedmiot obrabiany (Inconel alloy 600) W trakcie szlifowania W trakcie szlifowania Temperatura w punkcie M1: 30,6 C Bezpośrednio po zakończeniu szlifowania Temperatura maksymalna: 283,0 C Bezpośrednio po zakończeniu szlifowania Temperatura w punkcie M1: 24,1 C Parametry pomiaru: Współczynnik emisyjności ściernicy ε = 0,94 Współczynnik emisyjności przedmiotu obrabianego ε = 0,19 Temperatura odbita: 10 C Wilgotność względna: 40% Temperatura otoczenia: 14 C Temperatura maksymalna: 201,5 C Kamera termowizyjna: Typ: Testo 890 Zakres pomiarowy: -20-350 C Wielkość detektora: 640 480 pikseli z technologią Super Resolution (1280 960 pikseli) Czułość termiczna: < 40 mk Rys. 6. Termogramy prezentujące temperaturę ściernicy oraz przedmiotu obrabianego, zarejestrowane w trakcie szlifowania oraz bezpośrednio po zakończeniu obróbki z użyciem systemu odśrodkowego podawania mgły olejowej (szlifowanie pierścienia nr 20) Rysunek 6 przedstawia w analogicznym układzie przykładowe wyniki pomiarów kamerą termowizyjną, przeprowadzone w trakcie procesu szlifowania oraz bezpośrednio po jego zakończeniu, przy podawaniu PCS metodą zalewową. W tym przypadku uzyskiwane wyniki pomiarów w trakcie szlifowania, w znacznym stopniu zakłócane były poprzez płyn chłodząco-smarujący, którego duży wydatek przesłaniał obiekty, których dotyczył pomiar. - 307 -
Wyniki pomiarów temperatury przy podawaniu PCS metodą zalewową Ściernica 1-35 20 26-SG/F46K7VTO Przedmiot obrabiany (Inconel alloy 600) W trakcie szlifowania W trakcie szlifowania Temperatura w punkcie HS1: 35,6 C Bezpośrednio po zakończeniu szlifowania Temperatura w punkcie M1: 58,9 C Bezpośrednio po zakończeniu szlifowania Temperatura w punkcie M1: 21,2 C Parametry pomiaru: Współczynnik emisyjności ściernicy ε = 0,94 Współczynnik emisyjności przedmiotu obrabianego ε = 0,19 Temperatura odbita: 10 C Wilgotność względna: 40% Temperatura otoczenia: 14 C Temperatura w punkcie M1: 22,0 C Kamera termowizyjna: Typ: Testo 890 Zakres pomiarowy: -20-350 C Wielkość detektora: 640 480 pikseli z technologią Super Resolution (1280 960 pikseli) Czułość termiczna: < 40 mk Rys. 7. Termogramy prezentujące temperaturę ściernicy oraz przedmiotu obrabianego, zarejestrowane w trakcie szlifowania oraz bezpośrednio po zakończeniu obróbki przy podawaniu PCS metodą zalewową (szlifowanie pierścienia nr 11) Niezależnie od sposobu podawania PCS, na powierzchni ściernicy zmierzono bardzo zbliżone wartości temperatury, wynoszące od 30,6 C do 35,6 C w trakcie pracy oraz od 21,2 C do 24,1 C bezpośrednio po zakończeniu szlifowania. Znaczące różnice w wynikach pomiarów zanotowano w przypadku przedmiotu obrabianego. Przy chłodzeniu metodą MQL jego temperatura była niemal pięciokrotnie większa w trakcie szlifowania oraz dziesięciokrotnie większa po zakończeniu obróbki (rys. 6 i 7). - 308 -
5. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Zastosowanie metody MQL zapewniło bardzo dobrą realizację funkcji smarnej PCS. Skuteczne doprowadzenie mgły olejowej bezpośrednio do strefy szlifowania przez pory ściernicy spowodowało, że warunki w strefie kontaktu ziaren ściernych z materiałem obrabianym ograniczyły zużycie objętościowe ściernicy. W warunkach dobrego smarowania ograniczony zostaje udział tarcia stępionych wierzchołków skrawających o powierzchnię obrabianą, co mogło być bezpośrednią przyczyną ich dłuższej pracy, w porównaniu ze ściernicą pracującą w warunkach chłodzenia emulsją podawaną metodą zalewową. Jednocześnie w przypadku metody MQL wyraźnie ograniczona zostaje funkcja chłodząca, głownie z powodu ograniczonego wydatku PCS. Spowodowało to znaczne nagrzewanie się przedmiotów obrabianych, których temperatura osiągała niemal 300 C. W opisywanych badaniach to zjawisko nie spowodowało jednak powstania defektów szlifierskich w postaci przypaleń. W warunkach chłodzenia zalewowego temperatura przedmiotu była wielokrotnie mniejsza. Odśrodkowe doprowadzenie mgły olejowej wraz z ograniczeniem udziału tarcia w strefie szlifowania spowodowało, że temperatura ściernicy zarówno w trakcie obróbki, jak i po jej zakończeniu, była porównywalna z temperaturą zarejestrowaną w przypadku chłodzenia zalewowego. Pomimo odmiennych warunków w strefie kontaktu ziaren ściernych z materiałem obrabianym, wywołane zmianą sposobu doprowadzenia i wydatku PCS, uzyskano porównywalne wartości chropowatości powierzchni obrobionej oraz mocy szlifowania. Spowodowane to jest w głównej mierze różną skutecznością doprowadzenia PCS do strefy obróbki. W przypadku metody MQL mgła olejowa podawana była przez pory ściernicy zapewniając ciągłą obecność oleju w strefie styku ściernicy z materiałem obrabianym, w odróżnieniu od podawania PCS metodą zalewową, w której jedynie niewielka część ogólnego wydatku płynu trafia w żądane miejsce. 6. PODSUMOWANIE Przedstawione wyniki badań dotyczących możliwości zastosowania metody podawania mgły olejowej MQL w procesie szlifowania walcowych powierzchni wewnętrznych, potwierdziły skuteczność zaproponowanego rozwiązania. Duża otwartość struktury ściernicy oraz specjalna konstrukcja trzpienia szlifierskiego umożliwiły przedostawanie się PCS od wewnątrz ściernicy, bezpośrednio do strefy szlifowania. W porównaniu do rezultatów otrzymanych z zastosowaniem chłodzenia metodą zalewową uzyskano niemal dwukrotnie wydłużenie okresu trwałości ściernicy i znaczące ograniczenie jej zużycia objętościowego, a także nieznaczne zmniejszenie chropowatości powierzchni obrobionej oraz mocy szlifowania. Zdecydowane ograniczenie wydatku PCS w metodzie MQL spowodowało jednak, że większa część strumienia ciepła powstającego w procesie szlifowania akumulowana była przez przedmiot obrabiany. - 309 -
LITERATURA [1] ASTAKHOV V. P., Tribology of metal cutting. Elsevier, Oxford, 2006. [2] BRINKSMEIER E., HEINZEL C., WITTMANN M., Friction, cooling and lubrication in grinding. Annals of the CIRP, 48(1999)2, pp. 581-598. [3] DHAR N. R., HOSSAIN M., KAMRUZZAMAN M., MQL applications in grinding of 16MnCr5 steel: a comparison with wet and dry grinding. Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering, ICME05-AM-33, 2005. [4] HADAD M., SADEGHI B., Thermal analysis of minimum quantity lubrication-mql grinding process. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 63(2012)12, pp. 1-15. [5] KAPŁONEK W., NADOLNY K., The diagnostics of abrasive tools after internal cylindrical grinding of hard-to-cut materials by means of a laser technique using imaging and analysis of scattered light. Arabian Journal for Science and Engineering, 38(2013)4, pp. 953-970. [6] KARPIŃSKI T., SIENIAWSKI J., Ecological methods of cooling in grinding processes. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2(2002)1-2, pp. 73-81. [7] KLOCKE F., BAUS A., BECK T., Coolant induced forces in CBN high speed grinding with shoe nozzles. Annals of the CIRP, 49(2000)1, pp. 241-244. [8] KLOCKE F., BECK T., Gut geschmiert statt schlecht gekühlt. Kühlschmierstoff reduzierung beim CBN-Hochgeschwindigkeitsschleifen. Werkstattstechnik, 88(1998)9-10, s. 400-404. [9] KRUSZYŃSKI B., STACHURSKI W., ZGÓRNIAK P., Wpływ warunków obróbki podczas toczenia ostrzami typu Wiper na jakość powierzchni obrobionej i siły skrawania. Inżynieria Maszyn, 15(2010)4, s. 7-19. [10] MARTENS R., MAIER R., BETTINGEN A., Innenkuhlung beim CBN-Schleifen. VDI-Z, 140(1998)1-2, s. 42-44. [11] NADOLNY K., KAPŁONEK W., WOJTEWICZ M., SIENICKI W., The assessment of sulfurization influence on cutting ability of the grinding wheels in internal cylindrical grinding of Titanium Grade 2. Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 20(2013)2, 108-124. [12] NGUYEN T., ZHANG L.C., Performance of a new segmented grinding wheel system. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 49(2009)3-4, pp. 291-296. [13] RETAEI S. M., SUTO T., WAIDA T., NOGUCHI H., Creep feed grinding of advanced ceramics. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 206(1992), pp. 93-99. [14] SHEN B., SHIH A. J., Minimum quantity lubrication (MQL) grinding using vitrified CBN wheels. Transactions of NAMRI/SME, vol. 37, 2009, pp. 129-136. [15] SILVA L. R. et al, Analysis of surface integrity for minimum quantity lubricant-mql in grinding. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47(2007)2, pp. 412-418. [16] SUTO T., WAIDA T., NOGUCHI H., INOUE H., High performance creep feed grinding of difficult to machine materials with new-type wheels. Bulletin of the Japan Society of Precision Engineering, 24(1990)1, pp. 39-44. [17] Table of Emissivity. [Dok. elektr.] Tryb dostępu: http://www.monarchserver.com/tableof Emissivity.pdf [odczyt: 10.06.2013] [18] TAWAKOLI T., T-Tool, Ein neues hochabrasives Werkzeugsystem zum Schleifen und Abrichten Jahrbuch, Schleifen, Honen, Läppen und Polieren. 58. Ausgabe, 1996, s. 274-280. [19] TAWAKOLI T., HADAD M., SADEGHI M. H., DANESHI A., SADEGHI B., Minimum quantity lubrication in grinding, effects of abrasive and coolant lubricant types. Journal of Cleaner Production, 19(2011)17-18, pp. 2088-2099. [20] WEBSTER J. et al, Assessment of grinding fluid effectiveness in continuous-dress creep feed grinding. Annals of the CIRP, 51(2002)1, pp. 235-240. [21] WÓJCIK R., Nowe media i sposoby ich doprowadzania do strefy szlifowania. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 28(2008)4, s. 137-145. - 310 -