Prinsip penggilingan dan mekanisme keausan roda gerinda pada alat pemotong

Prinsip penggilingan dan mekanisme keausan roda gerinda pada alat pemotong.

 

1. Prinsip Proses Penggilingan

Penggilingan juga merupakan salah satu jenis proses pemotongan, dan roda gerinda dapat dianggap sebagai pemotong penggilingan dengan banyak ujung potong kecil saat digunakan untuk perkakas pemesinan. Selama proses penggilingan, permukaan pahat mengalami gesekan dan goresan oleh roda gerinda, dan butiran abrasif yang menonjol dan relatif tajam pada permukaan roda memotong material sehingga membentuk serpihan. Proses penggilingan pada dasarnya merupakan kombinasi tindakan memotong, menggaruk, dan menggeser. Kepingan tersebut berukuran kecil dan bentuknya bervariasi, termasuk keping-seperti pita, keping tersegmentasi, dan sebagian abu keping yang meleleh dan terbakar, serta debu logam.

 

Penggilingan dibagi menjadi tiga tahap yaitu tahap penggilingan awal, tahap stabil, dan tahap finishing. Pada tahap penggilingan awal, kedalaman penggilingan sebenarnya lebih kecil dari laju umpan radial. Hal ini disebabkan oleh deformasi elastis pada peralatan mesin, benda kerja, dan sistem perlengkapan selama tahap penggilingan awal. Ketika deformasi elastis sistem mencapai tingkat tertentu, sistem memasuki tahap stabil. Selama pengumpanan lanjutan, kedalaman penggilingan sebenarnya pada dasarnya sama dengan laju pengumpanan radial. Pada tahap penyelesaian, ketika deformasi elastis dari sistem proses dihilangkan secara bertahap, kedalaman penggilingan sebenarnya menjadi lebih besar dari nol.

Penggerindaan dengan roda gerinda mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: presisi tinggi dan kekasaran permukaan rendah. Roda gerinda memiliki fungsi-menajamkan sendiri, memungkinkan butiran abrasif memotong benda kerja dengan tepi yang relatif tajam. Komponen gaya radialnya besar. Mirip dengan pembubutan, gaya potong pada saat penggilingan dapat diuraikan menjadi tiga komponen yang saling tegak lurus, namun komponen gaya radial lebih besar. Suhu penggilingan tinggi. Karena penggilingan dengan roda gerinda melibatkan pemotongan sudut rake negatif dan kecepatan potong yang sangat tinggi, suhu penggilingan menjadi tinggi. Roda gerinda memiliki efek-menajamkan dirinya sendiri, memungkinkan butiran abrasif terus menerus memotong benda kerja dengan tepi yang relatif tajam. Gerakan penggilingan terdiri dari gerakan utama, kecepatan umpan radial, dan kecepatan umpan aksial. Gerakan utamanya adalah gerakan memutar roda gerinda; kecepatan linier lingkar luar roda gerinda adalah kecepatan gerak utama; laju umpan radial mengacu pada jarak pergerakan benda kerja secara radial relatif terhadap roda gerinda selama setiap pukulan ganda (tunggal) pada meja kerja; dan laju umpan aksial mengacu pada jarak pergerakan benda kerja secara aksial relatif terhadap roda gerinda selama setiap putaran atau setiap pukulan meja kerja.

 

2. Pola dan Penyebab Keausan Roda Gerinda

Selama proses penggilingan alat pemotong, roda gerinda akan mengalami tingkat keausan yang bervariasi karena berbagai faktor, antara lain pengaruh fisik, kimia, dan mekanis, yang menyebabkan penurunan kemampuan penggilingan dan mempengaruhi keakuratan alur heliks. Jika roda gerinda yang sudah sangat aus tidak diganti dan terus digunakan akan menimbulkan getaran, kebisingan, dan fenomena lainnya. Penelitian ekstensif mengenai keausan roda gerinda menunjukkan bahwa bentuk utama keausan adalah keausan abrasif, keausan patah, dan penyumbatan/adhesi.

 

2.1 Keausan Abrasif

Selama proses penggilingan, setiap butiran abrasif mengalami keausan, yang menunjukkan tingkat keausan yang berbeda-beda, seperti yang ditunjukkan pada bidang C-C pada gambar di bawah. Ketika jumlah butiran abrasif tumpul meningkat, roda gerinda menunjukkan karakteristik tumpul, seperti peningkatan signifikan dalam gaya gerinda, permukaan benda kerja terbakar, dan obrolan selama proses pemesinan, yang menyebabkan penurunan serius dalam kualitas pemrosesan bagian-bagian mesin.

2.2 Patah dan Keausan

Patah dan keausan roda gerinda dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu patah butir abrasif dan pelepasan butir abrasif. Patahan butiran abrasif mengacu pada fenomena di mana, ketika tegangan yang bekerja pada butiran abrasif melebihi kekuatannya sendiri, sebagian butiran abrasif pecah dalam bentuk pecahan kecil. Pelepasan butiran abrasif mengacu pada putusnya pengikat antara butiran abrasif, yang menyebabkan butiran abrasif terlepas dari roda gerinda. Hal ini menciptakan rongga di mana butiran-butiran yang terlepas berada. Pelepasan butiran abrasif yang retak dari roda gerinda menyebabkan keausan tangensial pada benda kerja, sehingga tidak mungkin untuk menjamin keakuratan dimensi bagian tersebut. Namun, pembentukan tepi tajam baru dari butiran abrasif yang tumpul, dipengaruhi oleh retakan dan pelepasan butiran abrasif, dapat didefinisikan sebagai efek "penajaman otomatis" dari roda gerinda.

 

2.3 Penyumbatan dan Adhesi

Selama proses penggilingan, karena peningkatan suhu dan tekanan, material benda kerja yang dihilangkan akan menempel pada butiran abrasif saat melewati zona penggilingan. Kontak material yang menempel dengan benda kerja atau tidak merupakan penyebab utama patah dan peluruhan butiran abrasif. Kemampuan menggiling juga berhubungan dengan material yang dilekatkan. Material yang menempel juga dapat menyumbat celah antar butiran abrasif. Penyumbatan yang parah juga dapat menyebabkan patahnya butiran abrasif dan bahkan peluruhan, sehingga secara signifikan mengurangi kemampuan penggilingan roda gerinda.

 

Untuk mengeksplorasi sifat keausan roda gerinda, banyak peneliti telah mempelajari penyebab keausan roda gerinda.

 

Saat ini penyebab keausan roda gerinda diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berikut:

• Keausan Abrasif: Gesekan dihasilkan oleh gerakan relatif antara butiran abrasif dan benda kerja, yang menyebabkan keausan mekanis pada butiran abrasif. Keausan ini secara bertahap terbentuk seiring berjalannya waktu seiring dengan berlangsungnya penggilingan. Saat menggiling, jika struktur benda kerja tidak rata dan mengandung titik keras dengan kekerasan lebih tinggi, gesekan geser relatif antara butiran abrasif dan titik keras akan memperburuk keausan mekanis butiran abrasif. Keausan Plastik: Ketika suhu penggilingan mencapai tingkat tertentu, butiran abrasif akan berubah bentuk karena plastisitas. Kekerasan termal bahan benda kerja secara langsung mempengaruhi keausan plastik pada roda gerinda. Saat butiran abrasif melewati zona penggilingan, suhunya meningkat. Ketika mencapai titik leleh bahan benda kerja, jika kekerasan termal pada bidang geser lebih besar dari kekerasan termal pada area kontak butiran abrasif, maka butiran abrasif akan mengalami deformasi plastis yang sesuai pada area kontak, yang menyebabkan keausan abrasif.
• Keausan Oksidatif: Gas tertentu di udara dapat merangsang penggilingan. Jika proses penggilingan dilakukan dalam ruang hampa, penggilingan baja-karbon rendah dengan roda gerinda alumina tidak semulus di udara. Analisis menunjukkan bahwa putaran roda gerinda mendorong aliran udara, sehingga menurunkan suhu di zona penggilingan. Pada suhu tinggi, benda kerja dan serpihan mengalami oksidasi, membentuk lapisan oksida di permukaan, mencegah keausan perekat pada permukaan benda kerja.
• Keausan Bahan Kimia:Selama penggilingan, permukaan roda gerinda dan permukaan benda kerja menunjukkan distribusi spasial yang kompleks. Peningkatan kecepatan penggilingan menyebabkan suhu penggilingan lebih tinggi, menyebabkan reaksi kimia antara bahan abrasif, bahan benda kerja, dan cairan penggilingan. Berbagai unsur kimia yang dihasilkan oleh reaksi kimia ini dapat mengalami reaksi kimia multi-tahap lebih lanjut. Reaksi kimia antara bahan abrasif dan bahan benda kerja merupakan faktor penting dalam keausan kimia pada roda gerinda.
• Keausan Difusi:Saat roda gerinda menggerinda benda kerja, elemen pada permukaan roda gerinda dan benda kerja berdifusi pada suhu tinggi, melemahkan lapisan permukaan butiran abrasif dan menyebabkan keausan. Dua bahan logam yang bersentuhan erat, di bawah suhu dan tekanan tinggi, akan mengalami difusi pada area kontak setelah waktu penggilingan tertentu, yang menyebabkan keausan pada roda gerinda.
• Keausan Fraktur Stres Termal:Selama penggilingan benda kerja, butiran abrasif langsung mencapai suhu tinggi dan kemudian mendingin dengan cepat di bawah pengaruh cairan penggilingan. Di bawah pendinginan dan pemanasan intermiten yang berulang-ulang, tekanan termal pada butiran abrasif meningkat, menyebabkan retak dan patah pada permukaan butiran abrasif. Stres termal terutama terkait dengan konduktivitas termal, koefisien muai panas, dan fluida penggilingan. Konduktivitas termal berbanding terbalik dengan tegangan termal, sedangkan koefisien muai panas berbanding lurus dengan tegangan termal. Semakin baik kinerja cairan gerinda, semakin rendah suhu permukaan benda kerja dan semakin besar tekanan termal.