سایش سنگ سنباده

**سایش سنگ سنباده** از پارامترهای کلیدی قابل سنجش در عملیات سنگ‌زنی به شمار می‌رود که نقشی اساسی در فرایند ساخت قطعات و ابزارهای مهندسی دارد. سنگ‌زنی فرآیندی است که طی آن با برداشت لایه‌ای از ماده و اصلاح سطح قطعه‌کار، امکان دستیابی به کیفیت سطح و تلرانس‌هایی فراهم می‌شود که غالباً با روش‌های مرسوم ماشین‌کاری قابل تحقق نیست. این فرایند از نظر ماهیت با عملیات ماشین‌کاری مبتنی بر ابزارهای چندلبه مقایسه‌پذیر است؛ با این تفاوت که دانه‌های ساینده تشکیل‌دهنده‌ی سنگ سنباده، همانند ابزارهای برشی مستقل و ریزمقیاس عمل می‌کنند.

ویژگی‌ها، کیفیت و نرخ سایش سنگ سنباده تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می‌گیرد؛ از جمله خواص مکانیکی و متالورژی ماده‌ی قطعه‌کار، افزایش دمای موضعی در قطعه‌کار و نرخ سایش ذاتی سنگ سنباده. نرخ سایش کنترل‌شده و متوسط امکان برداشت یکنواخت‌تر ماده و حفظ ثبات در کیفیت سطح را فراهم می‌سازد. در مقابل، نرخ بالای سایش سنگ سنباده می‌تواند به ناپایداری نیروهای سنگ‌زنی منجر شده و در نتیجه کارایی فرایند برداشت ماده از قطعه‌کار را کاهش دهد.

## مکانیزم‌های سایش سنگ سنباده
جایگزین=چرخ‌دنده‌ی سنگ‌زنی صنعتی|حاشیه|بندانگشتی|چرخ‌دنده‌ی سنگ‌زنی صنعتی
یکی از عوامل رایج در سایش سنگ سنباده، **شکست دانه‌های ساینده** است که در برخی موارد می‌تواند مزیت محسوب شود. در این حالت بخشی از هر دانه‌ی ساینده در سطح سنگ جدا می‌شود، اما قسمت باقی‌مانده همچنان به بستر سنگ متصل می‌ماند. این شکست موجب ایجاد لبه‌های تیز و تازه در دانه می‌شود که ویژگی بازسازی لبه‌ی برشی را برای سنگ سنباده و به طور کلی ابزارهای برشی فراهم می‌سازد.در مقابل، سایش تدریجی یا پیش‌رونده (Attritious wear) که معمولاً نامطلوب است، باعث می‌شود دانه‌های ساینده به مرور کُند شوند. این اتفاق به دلیل ایجاد سطوح صاف و لبه‌های گرد روی دانه‌ها رخ می‌دهد و در نتیجه توانایی سنگ در برداشت ماده کاهش پیدا می‌کند. علاوه بر این، این سطوح صاف تماس بیشتری با قطعه‌کار ایجاد می‌کنند و باعث افزایش حرارت می‌شوند. دمای بالا می‌تواند منجر به شکست پیوندهای چسبی بین دانه‌ها شود. با جدا شدن این دانه‌های فرسوده، قابلیت برشی سنگ سنباده دوباره بازیابی می‌شود.سنگ‌های سنباده بر اساس میزان شکنندگی دانه‌ها (Friability) نیز طبقه‌بندی می‌شوند؛ یعنی هرچه دانه‌ها قابلیت بیشتری برای شکستن داشته باشند، امکان ایجاد لبه‌های تازه و تیز در آن‌ها بیشتر است. علاوه بر این، نوع ماده‌ی پیونددهنده بسته به کاربرد مورد نظر سنگ انتخاب می‌شود. میزان استحکام این پیونددهنده‌ها با مفهومی به نام درجه‌ی سنگ (Wheel grade) مشخص می‌گردد.

## نیروهای سنگ‌زنی
بندانگشتی|منحنی سایش سنگ سنباده: قطر سایش (میلی‌متر) به عنوان تابعی از زمان (td)، شامل سه مرحله از فرایند سنگ‌زنی، و طول عمر سنگ یا ابزار که در مرحله‌ی دوم (Td) تعیین می‌شود.
طول عمر و قابلیت برشی سنگ سنباده می‌تواند تحت تأثیر نیروهای سنگ‌زنی ایجاد شده در حین استفاده قرار گیرد. تحقیقات تجربی نشان داده‌اند که بین سرعت برش، هندسه‌ی سنگ، هندسه‌ی براده و نیروهای سنگ‌زنی رابطه‌ی مستقیمی وجود دارد. این نیروها شامل مولفه‌ی عمودی یا نرمال نیرو  ( *F<sub>n</sub> )*، مولفه‌ی مماسی نیرو*(* *F<sub>t</sub> )* و نسبت این دو هنگام تماس با قطعه‌کار هستند.

مرحله‌ی اول: هنگامی که قطعه‌کار وارد ناحیه‌ی سنگ‌زنی می‌شود، نیروهای اولیه‌ی تماس ناپایدار هستند و در مدت کوتاهی به طور ناگهانی افزایش می‌یابند، و یک نقطه‌ی کوچک سایش روی سنگ ایجاد می‌شود. عملکرد کلی سنگ در این مرحله، تحت تأثیر افزایش ناگهانی نیروها، می‌تواند با تنظیم صحیح عملیات بازسازی یا آماده‌سازی، قبل از استفاده بهینه شود. این کار همچنین به کنترل نیروهای اوج و نیروهای پایدار کمک می‌کند، که معمولاً باید در یک بازه‌ی زمانی کوتاه حفظ شوند.

مرحله‌ی دوم: در مرحله‌ی سایش پایدار، نیروهای واکنشی ثابت هستند و تولید حرارت در هر دو بخش، یعنی قطعه‌کار و سنگ، در حالت تعادل قرار دارد. داده‌های قابل اندازه‌گیری در این مرحله معمولاً به صورت نرخ خطی سایش نسبت به زمان کاربری سنگ یا طول عمر ابزار (Td) ظاهر می‌شوند. طول عمر ابزار (Td) نشان‌دهنده‌ی توانایی سنگ سنباده در حفظ شکل اولیه‌ای است که پیش از استفاده طی عملیات بازسازی یا آماده‌سازی (Dressing) به آن داده شده است. وقتی قطعه‌کار در تماس کامل با ناحیه‌ی سنگ‌زنی قرار دارد و نیروها ثابت هستند، جریان حرارت در قطعه و سنگ پایدار می‌ماند. این مرحله معمولاً دماهایی ایجاد نمی‌کند که باعث شکست پیوند چسبی شود، اما خواص ماده‌ای و استحکام پیوند می‌توانند حداکثر نیروی قابل اعمالی را که دانه‌های ساینده می‌توانند پیش از شکست تحمل کنند، تعیین کنند.

مرحله‌ی سوم: در این مرحله، نرخ سایش قطعه‌کار به حدی می‌رسد که اثرات منفی ایجاد می‌کند، در حالی که نرخ تغییر نیروهای واکنشی کاهش می‌یابد. پایان طول عمر ابزار زمانی است که شرایط اولیه‌ی بازسازی یا آماده‌سازی سنگ دیگر مؤثر نیستند. تغییر نیروهای ایجاد شده در این مرحله حداقل است و سایش قطعه‌کار به صورت نمایی (Exponential) افزایش می‌یابد.

## اثرات دمای برش
بندانگشتی|سنگ‌زنی با استفاده از روان‌کننده یا سنگ‌زنی با روانکاری
طول عمر سنگ سنباده و کیفیت نهایی سطح قطعه‌کار به‌طور مستقیم تحت تأثیر دمای برش حین عملیات قرار دارند. حرارتی که در طی سنگ‌زنی ایجاد می‌شود، هم وارد سنگ سنباده و هم وارد قطعه‌کار می‌شود و می‌تواند به دلیل انبساط حرارتی باعث ایجاد خطاهای ابعادی شود.

چند اثر نامطلوب دمای بالای برش به شرح زیر است:

* بازپخت (Tempering): کاهش سختی سطحی قطعه‌کار در اثر گرمای زیاد.
* سوختگی سطحی (Burning): تغییر رنگ یا تخریب سطح قطعه‌کار به دلیل حرارت بیش از حد.
* ترک‌های حرارتی (Thermal cracks): ایجاد ترک‌های سطحی یا داخلی به دلیل انبساط و انقباض ناگهانی.
* تنش‌های باقیمانده (Residual stresses): ایجاد تنش‌های داخلی که می‌تواند منجر به تغییر شکل یا شکست در آینده شود.

بندانگشتی|توزیع شار حرارتی در سطح تماس سنگ سنباده و قطعه‌کار
استفاده از سیالات سنگ‌زنی می‌تواند دمای برش را به‌طور مؤثر کنترل کند و از بروز اثرات حرارتی ناشی از گرما روی سطح سنگ و قطعه‌کار جلوگیری نماید.

چگالی بالای شار حرارتی ممکن است منجر به ذوب شدن سنگ سنباده و در نتیجه افزایش سایش آن شود. شار حرارتی (Φ) که وارد سنگ سنباده و قطعه‌کار می‌شود، عمدتاً به سرعت برش (vs) و نیروی برشی (Fc) بستگی دارد. دمای سنگ سنباده با چگالی شار حرارتی (φ = dΦ/dA) تولید شده مرتبط است که این مقدار نیز مستقیماً با سرعت پیش‌روی (Feed rate) نسبت مستقیم دارد.

مقدار تقریبی شار حرارتی را می‌توان به صورت زیر محاسبه کرد: Φ=Fc​ **⋅** Vs​

## انواع سنگ‌های سنباده
سنگ‌های سنباده می‌توانند از مواد مختلف ساخته شوند، که انتخاب ماده به کیفیت سایندگی مورد نیاز در حین استفاده بستگی دارد. مواد ساینده، چه طبیعی و چه مصنوعی، در ساخت سنگ‌های سنباده به کار می‌روند و بر اساس هندسه‌ی سنگ نیز طبقه‌بندی می‌شوند. برخی از انواع رایج سنگ‌های سنباده عبارتند از:

* سنگ مستقیم (Straight)
* سنگ استوانه‌ای (Cylinder)
* سنگ فنجانی مستقیم (Straight Cup)
* انواع دیگر با مواد متنوع (A variety of material types)

## دانه‌های ساینده
فرآیند سنگ‌زنی نیازمند یک جزء ساینده با ویژگی‌های ماده‌ای سخت‌تر از قطعه‌کار است. در اکثر دستگاه‌های سنگ‌زنی، یک سطح چرخان با سطح قطعه‌کار در تماس قرار می‌گیرد. بخش چرخان سنگ یا سنگ سنباده معمولاً از دانه‌های ساینده تشکیل شده است که توسط یک ساختار پیوندی (Bond) در کنار هم نگه داشته می‌شوند و دارای مقداری تخلخل هستند.

## سرعت سنگ سنباده
بندانگشتی|595x595پیکسل|محدوده‌ها و سرعت‌های معمول برای فرآیندهای ساینده
سنگ سنباده معمولاً در سرعت‌های دورانی بالا عمل می‌کند. سرعت سنگ به چند عامل بستگی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به قابلیت سنگ‌زنی سنگ، شکل قطعه‌کار و جنس ماده‌ی قطعه‌کار اشاره کرد. این ویژگی‌ها بر پارامترهای مهمی مانند کیفیت سطح، یکپارچگی سطح و سایش سنگ تأثیر می‌گذارند. همچنین، سرعت سنگ سنباده به نوع فرآیند سایندگی مورد نیاز و نوع پرداخت سطحی که انتظار می‌رود نیز بستگی دارد.

## جستارهای وابسته

* سنگ سنباده
*   ابزار بازسازی سنگ سنباده
* ساخت و تولید
*  دستگاه سنگ‌زنی

*  فلزکاری

## منابع
رده:سنگ‌زنی و پرداخت‌کاری
رده:فلزکاری
رده:ماشین‌کاری