فرایند سخت ‌کاری سطحی با سنگ ‌زنی، مقایسه و کاربرد

نوع مقاله : علمی ترویجی

نویسنده

استادیار گروه مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، اسفراین

چکیده

سنگ ­زنی به عنوان یکی از فرایندهای ماشینکاری، از مهمترین فرایندهای پایانیِ تولید محسوب می­ شود. در حین این فرایند حرارت بسیار بالایی ایجاد می ­گردد که در فرایند ماشینکاری یک مشکل بوده و تلاش برای حذف آن صورت می گیرد. اخیرا تلاش ­هایی صورت گرفته تا از این مشکل به عنوان فرصت استفاده گردد. با کنترل مقدار حرارت منتقل شده به قطعه ­کار، سطح آن می­ تواند عملیات حرارتی سطحی شود. بنابراین سخت­ کاری با سنگ ­زنی یک فرایند جدید و غیر سنتی ماشینکاری است که برای سخت ­کاری سطحی و سنگ­ زنی قطعات فلزی می ­تواند مورد استفاده قرار گیرد. این روش دارای پتانسیل مناسبی جهت جایگزینیِ روش ­های سنتی عملیات حرارتی با یکپارچه ­سازی آن در فاز سنگ­ زنی است. مزیت کلیدی این روش حذف جابجایی قطعه­ کار در حین تولید و کاهش تنظیمات اضافی، کاهش هزینه تولید و بالا بردن راندمان می ­باشد. در این پژوهش اصول عملکردی فرایند، آخرین پیشرفت­ های این روش و مقایسه­ ی بین این فرایند و روش ­های عملیات حرارتی سطحی بحث شده است. چالش ­های آن مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و فرصت ­ها و موقعیت های موجود بکارگیری سخت­ کاری سطحی با سنگ ­زنی بیان شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] T. Brockhoff and E. Brinksmeier, "Grind-Hardening: A Comprehensive View," CIRP Annals, vol. 48, no. 1, pp. 255-260, 1999/01/01/ 1999, doi: https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)63178-3.
 
[2] B. Lauwers, F. Klocke, A. Klink, A. E. Tekkaya, R. Neugebauer, and D. Mcintosh, "Hybrid processes in manufacturing," Cirp Annals-manufacturing Technology, vol. 63, pp. 561-583, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2014.05.003.
 
[3] M. A. G. Ed, Fundamentals and Application of Heat Treatment of Steels and Cast Irons. IUT Publication, 1998, p. 750.
 
[4] K. Salonitis, Grind Hardening Process. Springer International Publishing, 2015, https://doi.org/10.1007/978-3-319-19372-4.
 
[5] G. Chryssolouris, K. Tsirbas, and K. Salonitis, "An Analytical, Numerical, and Experimental Approach to Grind Hardening," Journal of Manufacturing Processes, vol. 7, no. 1, pp. 1-9, 2005/01/01/ 2005, doi: https://doi.org/10.1016/S1526-6125(05)70076-1.
 
[6] K. B. Foeckerer T, Heinzel C, Zaeh MF "Experimental and numerical analysis of transient behavior during grind-hardening of AISI 52100," Prod Eng Res Devel, vol. 6, no. 6, pp. 559-568, 2012, https://doi.org/10.1007/s11740-012-0414-6.
 
[7] N. D. Shah SM, Zain-ul-abdein M, Coret M, "Numerical simulation of grinding induced phase transformation and residual stresses in AISI-52100 steel," Finite Elem Anal, vol. 61, pp. 1–11, 2012, https://doi.org/10.1016/j.finel.2012.05.010.
 
[8] O. Zurita, A. Acosta, and D. Moreno, "Superficial hardening in the plane grinding of AISI 1045 steel," Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 12, no. 3, pp. 298-303, 2003/06/01 2003, doi: 10.1361/105994903770343141.
 
[9] J. Liu, J. Xiong, and W. Yuan, "Experiment Study on Grinding Force of 65Mn Steel in Grinding-Hardening Machining," in Future Control and Automation, Berlin, Heidelberg, W. Deng, Ed., 2012: Springer Berlin Heidelberg, pp. 239-246, https://doi.org/10.1007/978-3-642-31003-4_30.
 
[10]         L. Judong, Y. Wei, H. Songwei, and X. Zhilong, "Experimental Study on Grinding-hardening of 1060 Steel," Energy Procedia, vol. 16, pp. 103-108, 2012/01/01/ 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.019.
 
[11]         C. Wang, G. Wang, and C. Shen, "Analysis and Prediction of Grind-Hardening Surface Roughness Based on Response Surface Methodology-BP Neural Network," Applied Sciences, vol. 12, no. 24, p. 12680, 2022. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2076-3417/12/24/12680.
 
[12]         T. Nguyen, I. Zarudi, and L. C. Zhang, "Grinding-hardening with liquid nitrogen: Mechanisms and technology," International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 47, no. 1, pp. 97-106, 2007/01/01/ 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.02.010.
 
[13]         T. Nguyen and L. C. Zhang, "Grinding–hardening using dry air and liquid nitrogen: Prediction and verification of temperature fields and hardened layer thickness," International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 50, no. 10, pp. 901-910, 2010/10/01/ 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2010.06.002.
 
[14]         K. Salonitis and A. Kolios, "Experimental and numerical study of grind-hardening-induced residual stresses on AISI 1045 Steel," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 79, no. 9, pp. 1443-1452, 2015/08/01 2015, doi: 10.1007/s00170-015-6912-x.
 
[15]         K. Salonitis, "On Surface Grind Hardening Induced Residual Stresses," Procedia CIRP, vol. 13, pp. 264-269, 2014/01/01/ 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.04.045.
 
[16]         D. C. Fricker, T. R. A. Pearce, and A. J. L. Harrison, "Predicting the occurrence of grind hardening in cubic boron nitride grinding of crankshaft steel," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, vol. 218, no. 10, pp. 1339-1356, 2004/10/01 2004, doi: 10.1243/0954405042323577.
 
[17]         K. Salonitis, P. Stavropoulos, and A. Kolios, "External grind-hardening forces modelling and experimentation," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 70, no. 1, pp. 523-530, 2014/01/01 2014, doi: 10.1007/s00170-013-5260-y.
 
 
 
 
 
 
 
 
[18]         K. Salonitis, T. Chondros, and G. Chryssolouris, "Grinding wheel effect in the grind-hardening process," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 38, no. 1, pp. 48-58, 2008/07/01 2008, doi: 10.1007/s00170-007-1078-9.
 
[19]         C. G. Salonitis K, "Thermal analysis of grind-hardening process," Int J Manuf Technol Manage, vol. 12, pp. 72–92, 2007, doi: 10.1504/IJMTM.2007.014143.
 
[20]         K. Salonitis, "A methodology for the prediction of the hardness distribution and the hardness penetration depth caused by grind-hardening process," Ph.D. dissertation, Patras University, 2006.
 
[21]         F. Lerra, A. Ascari, and A. Fortunato, "Hardness Penetration Depth Prediction in the Grind-Hardening Process through a Combined FEM model," Procedia CIRP, vol. 108, pp. 194-198, 2022/01/01/ 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.03.034.
 
[22]         M. Rabiey and E. Westkämper, "Dry Grinding with CBN Wheels, The Effect of Structuring," PhD, Mechanical Enginering, Stuuttgart university Germany, 2010.
 
[23]         S. Malkin and C. Guo, Grinding Technology: Theory and Application of Machining with Abrasives. Industrial Press, 2008.
 
[24]         F. klocke. "Cutting with geometrically undefined cutting edges, Simulation Techniques in Manufacturing Technology, Lecture 10." (accessed).
 
[25]         F. Klocke and A. Kuchle, Manufacturing Processes 2: Grinding, Honing, Lapping. Springer Berlin Heidelberg, 2009.
 
[26]         H. Z. Yang G, Du C, "External grind-hardening experiments and its grinding force," Journal Shanghai University (English Ed), vol. 13, no. 2, pp. 169-173, 2009, https://doi:10.1007/s11741-009-0215-1.
 
[27]         G. P. Zhang J, Jen T-G, Zhang L, "Experimental and numerical studies of AISI1020 steel in grind-hardening," Int J Heat Mass Transfer, vol. 52, pp. 787-795, 2009. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.06.037.