Rudojo lydyto aliuminio oksido mikromiltelių įtakos medžiagos paviršiaus šiurkštumui tyrimas
Savo darbe, ypač paviršių apdorojimo ar medžiagų apdirbimo srityje, beveik kasdien susiduriame su „šiurkštumo“ rodikliu. Tai tarsi medžiagos „pirštų atspaudas“, tiesiogiai lemiantis, ar vėlesnė danga gali prilipti, koks yra detalių atsparumas dilimui ir net mazgo sandarumo efektas. Šiandien nekalbėkime apie šias aukšto lygio teorijas, o susėskime ir kaip kolegos pasikalbėkime apie mūsų geriausiai žinomą seną draugą – rudus lydyto aliuminio oksido mikromiltelius – ir kaip jie „valdo“ medžiagų paviršiaus šiurkštumą.
I. Pirmiausia supraskime: kas tiksliai yra rudojo lydyto aliuminio oksido mikromilteliai?
Rudas lydytas aliuminio oksidas, paprastai tariant, yra tai, ką mes „rafinuojame“ elektrinėje lanko krosnyje naudodami tokias medžiagas kaip aliuminio oksidas ir koksas. Kadangi jame yra titano ir geležies oksidų, jis yra rusvos spalvos, iš čia ir kilo pavadinimas. Jis pasižymi dideliu kietumu, geru tvirtumu ir yra įperkamas, todėl yra „pagrindinis“ smėliasrovės ir šlifavimo pramonei.
Ir terminas „mikromilteliai“ yra esminis. Jie reiškia itin smulkius miltelius, gaunamus specialiu būdu susmulkinant ir sijojant rudą lydytą aliuminio oksidą, kurio dalelių dydis paprastai svyruoja nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių akučių. Nenuvertinkite šių miltelių; tai nebėra grubus „medžio kapojimo peilis“, o precizinis „skulptūrinis peilis“. Jų atsiradimas leido rudą lydytą aliuminio oksidą perkelti iš sunkių užduočių, tokių kaip storų oksido apnašų šalinimas iš liejinių, į tikslaus mechaninio apdirbimo sritį, kur reikalinga itin aukšta paviršiaus kokybė.
II. Kaip jis „skulptuoja“ paviršių? – Dinamiškas mikroskopinis pasaulis
Daugelis žmonių mano, kad smėliavimas yra tiesiog paviršiaus daužymas smėliu, ir kuo stipriau daužoma, tuo šiurkštesnis jis tampa. Tai iš dalies tiesa, bet tiems iš mūsų, kurie tyrinėja mikromiltelius, kita pusė yra esmė. Rudos lydyto aliuminio oksido mikromiltelių įtaka paviršiaus šiurkštumui yra sudėtingas dinaminis procesas, kurį apibendrinu į tris pagrindinius efektus:
„Gręžimo“ efektas (makropjovimas): Tai intuityviausias būdas. Dideliu greičiu skriejančios mikromiltelių dalelės, tarsi nesuskaičiuojama daugybė mažyčių plaktukų ir kaltų, trenkiasi į medžiagos paviršių. Kietesnės dalelės tiesiogiai „įkanda“ į medžiagą, sudarydamos mažas duobutes. Šis etapas yra pagrindinė sparčiai didėjančio paviršiaus šiurkštumo priežastis. Įsivaizduokite lygų paviršių, išgraužtą daugybe mažyčių duobučių; skirtumas tarp viršūnių ir įdubimų smarkiai padidėja, natūraliai padidinant šiurkštumo vertes (pvz., Ra, Rz).
„Arimo“ efektas (plastinė deformacija): Tai įdomu. Kai dalelės į paviršių atsitrenkia ne statmenai, o „nubraukia“ jį kampu, jos gali tiesiogiai neperpjauti medžiagos. Vietoj to, kaip ir arimo metu, jos „suspaudžia“ paviršiaus medžiagą į šonus, sudarydamos iškilusį „griovelį“. Šis procesas tiesiogiai nepašalina medžiagos, bet plastinės deformacijos būdu pakeičia paviršiaus morfologiją, padidindamas skirtumą tarp viršūnių ir įdubimų.
„Sutankinimo“ ir „nuovargio“ efektai: nuolat veikiant mikrodalelėms, medžiagos paviršius patiria „suminkštėjimo“ procesą dėl pasikartojančių smūgių. Ankstyvieji smūgiai gali atlaisvinti paviršių, tačiau nuolatiniai smūgiai iš tikrųjų „sutankina“ paviršiaus sluoksnį, suformuodami tankų, sutvirtintą sluoksnį. Tuo pačiu metu pasikartojantys smūgiai sukelia medžiagos paviršiaus mikrostruktūros nuovargį, todėl vėlesnėms dalelėms lengviau pašalinti.
Kaip matote, net ir paprastas smėliavimo procesas mikroskopiniame pasaulyje apima tris efektus vienu metu ir sąveikauja tarpusavyje: „kasimą“, „arimą“ ir „plūkimą“.
III. Trys pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką rezultatams: dalelių dydis, slėgis ir kampas
Dabar, kai suprantame principą, kaip mes „įsakome“rudi lydyto aliuminio oksido mikromilteliainorint pasiekti norimą paviršiaus šiurkštumą realiomis eksploatavimo sąlygomis? Tai daugiausia priklauso nuo šių trijų pagrindinių veiksnių:
Pirmas veiksnys: dalelių dydis (koks stambus turėtų būti milteliai?)
Tai yra svarbiausias parametras. Paprastai tariant, esant toms pačioms sąlygoms, kuo stambesnės dalelės, tuo didesnė paviršiaus šiurkštumo vertė. Naudojant 80 akių stambius miltelius, vos keliais brūkštelėjimais paviršius bus labai šiurkštus; tačiau jei naudosite W40 ar dar smulkesnius mikromiltelius, gautas paviršius bus labai lygus ir subtilaus pojūčio. Tai panašu į medienos šlifavimą šiurkščiu ir smulkiu švitriniu popieriumi – rezultatai labai skiriasi. Todėl norint gauti mažą paviršiaus šiurkštumą, pirmas žingsnis yra pasirinkti smulkius mikromiltelius.
Antras pagrindinis elementas: purškimo slėgis (kokia jėga?)
Slėgis yra dalelėms suteikiama energija. Kuo didesnis slėgis, tuo greičiau dalelės skrenda, tuo daugiau jos turi kinetinės energijos ir tuo agresyvesnis „kasimo“ ir „arimo“ efektas, dėl kurio natūraliai gaunamas didesnis šiurkštumas. Tačiau yra vienas trūkumas: didesnis slėgis ne visada yra geresnis. Per didelis slėgis gali lemti per didelį pjovimą, netgi pažeisti ruošinio matmenų tikslumą ar net sulaužyti trapias medžiagas. Mūsų patirtis rodo, kad norint patenkinti valymo ir šiurkštumo reikalavimus, geriausia naudoti kuo mažesnį slėgį – „naudoti geriausią plieną ten, kur reikia“.
Trečiasis pagrindinis elementas: purškimo kampas (iš kurios krypties?)
Daugelis žmonių šį parametrą nepastebi. Tyrimai rodo, kad kai purškimo kampas yra nuo 70° iki 90° (beveik statmenai), šiurkštumo padidėjimas yra reikšmingiausias, nes dominuoja „kasimo“ efektas. Kai kampas tampa mažesnis (pvz., 30°–45°), „arimo“ efektas tampa ryškesnis, todėl susidaro kitoks šiurkštumo profilis. Jei norime išvalyti paviršių, bet nenorime, kad jis taptų per daug šiurkštus, kartais naudojame mažesnį kampą, kad pasiektume pusiausvyrą tarp valymo ir šiurkštumo.
IV. „Paslaptys“ ir praktinio pritaikymo apmąstymai
Vien teorijos nepakanka; daug „paslapčių“ galima rasti ir realiame darbe.
Pavyzdžiui, ruošinio „temperamentas“ (medžiagos savybės) yra labai svarbus. Naudojant tuos pačius parametrus apdirbant didelio kietumo grūdintą plieną ir minkštą aliuminį, bus gauti visiškai skirtingi rezultatai. Minkštos medžiagos yra labiau linkusios plastiškai deformuotis, sudarydamos gilius ir plačius „griovelius“ ir lengvai užsikemšdamos; kietos medžiagos labiau linkusios trapiai pleiskanoti, sudarydamos daugiau įdubimų.
Kitas pavyzdys – mikromiltelių „gyvavimo trukmė“.Rudos spalvos lydyto aliuminio oksido mikromilteliailaikui bėgant susidėvės ir sulūš. Nauja miltelių partija turi vienodą dalelių dydį, aštrius kraštus ir didelę pjovimo jėgą, todėl gaunamas vienodas ir santykinai didelis šiurkštumas. Tačiau naudoti milteliai su užapvalintais kraštais ir mažesnėmis dalelėmis tampa „seni ir susidėvėję“, dėl sumažėjusios pjovimo jėgos gali būti mažesnio ir vienodesnio šiurkštumo, tinkamo gauti vienodą paviršiaus „satino“ apdailą. Viskas priklauso nuo jūsų proceso reikalavimų.
Todėl tiriant poveikįrudi lydyto aliuminio oksido mikro milteliaiPaviršiaus šiurkštumo valdymas – tai ne tik medžiagos apžiūra ir atitinkamas darbas. Tai tikslaus valdymo mikroskopiniame pasaulyje menas. Turime būti kaip patyrę tradicinės kinų medicinos gydytojai, sumaniai įvaldyti „vaistinių žolelių“, tokių kaip „dalelės, slėgis ir kampas“, savybes ir veikimo būdus, o tada derinti tai su ruošinio medžiagos „sudėtimi“, kad paskirtume veiksmingiausią „vaistą“ ir pasiektume tobulą paviršiaus šiurkštumą.