5 Tips Grinding untuk Permukaan Halus yang Unggul

Pemesinan produksi grinding CNC presisi bersinar ketika bagian memerlukan toleransi geometri yang ketat dan finishing permukaan berkualitas. Biasanya, finishing permukaan dalam rentang 32 mikroinci Ra hingga se rendah 4,0 mikroinci Ra dan lebih baik adalah angka yang harus dicapai. Secara komparatif, operasi milling atau pemutaran tradisional mungkin mencapai finishing sekitar 125 mikroinci hingga 32 mikroinci Ra.

Jika tujuannya adalah untuk meningkatkan finishing permukaan saat ini dari 20 mikroinci Ra menjadi 17 mikroinci Ra, maka dengan cukup meningkatkan kecepatan roda dan/atau mengurangi laju pengiriman sedikit mungkin sudah cukup. Namun, jika finishing yang lebih halus diperlukan, maka lima faktor ini harus diatasi.

1) Parameter Operasi Grinding

Menyesuaikan parameter grinding dapat menjadi solusi termudah dan tercepat untuk meningkatkan finishing permukaan bagian. Berikut adalah parameter kunci dan tindakan yang direkomendasikan untuk melakukannya dengan sukses.

Komponen ini digiling ke finishing permukaan 3,0 mikroinci Ra. Finishing ini dicapai menggunakan roda superabrasive dan dengan mengoptimalkan proses, termasuk menanggapi semua rekomendasi yang tercantum dalam artikel ini. Kredit foto: Norton | Saint-Gobain Abrasives.

Creep-feed/surface grinding:

• Tingkatkan kecepatan roda. Ini adalah titik awal yang baik. Namun, pastikan roda bernilai untuk berjalan pada kecepatan baru. Kecepatan operasi maksimal (MOS) akan dinyatakan di sisi roda.
• Kurangi laju pengiriman.
• Kurangi kedalaman potong.
• Tingkatkan jumlah pass spark-out.

Outer-diameter (OD)/Internal-diameter (ID) grinding:

• Tingkatkan kecepatan roda. Seperti yang disebutkan sebelumnya, roda harus bernilai untuk berjalan pada kecepatan baru. Kecepatan operasional maksimal akan dinyatakan di sisi roda.
• Kurangi kedalaman potong per revolusi.
• Kurangi kecepatan benda kerja (rpm): laju in-feed mungkin perlu disesuaikan untuk mempertahankan kedalaman per revolusi.
• Tingkatkan waktu dwell/spark-out.
• Gunakan oscillasi (praktik umum dalam plunge ID grinding).

Banyak mesin grinding saat ini memiliki pengontrol kecepatan variabel, sehingga mengubah kecepatan roda dapat dilakukan dengan hanya mengedit program CNC atau menyesuaikan pengontrol kecepatan spindle. Mesin lain mungkin memerlukan penggantian manual pulley dan belt.

Mengurangi laju pengiriman juga dapat dilakukan dengan mengedit program CNC atau menyesuaikan kontrol laju pengiriman. Namun, pendekatan ini dapat meningkatkan waktu siklus, yang tidak selalu opsi yang baik, terutama dalam operasi produksi di mana waktu siklus kritis. Dalam aplikasi di mana waktu siklus tidak kritis, mengurangi laju pengiriman mungkin opsi yang baik untuk meningkatkan finishing permukaan benda kerja.

Saat kecepatan roda ditingkatkan dan kedalaman potong serta laju pengiriman dikurangi, roda dapat menjadi tumpul. Ini meningkatkan risiko kerusakan termal pada benda kerja dan dapat meningkatkan gaya grinding. Oleh karena itu, hati-hati saat menyesuaikan parameter ini untuk tidak memperkenalkan masalah lain ke dalam proses.

2) Dressing Roda Grinding

Kondisi dressing untuk roda grinding konvensional dan superabrasive dapat dimanipulasi untuk membantu meningkatkan finishing permukaan. Ini biasanya dilakukan dengan melambatkan kecepatan traverse dressing dan/atau mengurangi kedalaman-per-pass selama dressing. Mengurangi kedalaman dressing membuat aksi dressing kurang agresif dan menghasilkan muka roda yang lebih halus, yang biasanya meningkatkan finishing permukaan benda kerja. Mengurangi kecepatan traverse dressing mengurangi dress lead, yang adalah jarak roda tempuh dalam satu rotasi roda. Dress lead dapat diterapkan pada proses dressing mana pun di mana alat dressing melintasi muka roda. Namun, dress lead tidak berlaku untuk operasi dressing plunge. Menyesuaikan lead adalah cara yang baik untuk meningkatkan finishing permukaan pada proses yang ada.

Dress lead adalah jarak roda tempuh dalam satu rotasi roda.

Tabel 1. Berikut adalah pedoman yang dipertimbangkan saat memilih overlap ratio.

Terbaik untuk menghitung overlap ratio dressing (yang mempertimbangkan lebar dresser) saat mengembangkan proses baru atau mengubah jenis alat dressing. Overlap ratio adalah jumlah kali setiap titik pada muka roda grinding akan menyentuh muka dresser saat dresser melintasi roda.

Overlap ratio dressing menentukan kondisi muka roda. Ini gilirannya menentukan kekasaran permukaan benda kerja. Saat overlap ratio meningkat, dresser mengenai grit yang sama pada roda lebih banyak kali, menciptakan topografi halus pada permukaan roda. Ini membuat muka roda tumpul dan tertutup, menghasilkan finishing permukaan yang lebih halus pada benda kerja.

The dressing overlap ratio determines the surface condition of the wheel face. 

Tabel 2. Berikut adalah persamaan untuk menentukan lead dan overlap ratio.

Namun, hati-hati untuk memastikan muka roda tidak terlalu tertutup setelah dressing yang sangat halus. Muka roda yang tertutup dapat menghasilkan daya grinding yang lebih tinggi karena permukaan roda tumpul dan dapat menyebabkan kerusakan termal pada benda kerja. Tabel 2 menunjukkan persamaan untuk menentukan lead dan overlap ratio.

3) Komposisi Roda Grinding: Ukuran Grit

Ukuran grit roda grinding memiliki efek langsung pada finishing permukaan. Semakin besar ukuran grit, semakin kasar finishing. Penting untuk memilih ukuran grit yang benar berdasarkan persyaratan finishing benda kerja. Tabel 3 menunjukkan jenis grit, ukuran dan saran untuk berbagai persyaratan finishing.

Tabel 3. Mengurangi ukuran grit roda grinding adalah satu cara untuk meningkatkan finishing permukaan. Tabel ini menunjukkan ukuran grit mana yang akan digunakan terkait dengan finishing yang diinginkan untuk roda grinding CBN dan diamond.

Sebelum mengubah ukuran grit, disarankan untuk dressing roda menggunakan parameter yang kurang agresif. Mengurangi ukuran grit berarti laju pengiriman mungkin perlu dikurangi dan, sebagai akibatnya, waktu siklus bisa meningkat. Ukuran grit yang lebih kecil tidak dapat menghapus bahan dengan tingkat removal rate yang setara dengan ukuran grit yang lebih kasar. Juga, kerusakan termal dapat diinduksi pada benda kerja saat menggunakan ukuran grit yang lebih kecil.

Komposisi roda grinding abrasif konvensional mencakup jenis dan ukuran abrasif, struktur roda (jarak grain), grade (kekerasan bond) dan jenis bond. Komposisi roda grinding superabrasive mencakup jenis dan ukuran abrasif, konsentrasi abrasif, dan grade dan jenis bond. Abrasif konvensional mencakup aluminium oxide, silicon carbide dan abrasif keramik; dan superabrasives mencakup diamond dan cubic boron nitride (cBN).

Sebelum memesan roda dengan ukuran grit yang lebih kecil, disarankan untuk menghubungi produsen/distributor roda grinding untuk menemukan komposisi roda terbaik untuk aplikasi.

4) Pengiriman Pendingin

Jika aplikasi pendingin tidak mencukupi, virsian grinding dapat dimasukkan kembali ke zona grinding. Virsian dapat menyebabkan goresan pada benda kerja, yang sering dialami dalam ID grinding. Penting untuk memastikan bahwa

Nozzle scrubber biasanya nozzle tekanan tinggi (500-1.000 psi), debit rendah yang diarahkan setelah zona grinding untuk menghapus virsian dari struktur roda.

nozzle pendingin diarahkan dengan benar ke zona grinding dan ada aliran serta tekanan pendingin yang cukup untuk membuang virsian dari area. Mengarahkan seluruh zona grinding dengan akurat dapat menjadi kunci untuk mencapai finishing permukaan yang konsisten di seluruh bagian. Dalam beberapa proses removal rate tinggi, mungkin perlu menyesuaikan tekanan pendingin untuk cocok dengan kecepatan roda untuk menghindari pembakaran bagian. Ini juga membantu menghapus virsian dari zona grinding.

Virsian juga dapat menempel pada roda grinding, dalam beberapa kasus. Ini dapat terjadi dalam grinding yang lebih agresif atau saat memproses logam tertentu yang cenderung menempel pada roda grinding. Dalam aplikasi ini, nozzle scrubber mungkin perlu diterapkan. Nozzle scrubber biasanya perangkat tekanan tinggi (500-1.000 psi), debit rendah yang diarahkan setelah zona grinding untuk menghapus virsian dari struktur roda.

Tabel 4. Aturan umum untuk grinding carbide adalah menggunakan filter yang akan menangkap partikel lebih besar dari 10% ukuran grit roda.

Nozzle scrubber tidak mungkin menjadi jawaban untuk ID grinding, meskipun, karena ruang terbatas di bore bagian. Pendingin flood harus digunakan dalam kasus ini. Namun, untuk OD dan creep-feed/surface grinding, nozzle scrubber sering dapat diterapkan tanpa mengganggu bagian atau fixture.

Filter pendingin yang buruk juga dapat secara negatif mempengaruhi finishing permukaan dan/atau menyebabkan goresan pada permukaan bagian. Jika partikel tidak difilter, mereka dapat dipompa kembali ke zona grinding bersama dengan pendingin. Saat filtering diduga sebagai penyebab goresan dan finishing buruk, filter mikron yang lebih kecil mungkin perlu digunakan. Sebagai contoh, aturan umum untuk grinding carbide adalah menggunakan filter yang akan menyaring partikel, setidaknya, lebih besar dari 10% ukuran grit roda (lihat Tabel 4).

Jenis pendingin juga dapat mempengaruhi finishing permukaan, biasanya, karena dampak lubricity pada aus roda. Pendingin straight oil biasanya mempromosikan aus roda yang lebih rendah dan, oleh karena itu, finishing permukaan yang lebih konsisten.

5) Kondisi Mesin

Faktor terkait mesin grinding dapat mempengaruhi finishing permukaan benda kerja. Ini termasuk:

Keseimbangan assembly roda/hub: Jika assembly roda grinding tidak diseimbangkan ke tingkat yang dapat diterima, dapat menghasilkan getaran dan/atau finishing permukaan yang buruk. Penyeimbangan dapat dilakukan menggunakan peralatan seperti static balancer, dynamic/manual balancer atau auto balancer yang dipasang pada mesin. Tipe peralatan yang akan digunakan akan ditentukan oleh presisi benda kerja yang diperlukan dan finishing permukaan.

Sistem auto balancer yang dipasang langsung pada spindle grinding adalah opsi penyeimbangan terbaik. Sistem ini secara otomatis memindahkan bobot dalam hub untuk mengakibatkan ketidakseimbangan roda/hub. Auto balancer terbatas pada mesin yang lebih besar seperti mesin creep-feed dan OD-type dan oleh karena itu tidak praktis untuk roda diameter kecil.

Metode terbaik berikutnya untuk penyeimbangan adalah sistem penyeimbangan dynamic/manual-type, yang dapat digunakan pada semua jenis mesin. Ini menyeimbangkan assembly roda/hub secara langsung pada mesin tetapi memerlukan gerakan manual bobot penyeimbang.

Terakhir, static balancing, yang dilakukan di luar mesin, memiliki keterbatasan dalam hal tingkat penyeimbangan yang dapat dicapai. Namun, ini lebih baik daripada tidak diseimbangkan dan, dalam beberapa aplikasi, berfungsi dengan baik.

Dikatakan demikian, tidak semua roda memerlukan penyeimbangan. Beberapa roda kecil yang memiliki massa rendah tidak memiliki bobot untuk menciptakan ketidakseimbangan yang bermasalah. Jadi, kecuali roda kecil ini berjalan pada kecepatan sangat tinggi atau jika mesin/sistem (quill) tidak kaku, penyeimbangan tidak diperlukan. Juga, roda yang digunakan untuk aplikasi presisi lebih rendah atau roughing mungkin tidak memerlukan penyeimbangan.

Kekakuan mesin: Kekakuan mesin yang buruk dapat mengarah pada kualitas benda kerja yang buruk. Seiring waktu, bearing spindle dapat aus dan longgar. Bearing juga dapat rusak jika mesin mengalami tabrakan. Secara mungkin, bearing spindle harus diperiksa secara berkala atau terus-menerus menggunakan peralatan analisis getaran. Peralatan ini adalah alat yang bagus untuk membantu memprediksi masalah mendatang dengan bearing spindle yang dapat mengakibatkan kualitas benda kerja yang buruk. Metode fixture dan clamping yang buruk juga dapat menghasilkan getaran atau defleksi dan, pada akhirnya, finishing permukaan yang buruk.

Sistem dressing: Dressing roda dengan benar sangat penting untuk mencapai finishing permukaan yang baik, jadi sistem dressing harus dalam kondisi baik. Alat stasioner harus diganti jika rusak atau aus. Alat rotary seperti spindle grinding harus diperiksa untuk getaran berlebihan, runout dan gerakan.

Maintenance alat mesin: Penting untuk mengikuti instruksi supplier alat mesin untuk pelumasan terjadwal, pemantauan kualitas udara terkompresi, frekuensi ganti filter dan seterusnya. Hub roda dan arbor harus diperiksa untuk kerusakan, serta fixture, steady rests, tailstock centers dan seterusnya. Pemeriksaan komponen mesin ini harus menjadi bagian dari rutinitas preventive maintenance harian bengkel.

Selain maintenance teratur, banyak perusahaan sekarang menerapkan program maintenance seperti condition-based monitoring (CBM), di mana mesin dipantau oleh sensor, seperti accelerometer, temperature gauge, pressure gauge dan seterusnya. Maintenance prediktif ini menggunakan data yang dikumpulkan dari sensor untuk menentukan tren, memprediksi kegagalan dan membantu menentukan kapan komponen seperti bearing perlu diganti.

Accelerometer dipasang pada spindle grinding siap untuk memeriksa tingkat getaran.

Norton|Saint-Gobain Abrasives | nortonabrasives.com/en-us

Tentang Penulis

John Hagan adalah senior application engineer dan Mark Martin adalah application engineer di Norton|Saint-Gobain Abrasives.