تطوير وتطبيق المواد الكاشطة وأدوات الطحن

الأدوات الكاشطة هي الأدوات المستخدمة للطحن واللف والتلميع. معظم الأدوات الكاشطة هي أدوات صناعية مصنوعة من المواد الكاشطة والمجلدات، كما أن هناك أدوات كاشطة طبيعية يتم معالجتها مباشرة من المعادن الطبيعية. بالإضافة إلى استخدامها على نطاق واسع في تصنيع الآلات وصناعات معالجة المعادن الأخرى، يتم استخدام الأدوات الكاشطة أيضًا في معالجة الأغذية وصناعة الورق ومعالجة المواد غير المعدنية مثل السيراميك والزجاج والحجر والبلاستيك والمطاط والخشب. أثناء استخدام الأدوات الكاشطة، عندما تكون حبيبات الكاشطة غير حادة، بسبب التجزئة الجزئية لحبيبات الكاشطة نفسها أو كسر المادة الرابطة، تسقط حبيبات الكاشطة جزئيًا أو كليًا من أداة الكشط، وتسقط المادة الكاشطة على سطح العمل للأداة الكاشطة. تظهر أداة الكشط حواف قطع جديدة بشكل مستمر، أو تعرض بشكل مستمر حبيبات كاشطة حادة جديدة، بحيث تتمكن أداة الكشط من الحفاظ على أداء القطع لفترة معينة فترة من الزمن. تعد خاصية الشحذ الذاتي للأدوات الكاشطة سمة بارزة للأدوات الكاشطة مقارنة بأدوات القطع العامة.

في وقت مبكر من العصر الحجري الحديث، بدأ البشر بالفعل في استخدام أحجار الطحن الطبيعية لمعالجة السكاكين الحجرية، والفؤوس الحجرية، وأدوات العظام، وأدوات القرن، وأدوات الأسنان. في عام 1872، ظهرت عجلات طحن السيراميك المصنوعة من المواد الكاشطة الطبيعية والطين في الولايات المتحدة. حوالي عام 1900، ظهرت المواد الكاشطة الاصطناعية إلى حيز الوجود، وتم إنتاج أدوات الطحن المختلفة المصنوعة من المواد الكاشطة الاصطناعية واحدة تلو الأخرى، مما خلق الظروف للتطور السريع لآلات الطحن والطحن. ومنذ ذلك الحين، انخفضت نسبة أدوات الطحن الطبيعية في أدوات الطحن تدريجيًا.

يتم تصنيف المواد الكاشطة إلى فئتين وفقًا لمصادر المواد الخام الخاصة بها: المواد الكاشطة الطبيعية والمواد الكاشطة الاصطناعية. المادة الكاشطة الطبيعية الوحيدة المستخدمة بشكل شائع في صناعة الآلات هي حجر الزيت. يتم تصنيف المواد الكاشطة الاصطناعية إلى خمس فئات وفقًا لأشكالها الأساسية وخصائصها الهيكلية: عجلات الطحن، ورؤوس الطحن، والأحجار الزيتية، والبلاط الرملي (يشار إليها مجتمعة باسم المواد الكاشطة المستعبدة) والمواد الكاشطة المطلية. بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا تصنيف المواد الكاشطة عادةً كنوع من المواد الكاشطة.

يمكن تقسيم المواد الكاشطة المرتبطة إلى مواد كاشطة شائعة ومواد كاشطة شديدة الصلابة وفقًا للمواد الكاشطة المستخدمة. الأول مصنوع من مواد كاشطة شائعة مثل اكسيد الالمونيوم وكربيد السيليكون، في حين أن الأخير مصنوع من مواد كاشطة فائقة الصلابة مثل الماس ونيتريد البورون المكعب. وبالإضافة إلى ذلك، هناك بعض الأصناف الخاصة، مثل المواد الكاشطة الملبدة اكسيد الالمونيوم.

المواد الكاشطة العادية الكاشطة هي مواد كاشطة يتم ربطها بواسطة مادة رابطة لتكوين شكل معين ولها قوة معينة. وتتكون عمومًا من مواد كاشطة ومواد رابطة ومسام، والتي غالبًا ما تسمى العناصر الثلاثة للمواد الكاشطة المرتبطة.

تلعب المواد الكاشطة دورًا قطعيًا في أداة الطحن. الرابط هو المادة التي تعمل على دمج المادة الكاشطة السائبة في أداة الطحن. هناك نوعان: غير عضوي وعضوي. تشمل المواد الرابطة غير العضوية السيراميك والمغنيسيا وسيليكات الصوديوم وما إلى ذلك؛ تشمل المواد الرابطة العضوية الراتنجات والمطاط واللك، وما إلى ذلك. ومن بينها السيراميك والراتنجات والمواد الرابطة المطاطية هي الأكثر استخدامًا.

أثناء الطحن، يمكن أن تحتوي المسام على الرقائق وتزيلها، ويمكنها أيضًا الاحتفاظ بسائل التبريد، مما يساعد على تبديد حرارة الطحن. لتلبية بعض متطلبات المعالجة الخاصة، يمكن أيضًا تشريب المسام بمواد حشو معينة، مثل الكبريت والبارافين، لتحسين أداء أداة الكشط. يُطلق على هذا الحشو أيضًا اسم العنصر الرابع للأداة الكاشطة.

تشمل العناصر التي تشير إلى خصائص الأدوات الكاشطة العادية الكاشطة: الشكل وحجم المادة الكاشطة وحجم الجسيمات والصلابة والبنية والبطانة والغراء الداعم وعامل الربط. تشير صلابة الأدوات الكاشطة إلى صعوبة سقوط الحبوب الكاشطة من سطح الأدوات الكاشطة تحت تأثير القوة الخارجية، وهو ما يعكس قوة عامل الترابط الذي يمكنه حمل الحبوب الكاشطة.

تعتمد صلابة أداة الكشط بشكل أساسي على كمية المادة الرابطة المضافة وكثافة أداة الكشط. إذا سقطت الجسيمات الكاشطة بسهولة، فهذا يعني أن أداة الكشط ذات صلابة منخفضة؛ وإلا فهذا يعني أن الصلابة عالية. ينقسم مستوى الصلابة عمومًا إلى سبعة مستويات رئيسية: فائقة النعومة، وناعمة، ومتوسطة النعومة، ومتوسطة، ومتوسطة الصلابة، وصلبة وفائقة الصلابة. ويمكن تقسيم هذه المستويات إلى عدة مستويات صغيرة. طرق قياس صلابة الأدوات الكاشطة هي طريقة المخروط اليدوي وطريقة المخروط الميكانيكي وطريقة اختبار صلابة روكويل وطريقة اختبار صلابة السفع الرملي.

صلابة أداة الطحن لها علاقة مقابلة مع معاملها المرن الديناميكي، مما يفضي إلى استخدام الطريقة الصوتية لقياس المعامل المرن الديناميكي لأداة الطحن للتعبير عن صلابة أداة الطحن. في عملية الطحن، إذا كانت صلابة المواد لقطعة العمل عالية، يتم اختيار أداة طحن ذات صلابة منخفضة بشكل عام؛ وبخلاف ذلك، يتم اختيار أداة طحن ذات صلابة عالية.

يمكن تقسيم البنية المجهرية للأدوات الكاشطة تقريبًا إلى ثلاث فئات: ضيقة ومتوسطة وفضفاضة. يمكن تقسيم كل فئة إلى عدة مستويات، والتي تتميز بأرقام البنية المجهرية. كلما زاد عدد البنية المجهرية للأداة الكاشطة، قلت نسبة حجم المادة الكاشطة في الأداة الكاشطة، واتسعت الفجوة بين حبيبات الكاشطة، وكلما كانت البنية المجهرية أكثر مرونة. على العكس من ذلك، كلما كان رقم البنية المجهرية أصغر، كلما كانت البنية المجهرية أكثر إحكاما. ليس من السهل تعطيل الأدوات الكاشطة ذات الهياكل المجهرية السائبة أثناء الاستخدام، وتولد حرارة أقل أثناء عملية الطحن، ويمكن أن تقلل من تشوه الحرارة وحروق قطعة العمل. ليس من السهل أن تسقط حبيبات الأدوات الكاشطة ذات الهياكل الدقيقة الضيقة، مما يساعد على الحفاظ على الشكل الهندسي للأداة الكاشطة. يتم التحكم في البنية المجهرية للأداة الكاشطة فقط وفقًا لصيغة الأداة الكاشطة أثناء التصنيع ولا يتم قياسها بشكل عام.