Vliv vibrací na kvalitu povrchu při broušení pokročilé keramiky

Effect of Vibrations on Surface Quality in Advanced Ceramics Grinding

journal article - other

Czech

Pokročilá keramika se dlouhodobě drží na předních příčkách seznamů perspektivních materiálů pro high-tech aplikace. Jedním z nejvýznamnějších keramických materiálů je karbid křemíku SiC. Vzhledem k široké škále použití v různých segmentech průmyslu má smysl zlepšovat procesy výroby součástí z SiC, mezi něž patří také broušení diamantovým kotoučem. V současnosti jsou však pro broušení keramiky často používány brusky navržené pro opracování tvárných materiálů. Tyto však mohou být pro obrábění keramiky konstrukčně nedostatečné, a to se projeví zhoršenou kvalitou povrchu dílů. Příspěvek se zabývá vlivem vibrací stroje na kvalitu povrchu vzorků vyrobených ze slinutého karbidu křemíku. Vzorky byly broušeny diamantovým kotoučem na konvenční rovinné brusce a během zkoušek byly měřeny vibrace a dále zaznamenáno silové zatížení pomocí piezoelektrického dynamometru. Cílem zkoušek bylo diagnostikovat zdroje chvění, které způsobují zhoršenou kvalitu povrchu vzorků. Analýzou naměřených dat byly určeny významné frekvence. Diskuze výsledků naznačuje příčiny nežá-doucích vibrací a z toho plynoucí možná nápravná opatření.

Advanced ceramics have long held the top of the list of promising materials for high-tech applications. One of the most important ceramic materials is silicon carbide SiC. Due to the wide range of applications in different industrial fields, it makes sense to improve the process of SiC components machining, including diamond wheel grinding. Up to now grinding machines for machining ductile materials are often used for ceramics grinding. However, these machines may be insufficient for ceramics machining, and this will result in worse surface quality. The paper deals with the influ-ence of grinding machine vibrations on the surface quality of samples made of sintered silicon carbide. The basic characteristics of the material are shown in the tables 2.1 and 2.2. The samples were grinded with a diamond wheel on conventional planar grinding machine. Both the grinding machine and grinding wheel characteristics are shown in the tables 2.3 and 2.4 and the cutting conditions are in the table 2.5. For every cutting conditions combination the vibrations were measured by Brüel&Kjaer instruments (three-axis CCLD accelerometer, Photon analyzer) and the grinding forces were recorded by piezoelectric dynamometer KISTLER 9257B. The whole experiment setup including coordinate system is shown in the Fig. 2.1. The aim of the tests was to diagnose the sources of vibrations that cause deteriorated surface quality. The samples surfaces after grinding are shown in the Fig. 3.1 Vibration measurements results for representative sample 1 are shown in the Fig. 3.2 Results of spectral analysis in individual axes obtained by Fast Fourier Transformation (FFT) are presented. Significant frequencies were determined by the measured data analyzing. A dominant vibration with a frequency of 268.1 Hz was determined. This indicates a problem located in front of the machine's gearbox but it does not have a significant effect on deteriorated surface quality. In this case, lines on the surface were caused by frequency at 43.95 Hz which were in the direction of grinder table feed (X axes). In the Fig. 3.3 are shown results from grinding forces measurement by piezoelectric dynamometer. The forces values alternately rises and decreases and they even reach zero values. This means that the grinding wheel is not engaged. It can be further observed that the frequency of these alternating decreases and rises exactly corresponds to the machine frequency at 43.95 Hz. The only possible explanation for such behavior is that the lines on the samples surfaces are caused by a microposition in the X-axis direction due to the clamping of fragile ceramic sample between the rubber washers. The perspective of further tests lies above all in finding a problematic place causing the grinder vibrations, including a suitable method of ceramic samples clamping.

Pokročilá keramika, karbid křemíku, broušení, diamantový brousicí kotouč, vibrace

Advanced Ceramics, Silicone Carbide, Grinding, Diamond Grinding Wheel, Vibrations

SÁMELOVÁ, V.

30. 6. 2018

Univerzita J. E. Purkyně, Fakulta strojního inženýrství

Ústí nad Labem

1211-4162

Strojírenská technologie

XXIII

1

Czech Republic

35

41

7