Каков принцип работы станка для заточки ножей с перемоткой?

A Шлифовальный станок для перемотки ножей действует по принципу контролируемое удаление абразивного материала : вращающийся шлифовальный круг приводится в точный, повторяемый контакт с режущей кромкой дискового ножа, удаляя микрослои изношенной или поврежденной стали и восстанавливая геометрически точную и острую режущую кромку. Весь процесс управляется тремя взаимозависимыми подсистемами — приводом шлифовального круга, механизмом удержания и вращения ножа и системой контроля подачи — работающими в скоординированной последовательности для создания последовательного, повторяемого профиля кромки.

На практике станок закрепляет дисковый нож на прецизионном шпинделе, вращает его с контролируемой скоростью и перемещает шлифовальный круг по поверхности ножа с запрограммированной скоростью подачи и глубиной резания. Результатом является восстановленный угол скоса с точностью до в пределах /-0,5 градуса и шероховатость поверхности обычно находится в диапазоне Ra от 0,2 до Ra 0,8 микрометра , в зависимости от спецификации чистового прохода.

Шлифовальный круг: основной режущий элемент

Шлифовальный круг – это функциональное сердце станка. Это абразивный инструмент на связке, то есть абразивные зерна (режущие вещества) скрепляются матрицей из керамической, резиноидной или металлической связки. Поскольку круг вращается с высокой окружной скоростью, каждое обнаженное абразивное зерно действует как одноточечный режущий инструмент, срезая крошечную стружку ножевой стали при каждом проходе. В принципе, это идентично обычной механической обработке, но на микроскопическом уровне, с участием миллионов точек резания одновременно.

Скорость вращения колеса и скорость съема материала

Окружная скорость шлифовального круга обычно поддерживается в пределах 25 и 35 м/с для обычных дисков из оксида алюминия и до 45 м/с для суперабразивных кругов CBN (кубического нитрида бора), используемых на ножах из закаленной инструментальной стали или твердосплавных сплавах. Более высокая окружная скорость увеличивает количество режущих контактов в секунду, улучшая качество поверхности и одновременно снижая нагрузку стружки на зерно, что продлевает срок службы круга.

Скорость съема материала (MRR) выражается в кубических миллиметрах стали, удаляемой в секунду. При заточке ножей глубина резания за проход намеренно остается небольшой — обычно 0,005–0,02 мм за проход -- для предотвращения термического повреждения кромки ножа. Чрезмерное нагревание во время шлифования может снизить твердость стали на расстояние от 0,1 до 0,3 мм от режущей кромки. Это явление известно как термическое размягчение или пригорание, что приводит к быстрому затуплению в процессе эксплуатации.

Виды абразивов и их применение

• Оксид алюминия (Al2O3): Стандартный абразив для ножей из быстрорежущей стали (HSS) и инструментальной стали средней твердости, используемых при переработке бумаги и нетканых материалов. Экономичен и широко доступен.
• Карбид кремния (SiC): Используется для более твердых и хрупких материалов. Менее распространен при заточке ножей, но применим к некоторым лезвиям с керамическим покрытием.
• CBN (кубический нитрид бора): Суперабразив подходит для ножей твердостью выше 60HRC. Обеспечивает значительно более длительный срок службы колес – обычно от 50 до 100 раз дольше, чем оксид алюминия, и обладает превосходной термической стабильностью (источник: Norton Abrasives Grinding Handbook, 2019).
• Алмаз: Используется для заточки ножей из карбида вольфрама. Алмазные круги обязательны для твердосплавных полотен, поскольку обычные абразивы не могут эффективно резать твердый сплав.

Удержание и вращение ножа: обеспечение концентричности

Чтобы процесс шлифования дал приемлемый результат, дисковый нож необходимо удерживать и вращать с высокой точностью. Биение (эксцентриситет) ножа во время заточки напрямую влияет на изменение диаметра готового лезвия. . В станках групповой резки, где несколько ножей должны совпадать по диаметру с точностью до 0,01 мм, любое биение шпинделя недопустимо.

Нож крепится на шпиндель с прецизионной заточкой с помощью цангового патрона, магнитной планшайбы или гидравлической расширительной оправки, в зависимости от диаметра отверстия ножа и конструкции станка. Биение шпинделя на качественных перемоточно-ножевых заточных станках поддерживается на уровне менее 0,003 мм (3 микрометра) TIR (общее показание индикатора) — спецификация, проверенная во время приемочных испытаний машины.

Скорость вращения ножа

Сам нож во время заточки вращается медленно – обычно при от 5 до 30 об/мин -- позволяя шлифовальному кругу постепенно работать по всей окружности. Такое медленное вращение гарантирует постоянное сохранение дуги контакта колеса с ножом, создавая равномерный скос без плоских пятен или выступов по периметру ножа. Некоторые станки индексируют нож фиксированными угловыми шагами, а не непрерывным вращением, особенно при заточке ножей с радиальными элементами или повреждениями, локализованными в одном секторе.

Система подачи: контроль глубины и траверсы

Система подачи управляет двумя независимыми осями движения, которые вместе определяют результат шлифования:

• Подача (глубина оси резания): Перемещает шлифовальный круг к поверхности ножа с шагом, равным 0,001 мм за шаг. Эта ось определяет, сколько материала удаляется за цикл шлифования, и контролирует конечный диаметр ножа.
• Траверса (поперечная ось скольжения): Перемещает шлифовальный круг по ширине скоса ножа. Скорость перемещения - обычно от 50 до 300 мм/мин -- в сочетании с глубиной подачи определяет качество поверхности и выделение тепла. Более медленный ход при мелкой подаче обеспечивает более чистую обработку; более быстрое перемещение при более глубокой подаче удаляет материал быстрее, но с более грубой текстурой поверхности.

На станках с ЧПУ, таких как серия MCD. Шлифовальный станок для перемотки ножей Обе оси имеют сервопривод и управляются программируемым логическим контроллером (ПЛК) или специальным блоком ЧПУ. Оператор вводит целевой угол фаски, общий съем материала, количество черновых и чистовых проходов, а также скорость перемещения; машина выполняет цикл автоматически и повторяет его одинаково для каждого ножа в партии.

Формирование угла скоса: геометрия процесса шлифования

Угол скоса — внутренний угол режущей кромки ножа — определяется угловым соотношением между поверхностью шлифовального круга и поверхностью ножа в точке контакта. Это соотношение устанавливается путем наклона шлифовальной головки или шпинделя ножа на нужный угол перед началом цикла шлифования.

Общие углы скоса для различных материалов показаны в таблице ниже. Это общепринятые в отрасли отправные точки; фактические углы точно настраиваются в зависимости от марки ножевой стали и конкретных условий резки.

Профиль шлифовального круга — плоский, угловой или закругленный — также влияет на конечную геометрию кромки. Плоская поверхность круга образует плоскую фаску; закругленный круг обеспечивает небольшую полую заточку, что уменьшает угол на кончике режущей кромки, сохраняя при этом прочность основы за ней. Полая шлифовка предпочтительна для пленок и фольги, где требуется чрезвычайная острота.

Система охлаждающей жидкости: предотвращение термического повреждения

При шлифовании на границе раздела круг-заготовка выделяется тепло за счет трения и пластической деформации стружки. Без активного охлаждения температура кромки ножа может подняться до От 300 до 800 градусов Цельсия в течение нескольких секунд — значительно выше температуры отпуска большинства инструментальных сталей (обычно от 150 до 250 градусов C для применений, где твердость критична). Превышение температуры отпуска снижает твердость и создает растягивающие остаточные напряжения, которые способствуют образованию микрочипов в процессе эксплуатации.

Система охлаждающей жидкости на станке для заточки ножей с перемоткой выполняет четыре функции:

1. Отвод тепла: Проток охлаждающей жидкости, направленный в зону шлифования, поглощает тепло от границы раздела и уносит его от ножа.
2. Промывка чипа: Поток охлаждающей жидкости удаляет металлическую стружку и абразивный мусор из зоны шлифования, предотвращая повторное резание стружки, ухудшающей качество поверхности.
3. Чистка колес: Непрерывный поток охлаждающей жидкости препятствует загрузке (засорению) торца круга металлическими частицами, сохраняя эффективность резания.
4. Предотвращение коррозии: Охлаждающие жидкости на водной основе содержат ингибиторы коррозии для защиты как поверхности шлифовального ножа, так и конструкции машины.

Концентрацию охлаждающей жидкости обычно поддерживают на уровне От 3 до 8% водорастворимого масла или синтетической охлаждающей жидкости. , сбалансированный для обеспечения смазывающей способности без стимулирования роста бактерий в поддоне (источник: Рекомендации IMTS Metalworking Fluid Management, 2021). Техническое обслуживание поддона, включая проверку концентрации, мониторинг pH (целевой уровень pH от 8,5 до 9,5) и регулярную замену жидкости, является стандартной частью технического обслуживания машины.

Правка круга: восстановление шлифовального круга

В процессе работы шлифовального круга абразивные зерна изнашиваются и тускнеют, а торец круга нагружается металлическими частицами. Это постепенно снижает эффективность резки и ухудшает качество поверхности. Правка – это процесс заточки и повторной правки шлифовального круга. с помощью алмазного инструмента для правки — одноточечного алмаза, алмазного валика или вращающегося алмазного правящего инструмента, установленного на станке.

Во время правки алмазный инструмент перемещается по поверхности круга с контролируемой скоростью подачи, разрушая и удаляя внешний слой круга, обнажая свежее, острое абразивное зерно. Правка также исправляет любые отклонения от круглой формы, возникающие из-за неравномерного износа колеса. На станках с ЧПУ правка программируется как часть автоматического цикла и выполняется после заданного количества проходов ножа или при превышении порогового значения усилия или мощности, гарантируя, что круг всегда находится в оптимальном состоянии без вмешательства оператора.

Компенсация износа круга является смежной функцией: поскольку диаметр круга уменьшается в результате правки и нормального износа, система ЧПУ автоматически смещает положение подачи для поддержания правильной глубины резания. Без этой компенсации уменьшение диаметра колеса приведет к постепенному уменьшению фаски ножа. На таких машинах, как серия MCD Шлифовальный станок для перемотки ножей , эта компенсация выполняется автоматически, устраняя необходимость ручной корректировки смещения диаметра между циклами.

Полный цикл шлифования: шаг за шагом

Понимание каждой фазы цикла заточки помогает операторам оптимизировать настройки машины для конкретного типа и состояния ножа:

1. Установка ножа и установка опорной точки: Нож устанавливается на шпиндель, и машина исследует поверхность ножа, чтобы определить исходное положение. Эта база данных гарантирует, что запрограммированное общее удаление материала применяется от фактической текущей поверхности ножа, а не от теоретического положения.
2. Черновые проходы: Шлифовальный круг удаляет большую часть изношенного или поврежденного материала при большей глубине подачи (обычно 0,01–0,02 мм за проход ) и быстрее перемещаться. На этом этапе можно выполнить несколько проходов в зависимости от степени повреждения кромки.
3. Получистовые проходы: Подача снижается до 0,005–0,01 мм за проход и скорость перемещения снижается. Эти проходы корректируют геометрию фаски, установленную при черновой обработке, и доводят шероховатость поверхности до приемлемого уровня для чистовой стадии.
4. Завершающий проход: На последнем проходе используется минимальная подача (часто от 0,001 до 0,003 мм или проход с нулевой подачей) и самый медленный ход для получения окончательной отделки поверхности. Искровые проходы, при которых круг перемещается без дополнительной подачи, позволяют ослабить остаточные силы шлифования и обеспечить более чистовую обработку, чем на черновой или получистовой стадии.
5. Измерение и проверка диаметра: После заточки диаметр ножа измеряют на станке контактным щупом или автономно микрометром. Результат сравнивается с заданным диаметром и диапазоном допуска. Если в пределах допуска, нож отпускают; если снаружи, выполняются дополнительные корректирующие проходы.

Управление ЧПУ: автоматизация точности и повторяемости

Ручные шлифовальные станки требуют, чтобы квалифицированный оператор устанавливал глубину резания, скорость перемещения и угол для каждого ножа, что приводит к различиям между операторами и между сменами. Станки для заточки ножей с перемоткой и ЧПУ заменяют ручной ввод сохраненными программами, гарантируя, что каждый нож, заточенный по заданной программе, получает одинаковую геометрию кромки независимо от того, кто управляет станком .

Современный контроллер шлифования с ЧПУ хранит несколько программ ножа (обычно от 50 до 200 программ в системах среднего уровня), каждая из которых содержит:

• Настройка угла скоса
• Количество черновых, получистовых и чистовых проходов.
• Глубина подачи за проход для каждой фазы
• Скорость перемещения для каждой фазы
• Скорость вращения ножа
• Частота правки и параметры подачи правки
• Целевой диаметр ножа и допуск

Эта возможность программирования особенно ценна на предприятиях по переработке нескольких подложек, где один и тот же станок должен затачивать ножи для линий по производству бумаги, пленки и фольги. Переключение между типами ножей требует только вызова программы, а не механической реконфигурации, что сокращает время настройки с От 15 до 30 минут (вручную) до менее 2 минут (вызов программы ЧПУ) .

Как принцип работы влияет на реальную производительность

Описанный выше принцип работы — контролируемое удаление абразива, точное вращение ножа, программируемые оси подачи, активное охлаждение и автоматическая компенсация кругов — в совокупности дает измеримые результаты в операциях обработки:

Данные в таблице выше основаны на отраслевых сравнениях, опубликованных Техническим комитетом AIMCAL (Ассоциации международных металлизаторов, производителей покрытий и ламинаторов) в 2022 году. Фактические результаты зависят от марки ножевой стали, основы и состояния машины.

Увеличенный срок службы цикла заточки, достижимый на правильно эксплуатируемом станке с ЧПУ, является прямым результатом контролируемой термической среды (предотвращает размягчение кромки) и последовательного удаления материала (предотвращает чрезмерное шлифование, которое ускоряет потерю диаметра). При наборе ножей в 200 лезвий разница между 6 и 14 циклами заточки представляет собой 8 дополнительных сроков службы на каждый нож -- прямое снижение ежегодных затрат на закупку лезвий.