کدام اندازه دانه‌بندی برای دیسک‌های سنباده‌زنی فلزات بهترین عملکرد را دارد؟

تأثیر اندازه ذرات ساینده بر عملکرد دیسک‌های سایش فلزات

نرخ برش، زبری سطح (Ra/RMS) و حساسیت به فشار در محدوده‌های مختلف اندازه ذرات ساینده

اندازه ذرات شن‌ها واقعاً تعیین‌کننده کارایی دیسک سوهان‌زنی در هنگام برش سطوح فلزی است. شن‌های درشت با درجه‌بندی ۲۴ تا ۳۶ دارای دانه‌های ساینده بزرگی هستند که مقدار زیادی از ماده را به‌سرعت برداشته و برای کارهایی که نیاز به حذف لایه‌های ضخیم فلز دارند — مانند از بین بردن جوش‌ها یا انجام عملیات شکل‌دهی اولیه — بسیار مناسب هستند. اما در اینجا نیز یک محدودیت وجود دارد: این دیسک‌های درشت سطحی بسیار خشن با زبری بیش از ۱۲۵ میکرون Ra ایجاد می‌کنند و واکنش بدی نسبت به فشار زیاد اعمال‌شده در حین کار دارند. اگر کاربر فشار بیش از حدی وارد کند، دیسک سریع‌تر فرسوده می‌شود و ممکن است به قطعه کار آسیب برساند یا گرمای غیرمطلوبی ایجاد کند. گزینه‌های شن متوسط با درجه‌بندی ۴۰ تا ۶۰ نقطه تعادل مناسبی ایجاد می‌کنند؛ چراکه نرخ برداشتن ماده را در حد قابل قبولی حفظ کرده و در عین حال سطح را تا محدوده ۶۰ تا ۱۲۵ میکرون Ra صاف می‌سازند. این ویژگی، این شن‌های متوسط را به‌ویژه کاربردی می‌سازد، زیرا نسبت به شن‌های درشت، تحمل بیشتری در برابر سطوح مختلف مهارت اپراتور دارند. در مورد شن‌های ریز با درجه‌بندی ۸۰ تا ۱۲۰، کیفیت پرداخت نهایی از سرعت برش اهمیت بیشتری دارد. این ذرات ریزتر معمولاً سطوحی با زبری کمتر از ۶۰ میکرون Ra تولید می‌کنند، هرچند اپراتوران برای رسیدن به نتیجه مطلوب مجبورند چندین بار روی یک ناحیه عبور کنند، چون این شن‌ها مانند شن‌های درشت عمل نمی‌کنند و ماده را به‌سرعت برداشته نمی‌کنند. برای دستیابی به بهترین نتیجه با این شن‌های ریز، طبق گفته اغلب تکنسین‌های با تجربه، اعمال فشاری ملایم اما پایدار در طول فرآیند سوهان‌زنی مؤثرترین روش است.

چرا اعداد کمتر از درجه‌ی سایش (گریت) مقدار بیشتری ماده را حذف می‌کنند—اما نه همیشه به‌صورت کارآمدتر

ذرات ساینده درشت مانند ۲۴ تا ۳۶ به نظر اولیه مواد را سریع‌تر از بین می‌برند، اما در واقع با گذشت زمان و هنگام استفاده طولانی‌مدت، کارایی آن‌ها کاهش می‌یابد. ذرات ساینده بزرگ‌تر تمایل دارند تحت تأثیر حرارت و فشار سریع‌تر تخریب شوند؛ بنابراین، براساس مشاهدات اکثریت کارگاه‌ها، عمر این دیسک‌ها کوتاه‌تر از گزینه‌های با دانه‌بندی متوسط است. عمر دیسک‌ها حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد کوتاه‌تر از دیسک‌های با دانه‌بندی متوسط خواهد بود. بدتر اینکه، خطوط عمیق ایجادشده توسط دانه‌بندی‌های درشت معمولاً نیازمند دوره‌ای دیگر از کارهای صیقل‌دهی هستند که می‌تواند به‌راحتی حدود یک‌چهارم از کل زمان پردازش را مصرف کند. دیسک‌های با دانه‌بندی متوسط در محدوده ۴۰ تا ۶۰ برای کارهای مداوم روی موادی مانند فولاد ضدزنگ یا چدن عملکرد بهتری دارند، زیرا مقاومت بیشتری در برابر انسداد یا لایه‌شدن (گلاژ) نشان می‌دهند. جمع‌بندی نهایی این است که انتخاب درشت‌ترین دانه‌بندی موجود ممکن است در ابتدا سریع به نظر برسد، اما در نگاه کلی به هزینه‌ها و ضرب‌الاجل‌ها تقریباً هیچ‌گاه منطقی نیست. کارایی واقعی از انتخاب سطح مناسب دانه‌بندی ناشی می‌شود که در طول کل فرآیند کار، نه صرفاً در ابتدا، به‌درستی عمل کند.

انتخاب اندازه ذرات بهینه بر اساس نوع فلز برای دیسک‌های سنباده‌زنی

فولاد ضدزنگ و چدن: ذرات متوسط (۳۶ تا ۶۰) برای تعادل و مقاومت در برابر انسداد

اندازه‌های دانه‌بندی بین ۳۶ تا ۶۰ تقریباً انتخاب استاندارد برای کار با فولاد ضدزنگ و چدن شده‌اند. این محدودهٔ متوسط دانه‌بندی، تعادل خوبی بین حذف مواد و دستیابی به پرداخت سطحی مناسب (حدود ۴۰ تا ۶۰ میکرواینچ Ra) ایجاد می‌کند. همچنین این دانه‌بندی‌ها در برابر پدیده‌ای به نام «اتصال» (loading) مقاومت بیشتری دارند؛ یعنی ذرات ساینده به دلیل چسبندگی ذرات فلزی چسبنده که در عملیات سنباده‌زنی باعث انسداد می‌شوند، کمتر مسدود می‌شوند. ساینده‌های زیرکونیا-آلومینا واقعاً در این محدوده عملکرد عالی دارند، زیرا حتی تحت فشار نیز به برش ادامه می‌دهند؛ این امر ناشی از نحوهٔ تخریب آن‌ها و نمایان‌شدن لبه‌های برش جدید در طول سایش است. استفاده از دانه‌بندی کوچک‌تر از ۳۶ باعث ایجاد مشکلاتی مانند تولید بیش از حد گرما می‌شود که ممکن است منجر به تغییر شکل سطوح یا ایجاد ترک‌های ریز گردد. از سوی دیگر، استفاده از دانه‌بندی بزرگ‌تر از ۶۰، سرعت عملیات را کاهش داده و باعث لایه‌نشینی (glazing) چرخ ساینده می‌شود، بدون اینکه بهبود قابل‌توجهی در کیفیت پرداخت برای مراحل اولیهٔ سنباده‌زنی ایجاد کند. یک مزیت مهم دیگر این است که دانه‌بندی‌های متوسط به جلوگیری از پدیدهٔ سخت‌شدن سطحی (work hardening) در قطعات فولاد ضدزنگ کمک می‌کنند؛ پدیده‌ای که از اهمیت بالایی برای حفظ خواص محافظتی در برابر خوردگی در قطعات نهایی برخوردار است.

فولاد نرم و آلومینیوم: زمانی که دانه‌های دیسک ساینده درشت (۲۴ تا ۳۶) یا ریز (۸۰ تا ۱۲۰) عملکرد برجسته‌ای دارند

هنگام کار با فولاد نرم، استفاده از ذرات ساینده با درجه‌ی خشنی بسیار بالا منطقی است. دیسک‌های خشن با درجه‌ی ذره‌بندی بین ۲۴ تا ۳۶ برای کارهای حذف سریع مواد—مانند سوهان‌کشی درزهای جوش—بسیار مؤثر هستند. از سوی دیگر، ذرات ساینده‌ی ریز با درجه‌ی ذره‌بندی بین ۸۰ تا ۱۲۰، سطوح صاف و یکنواختی را ایجاد می‌کنند که پیش از اعمال رنگ یا سایر پوشش‌ها ضروری است. اما در مورد آلومینیوم، امر پیچیده‌تر می‌شود. همان ذرات خشن (۲۴–۳۶) که اکسید آلومینیوم دارند، در جلسات سوهان‌کشی سنگین، مقاومت بهتری در برابر مشکلات «بارگیری» (loading) از خود نشان می‌دهند؛ البته این مسئله زمانی صادق است که با قطعات ضخیم‌تر سروکار داشته باشیم. اما در مورد ورق‌های نازک آلومینیوم، وضعیت متفاوت است: استفاده از این ذرات خشن ممکن است منجر به تاب‌خوردگی فلز شود؛ بنابراین اغلب کارگران مجرب سوهان‌کشی بلافاصله به ذراتی با درجه‌ی ذره‌بندی حدود ۶۰ یا ریزتر روی می‌آورند. برای دستیابی به پایان‌کاری بی‌نقص و بدون خراش—که به‌ویژه در آماده‌سازی سطوح برای آنودایز کردن یا حفظ ظاهر بصری اهمیت فراوانی دارد—استفاده از ذرات ساینده با درجه‌ی ذره‌بندی ۸۰ تا ۱۲۰ کاملاً ضروری می‌شود. داده‌های صنعتی نیز نکته‌ی جالبی در مورد مشکلات سوهان‌کشی آلومینیوم نشان می‌دهند: حدود ۶۰ درصد تمام عیوب—از جمله لکه‌های کشیده‌شده (smears)، سوختگی‌ها و پایان‌کاری ناهموار—مستقیماً ناشی از انتخاب نادرست اندازه‌ی ذرات ساینده است. برای پیشگیری از این مشکلات، توصیه می‌شود از ذرات ریزتر همراه با فشار دستی ملایم‌تر استفاده کرد و اطمینان حاصل کرد که در طول فرآیند سرمایش کافی انجام می‌شود تا از ایجاد لکه‌های حرارتی (thermal smearing) جلوگیری شود.

عوامل حیاتی غیرمربوط به ذرات ساینده که بر اثربخشی دیسک‌های سایشی تأثیر می‌گذارند

سختی چسباننده و نوع دانه‌بندی — نحوه تعامل آن‌ها با اندازه ذرات ساینده در فلز

اندازه دانه‌ها (گریت) نقطه شروعی را برای انتظارات ما از یک دیسک ساینده فراهم می‌کند، اما در واقع آنچه اهمیت دارد، نحوه تعامل سختی چسبنده با نوع دانه برای تحقق نتایج واقعی است. عامل چسباننده باید دقیقاً سفتی لازم را داشته باشد. اگر خیلی نرم باشد، دانه‌ها بیش از حد زود از دیسک جدا می‌شوند که هم منجر به هدررفت هزینه‌های مربوط به مواد ساینده و هم ایجاد مسائل ایمنی می‌شود. اما اگر خیلی سفت باشد، دیسک قادر به پاک‌سازی خودکار مناسب در حین کار نخواهد بود و مشکلاتی مانند گرم‌شدن بیش از حد، ایجاد لایه‌ای شیشه‌مانند روی سطح و در نهایت متوقف‌شدن کامل فرآیند برش را به همراه دارد. نوع دانه‌ای که انتخاب می‌کنیم نیز تفاوت بسیار زیادی ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، اکسید آلومینیوم که در اکثر دیسک‌های ۲۴ تا ۶۰ گریت دیده می‌شود، به‌صورت قابل پیش‌بینی‌ای تخریب می‌شود؛ بنابراین هنگام کار با سطوح فولاد ضدزنگ، مواد را به‌طور یکنواختی از بین می‌برد. از سوی دیگر، آلومینا زیرکونیا برای کاربردهای درشت‌تر با گریت‌های ۳۶ تا ۸۰ عملکرد بهتری دارد. این ماده تحت فشار شدید مقاومت بسیار بالاتری دارد و مدت زمان طولانی‌تری به‌صورت کارآمد برش را ادامه می‌دهد. تحقیقات منتشرشده در سال ۲۰۲۳ نشان داد که هنگامی که سازندگان ترکیب مناسب چسبنده و دانه را اعمال می‌کنند، حدود ۱۹٪ بهبود در میزان مواد برداشته‌شده در واحد زمان نسبت به دیسک‌هایی که این عناصر به‌خوبی با یکدیگر هماهنگ نشده‌اند، مشاهده می‌شود. بنابراین، اگرچه اندازه دانه‌ها (گریت) به ما پتانسیل یک دیسک را نشان می‌دهد، اما در نهایت کیفیت چسبنده و انتخاب دانه است که تعیین می‌کند آیا این پتانسیل در محیط‌های عملیاتی واقعی — مانند کارگاه‌هایی که هر روز با فلزات واقعی سروکار دارند — به عملکرد واقعی تبدیل می‌شود یا خیر.