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Furlani, Eddy (2012) Studio dell'abrasivo flessibile nel processo di satinatura dei materiali metallici. [Tesi di dottorato]

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[img]Documento PDF (Tesi di dottorato - XXIV ciclo -)
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Abstract (inglese)

Surface grinding and finishing by abrasive belt is difficult because the basic physical mechanisms of this abrasion process are still not well understood. So, in the industry, the belt grinding and finishing setup is still based on empirical rules. For each new product specification, a lot of preliminary tests are indeed necessary to achieve the optimal operational configuration of the process. The grinding setup time is made longer by the fact that the process variables are numerous and the effects of their combinations are very difficult to evaluate.
Relating to this particular abrasive finishing technology which employs a soft coated belt as a tool, an attempt in this study was made to identify the simultaneous influences of the working parameters on the achievement of the working. The parameters considered are: the stiffness of the contact wheel, the feed velocity of the process, the rotation velocity of the abrasive belt, the characteristics of the worked material, the wear condition of the abrasive particle of which the abrasive belt is composed.
In the first part of this research were performed a lot of tests which have the aim of finding out the correlation among the removing capability of the abrasive belt and the power required, according to the other independent variables of the grinding process.
After an accurate study of the data, a complete regression model was extrapolated which could estimate the removing capability of the abrasive belt and the relative power consumption according to the variation of the variables previously mentioned.
Although coated abrasive belts are superior to grinding wheels in metal removal action, this ability is often cancelled by considerable changes in their grinding characteristics with grinding time. Since changes in the grinding characteristics are undoubtedly caused by wear of the abrasive belt, it is understandable the many papers concerning the wear of coated abrasive belt have been published. However, no quantitative relation has yet been reported because the wear process is very complicated to develop.
In the second part of this study, wear characteristics of the abrasive cutting edges on coated abrasive belts were investigated by microscope observations. The heights of most grain cutting edges on coated abrasive belts gradually decrease from the tips owing to friction wear, happening during the process. Therefore, except for a short initial period when the belt is new, grinding is performed mainly by abrasive cutting edges with worn grain flats at their tips. Several tests have been performed for studying the wear behaviour of the abrasive belt. According to the experimental data obtained and the analysis of the wear phenomenon was obtained a regression model that estimates the tool wear under varying process conditions. This paper outlines a multi-variable regression by which the wear behaviour of the abrasive belt can be estimated quantitatively as well as the surface roughness according to the process condition. The shape and distribution pattern of the grain cutting edges have an important effect on the performance of an abrasive belt.
This regression model is supported by numerous experiments which show that the quality of the finished surfaces is dependent on the wear state of the coated abrasive belt. This paper, showing wear rates and wear mechanisms, suggests the existence of promising way for increasing the efficiency of abrasive technological processes.

Abstract (italiano)

La satinatura e la finitura delle superfici con nastro abrasivo flessibile sono un complesso processo di abrasione perché non sono ancora ben compresi i meccanismi fisici alla base. Così, nell’industria, la lavorazione di satinatura e finitura con nastro abrasivo è un’operazione ancora lasciata a regole empiriche e così, per ogni nuova esigenza produttiva, si rendono necessari molti test preliminari al fine di raggiungere la configurazione ottimale di funzionamento del processo. Il tempo di setup della satinatura risulta quindi allungato dal fatto che le variabili di processo sono numerose e gli effetti delle loro combinazioni sono molto difficili da valutare.
Ed è relativamente a questa particolare tecnologia di finitura superficiale, che impiega come utensile il nastro abrasivo flessibile, che in questo studio è stato fatto un tentativo per identificare le influenze simultanee dei parametri di processo sull’ottenimento della lavorazione desiderata. I parametri considerati sono: la rigidità della ruota di contatto, la velocità di avanzamento del processo, la velocità di rotazione del nastro abrasivo, le caratteristiche del materiale lavorato, lo stato di usura delle particelle abrasive di cui il nastro abrasivo è composto.
Nella prima parte di questa ricerca sono stati eseguiti molti test con lo scopo di scoprire la correlazione tra la capacità di asportazione del nastro abrasivo e la potenza necessaria per l’asportazione in base alle altre variabili indipendenti dal processo di satinatura.
Dopo un accurato studio dei dati, un completo modello di regressione è stato estrapolato al fine di stimare la capacità di asportazione del nastro abrasivo ed il consumo di energia, in base alla combinazione delle variabili precedentemente menzionate.
Sebbene i nastri abrasivi flessibili siano superiori alle mole nella capacità di asportazione, questa capacità è spesso annullata da notevoli cambiamenti delle loro caratteristiche di asportazione con il tempo di lavorazione. Dal momento che questi cambiamenti nella capacità di asportazione sono indubbiamente causati dall'usura del nastro abrasivo, è comprensibile che numerosi articoli riguardanti l'usura del nastro abrasivo siano stati pubblicati, tuttavia, nessuna relazione quantitativa è ancora stato pubblicata perché il processo di usura risulta molto complesso da rappresentare in un modello matematico di semplice applicazione.
Nella seconda parte di questo studio, l’aspetto dell’usura dei nastri abrasivi flessibili è stata studiata attraverso osservazioni al microscopio. Le altezze della maggior parte degli abrasivi, costituenti il nastro abrasivo flessibile, diminuiscono gradualmente a causa dei fenomeni di attrito che si verificano durante la lavorazione. Pertanto, fatta eccezione per un breve periodo iniziale quando il nastro abrasivo è nuovo, il processo di satinatura è eseguito principalmente da granuli abrasivi la cui estremità è piatta e consumata. Molte prove sperimentali sono state condotte per analizzare il comportamento ad usura del nastro abrasivo. Sulla base dei dati sperimentali raccolti e sulle analisi del fenomeno di usura è stato ottenuto un modello di regressione che stima l’usura dell’utensile al variare delle condizioni di processo.
In questo modello di regressione la forma del tagliente dei granuli abrasivi e la loro distribuzione hanno un effetto importante sulle prestazioni del nastro abrasivo. Questo modello di regressione è sostenuto da numerosi esperimenti che dimostrano che la qualità delle superfici ottenute dipende lo stato di usura del nastro abrasivo. Questo studio permette di stimare tassi e meccanismi di usura evidenziando i possibili miglioramenti che permetterebbero di aumentare l'efficienza dei processi tecnologici che interessano i nastri abrasivi flessibili.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Ferro, Paolo
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 24 > Scuole 24 > INGEGNERIA INDUSTRIALE > MECCATRONICA E SISTEMI INDUSTRIALI
Data di deposito della tesi:23 Gennaio 2012
Anno di Pubblicazione:23 Gennaio 2012
Parole chiave (italiano / inglese):macchine satinatrici/grinding machine nastro abrasivo flessibile/abrasive belt
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/17 Impianti industriali meccanici
Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/21 Metallurgia
Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/16 Tecnologie e sistemi di lavorazione
Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/22 Scienza e tecnologia dei materiali
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali
Codice ID:4404
Depositato il:26 Ott 2012 09:42
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