Jäännösjännitykset hionnassa: syntymekanismit ja vaikuttavat tekijät

Abstract

Hionta on lastuava työstömenetelmä, jossa hiomalaikan hiomarakeet toimivat leikkaavina terinä. Tasohionta on hiomaprosessi, jossa kappale, sen syöttöliike ja hiomalaikka on yleensä yhdensuuntaisia. Jäännösjännitykset ovat sisäisiä jännitystiloja kappaleessa, ja vetojäännösjännitykset heikentävät kappaleen ominaisuuksia altistaen sitä esimerkiksi murtumille. Tässä työssä tutustutaan tasohionnassa muodostuviin jäännösjännityksiin, kuinka hiontaparametrien valinta vaikuttaa muodostumiseen ja mitä vaikutuksia materiaalin ominaisuuksiin jäännösjännityksillä on. Työ on kirjallisuuskatsaus, jonka tavoitteena on selvittää, kuinka hiontaparametrit tulisi valita, ettei haitallisia vetojäännösjännityksiä muodostuisi kappaleen pintaan. Ensin esitellään tasohhiomaprosessi, hiomakoneessa tarvittavat elementit ja työssä tarkasteltavat hiontaparametrit. Tämän jälkeen tutustutaan kolmeen päätapaan, jolla jäännösjännityksiä hionnassa muodostuu, eli mekaanisen hankaus, lämpö ja faasimuutosten aiheuttama tiheyden muutos. Hiontaparametrien tarkastelussa havaittiin, että lastuamissyvyyden pieni nosto voi tehdä jäännösjännityksistä puristavampia. Paljon kasvattamalla lämpötilan nousun vaikutukset ylittävät mekaanisen hankauksen vaikutuksen, ja jäännösjännitykset kasvavat kohti vetojäännösjännityksiä. Pääsääntöisesti lastuamisnopeuden isommalla kasvattamisella jäännösjännitykset menevät kohti vetojännityksiä. Syöttönopeuden kasvattaminen pienentää kappaleen altistumista lämmölle ja näin saadaan aikaan puristavampia jäännösjännityksiä. Lastuamisnopeuden kasvattamisen negatiivisia vaikutuksia voidaankin pienentää kasvattamalla syöttönopeutta samanaikaisesti. Useimmiten lastuamissyvyydestä ja -nopeudesta johdannaisen lastuvirran isompi nostaminen vie jäännösjännityksiä kohti vetojännitystä. Hiontaparametrien valinta siten, että lämpötila ei nouse liikaa, ehkäisee vetojäännösjännityksiä ja niiden haitallisia vaikutuksia kappaleelle. Korkean vetojäännösjännityksen havaittiin synnyttävän enemmän säröjä kappaleen pintaan sekä tekevän niistä suurempia. Säröt altistavat kappaletta herkemmin murtumaan väsymisen vuoksi, ja mekaanisten ja kemiallisten ilmiöiden yhdistelmät jännityssäröily ja korroosioväsyminen esiintyvät todennäköisemmin vetojäännösjännityksellä olevan kappaleen pinnassa.