Hegeman, J

University of Groningen

Fundamentals of grinding:Surface conditions of ground materials

Proceedings - University of Groningen

   University of GroningenFundamentals of grindingHegeman, JIMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordPublication date:2000Link to publication in University of Groningen/UMCG research databaseCitation for published version (APA):Hegeman, J. (2000). Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials. s.n.CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.Download date: 16-07-2023  137  SAMENVATTING Dit proefschrift beschrijft het onderzoek naar de fysische aspecten van het slijp-proces van harde en brosse materialen. Slijpen kan worden opgevat als het ge-controleerd slijten van materiaal. Gedurende het slijpproces wordt een werk-stuk vervormd door de slijpkorrels op het slijpwiel. Tijdens deze deformatie wordt materiaal verwijderd van het werkstuk, maar daarnaast is het mogelijk dat gelijktijdig schade wordt aangebracht aan het oppervlak. Deze schade kan zowel bestaan uit mechanische schade als uit een verandering van functionele eigenschappen. Voorbeelden van mechanische schade zijn het ontstaan van scheuren in het oppervlak, plastische vervormingen en verandering van sterkte van het materiaal. Bij de functionele eigenschappen valt te denken aan magneti-sche en piëzo-elektrische eigenschappen. Ofschoon het slijpproces een signifi-cante invloed kan hebben op de eigenschappen van een geslepen oppervlak, wordt dit proces vaak toegepast tijdens de fabricage van producten omdat de maatvoering vanuit het productieproces vaak niet voldoende nauwkeurig is. Dit type bewerkingsproces heeft twee voordelen. Het bewerkingsproces is snel en heeft een hoge graad van nauwkeurigheid.  Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een fysisch model dat de veranderingen in materiaaleigenschappen kan voorspellen en optimalisatie van de procesvariabelen mogelijk maakt. Het model wordt vervolgens geverifieerd aan de hand van slijpexperimenten met twee verschillende materialen namelijk kobalt–wolfraamcarbide en mangaan zink ferriet. Het slijpmodel In deze dissertatie wordt een driedimensionaal model voorgesteld voor het si-muleren van het slijpproces van platte oppervlakken. In de literatuur zijn overwegend eendimensionale modellen behandeld. Doordat de geometrie van een slijpwiel directe invloed heeft op de topografie van het geslepen oppervlak, SAMENVATTING 138 is de correcte mathematische beschrijving van het wiel een cruciale stap in de simulatie. Het model gaat uit van een willekeurige distributie van slijpkorrels op het slijpwiel. De gemiddelde vorm van een korrel kan worden beschreven door een ellipsoïde waarbij de drie radii willekeurige lengtes hebben. Hierdoor kan de korrelgrootte worden gevarieerd. De wijze waarop het materiaal rea-geert op het krassen van de slijpkorrel, wordt voornamelijk bepaald door de vorm van de slijpkorrels en de mechanische eigenschappen van het materiaal. Een stompe korrel ploegt het materiaal om in tegenstelling tot een scherpe slijpkorrel welk een snijdende werking  heeft. De verdeling en de gemiddelde grootte van de korrels werden gemeten met behulp van een confocale micro-scoop en een elektronenmicroscoop.  Nadat het slijpwiel is gesimuleerd, kan de topografie van een geslepen opper-vlak worden berekend met behulp van de bewegingsvergelijkingen van het slijpwiel en het werkstuk. Voor deze berekening wordt een coördinatentrans-formatie uitgevoerd van het coördinatensysteem van het slijpwiel naar het sys-teem van het werkstuk. De simulatie kan worden opgevat als de superpositie van ‘unit events’; de afzonderlijke krassen op het oppervlak. Ook de krachten die tijdens het slijpproces op het werkstuk worden uitgeoefend kunnen worden gesimuleerd. Door de mechanische deformatie zal na het slijpen de restspan-ning in het materiaal zijn toegenomen. Deze spanning kan worden berekend door aan te nemen dat het krassen op het oppervlak kan worden benaderd door indentaties in het oppervlak. Wanneer de restspanning is berekend, kan de ver-andering van andere materiaaleigenschappen worden geschat, doordat deze eigenschappen vaak worden beïnvloed door spanningen in het materiaal. Zo kan onder andere de verandering in magnetische permeabiliteit worden be-paald, omdat deze eigenschap is gerelateerd aan de (rest)spanningen in het ma-teriaal via de magneto-elastische constanten.  Het slijpen van kobalt–wolfraamcarbide Kobalt–wolfraamcarbide is een materiaal dat vaak wordt gebruikt voor boren en beitels vanwege de hoge slijtvastheid en hardheid van deze materialen. Ko-balt–wolfraamcarbide bestaat uit keramische wolfraamcarbide korreltjes bij-eengehouden door een metalen bindmiddel, kobalt. De microstructuur, dat wil zeggen de grootte en verdeling van de wolfraam carbide korrels, beïnvloedt de hardheid en slijtvastheid van een materiaal. Deze kunnen worden beschreven in termen van vrije weglengte in de kobalt fase. In dit onderzoek is aangetoond dat het slijpen van dit materiaal leidt tot schade in de wolfraamcarbide korrels   SAMENVATTING   139 en tot plastische deformatie van het kobalt bindmiddel. Door dwarsdoorsneden te maken van het geslepen materiaal, loodrecht op de slijprichting, kan de in-vloed van het slijpen op het oppervlak worden bestudeerd. Met behulp van elektronen microscopie is uit dit onderzoek gebleken dat op het geslepen op-pervlak een gedeformeerde laag ligt van ongeveer 1.5 µm dikte, bestaande uit gefragmenteerde wolfraamcarbide deeltjes en uitgesmeerd kobalt bindmiddel met wolfraamcarbide. Het ontstaan van deze laag kan worden verklaard aan de hand van de aangebrachte spanningen tijdens het slijpproces. Om deze laag te verklaren werden de spanningen gesimuleerd met behulp van het ontwikkelde fysische model, met als resultaat dat het spanningsveld op deze diepte een maximum heeft boven de treksterkte van kobalt–wolfraamcarbide. Door de laag weg te etsen, kunnen de wolfraamcarbide korrels onder deze laag worden bestudeerd. Daarbij blijkt dat een groot deel van deze deeltjes plastisch is gede-formeerd door beweging van dislocaties op de prismatische kristalvlakken. Ook is geconstateerd dat een deel van deze korrels was gebroken.  Met behulp van Röntgendiffractie werd de restspanning in de wolfraam-carbidefase bepaald. De resultaten laten zien dat de gemeten restspanningen onafhankelijk zijn van de aangebrachte spanning tijdens het slijpproces. Dit kan worden verklaard doordat Röntgenstraling een relatief lage indringdiepte heeft, waardoor hoofdzakelijk wordt gemeten in het via scheuren gerelaxeerde deel van het materiaal. De ruwheid van de geslepen oppervlakken werd gemeten met een confocale microscoop en werd vergeleken met de resultaten van het model. De parameters die de amplitude van de ruwheid beschrijven stemmen in hoge mate overeen. Echter, de parameters die de laterale ruwheid beschrij-ven wijken enigszins af, omdat een nauwkeurige beschrijving van materiaalge-drag ontbreekt. Het slijpen van mangaan zink ferrieten Mangaan zink ferriet is een keramisch materiaal met zeer goede magnetische eigenschappen. Dit materiaal wordt onder andere gebruikt voor magnetische spoeltjes. Wanneer het materiaal wordt geslepen, blijkt uit de studie met de elektronenmicroscoop, dat het materiaal overwegend via brosse breuk en het uitbreken van losse korrels van het werkstuk verwijderd wordt. Hierdoor is het materiaalgedrag niet goed te beschrijven als perfect plastisch en daarom is een andere aanpak vereist. Hiertoe is eerst een Voronoi-cel-diagram geconstrueerd, welk het gesinterde polykristallijne ferriet voorstelt. Daarna is het slijpprofiel berekend voor het ideaal plastisch materiaalgedrag, zoals werd gedaan voor het SAMENVATTING 140 wolfraamcarbide. Het resultaat hiervan is over de Voronoi cellen gelegd. Ver-volgens is aangenomen dat alle cellen boven het berekende profiel zijn verwij-derd door brosse breuk en dat alles onder het profiel plastisch is gedeformeerd. De restspanningen kunnen worden berekend met behulp van het model en daarna kan de verandering in magnetische permeabiliteit worden geschat. De resultaten van het model stemmen zowel voor de ruwheidsmetingen als voor de magnetische permeabiliteit in hoge mate overeen met de gemeten waarden van de experimenteel geslepen MnZn ferrieten. Conclusies In dit proefschrift is aangetoond dat het mogelijk is om veranderingen in mate-riaalgedrag door een slijpproces te voorspellen op basis van een nieuw fysisch model.  Het model is gevalideerd met behulp van microscopische waarnemin-gen, spanningsmetingen en ruwheids metingen. 

Dutch

ARTS repository - University of Groningen

   University of GroningenFundamentals of grindingHegeman, JIMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordPublication date:2000Link to publication in University of Groningen/UMCG research databaseCitation for published version (APA):Hegeman, J. (2000). Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials. s.n.CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.Download date: 05-12-2023  137  SAMENVATTING Dit proefschrift beschrijft het onderzoek naar de fysische aspecten van het slijp-proces van harde en brosse materialen. Slijpen kan worden opgevat als het ge-controleerd slijten van materiaal. Gedurende het slijpproces wordt een werk-stuk vervormd door de slijpkorrels op het slijpwiel. Tijdens deze deformatie wordt materiaal verwijderd van het werkstuk, maar daarnaast is het mogelijk dat gelijktijdig schade wordt aangebracht aan het oppervlak. Deze schade kan zowel bestaan uit mechanische schade als uit een verandering van functionele eigenschappen. Voorbeelden van mechanische schade zijn het ontstaan van scheuren in het oppervlak, plastische vervormingen en verandering van sterkte van het materiaal. Bij de functionele eigenschappen valt te denken aan magneti-sche en piëzo-elektrische eigenschappen. Ofschoon het slijpproces een signifi-cante invloed kan hebben op de eigenschappen van een geslepen oppervlak, wordt dit proces vaak toegepast tijdens de fabricage van producten omdat de maatvoering vanuit het productieproces vaak niet voldoende nauwkeurig is. Dit type bewerkingsproces heeft twee voordelen. Het bewerkingsproces is snel en heeft een hoge graad van nauwkeurigheid.  Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een fysisch model dat de veranderingen in materiaaleigenschappen kan voorspellen en optimalisatie van de procesvariabelen mogelijk maakt. Het model wordt vervolgens geverifieerd aan de hand van slijpexperimenten met twee verschillende materialen namelijk kobalt–wolfraamcarbide en mangaan zink ferriet. Het slijpmodel In deze dissertatie wordt een driedimensionaal model voorgesteld voor het si-muleren van het slijpproces van platte oppervlakken. In de literatuur zijn overwegend eendimensionale modellen behandeld. Doordat de geometrie van een slijpwiel directe invloed heeft op de topografie van het geslepen oppervlak, SAMENVATTING 138 is de correcte mathematische beschrijving van het wiel een cruciale stap in de simulatie. Het model gaat uit van een willekeurige distributie van slijpkorrels op het slijpwiel. De gemiddelde vorm van een korrel kan worden beschreven door een ellipsoïde waarbij de drie radii willekeurige lengtes hebben. Hierdoor kan de korrelgrootte worden gevarieerd. De wijze waarop het materiaal rea-geert op het krassen van de slijpkorrel, wordt voornamelijk bepaald door de vorm van de slijpkorrels en de mechanische eigenschappen van het materiaal. Een stompe korrel ploegt het materiaal om in tegenstelling tot een scherpe slijpkorrel welk een snijdende werking  heeft. De verdeling en de gemiddelde grootte van de korrels werden gemeten met behulp van een confocale micro-scoop en een elektronenmicroscoop.  Nadat het slijpwiel is gesimuleerd, kan de topografie van een geslepen opper-vlak worden berekend met behulp van de bewegingsvergelijkingen van het slijpwiel en het werkstuk. Voor deze berekening wordt een coördinatentrans-formatie uitgevoerd van het coördinatensysteem van het slijpwiel naar het sys-teem van het werkstuk. De simulatie kan worden opgevat als de superpositie van ‘unit events’; de afzonderlijke krassen op het oppervlak. Ook de krachten die tijdens het slijpproces op het werkstuk worden uitgeoefend kunnen worden gesimuleerd. Door de mechanische deformatie zal na het slijpen de restspan-ning in het materiaal zijn toegenomen. Deze spanning kan worden berekend door aan te nemen dat het krassen op het oppervlak kan worden benaderd door indentaties in het oppervlak. Wanneer de restspanning is berekend, kan de ver-andering van andere materiaaleigenschappen worden geschat, doordat deze eigenschappen vaak worden beïnvloed door spanningen in het materiaal. Zo kan onder andere de verandering in magnetische permeabiliteit worden be-paald, omdat deze eigenschap is gerelateerd aan de (rest)spanningen in het ma-teriaal via de magneto-elastische constanten.  Het slijpen van kobalt–wolfraamcarbide Kobalt–wolfraamcarbide is een materiaal dat vaak wordt gebruikt voor boren en beitels vanwege de hoge slijtvastheid en hardheid van deze materialen. Ko-balt–wolfraamcarbide bestaat uit keramische wolfraamcarbide korreltjes bij-eengehouden door een metalen bindmiddel, kobalt. De microstructuur, dat wil zeggen de grootte en verdeling van de wolfraam carbide korrels, beïnvloedt de hardheid en slijtvastheid van een materiaal. Deze kunnen worden beschreven in termen van vrije weglengte in de kobalt fase. In dit onderzoek is aangetoond dat het slijpen van dit materiaal leidt tot schade in de wolfraamcarbide korrels   SAMENVATTING   139 en tot plastische deformatie van het kobalt bindmiddel. Door dwarsdoorsneden te maken van het geslepen materiaal, loodrecht op de slijprichting, kan de in-vloed van het slijpen op het oppervlak worden bestudeerd. Met behulp van elektronen microscopie is uit dit onderzoek gebleken dat op het geslepen op-pervlak een gedeformeerde laag ligt van ongeveer 1.5 µm dikte, bestaande uit gefragmenteerde wolfraamcarbide deeltjes en uitgesmeerd kobalt bindmiddel met wolfraamcarbide. Het ontstaan van deze laag kan worden verklaard aan de hand van de aangebrachte spanningen tijdens het slijpproces. Om deze laag te verklaren werden de spanningen gesimuleerd met behulp van het ontwikkelde fysische model, met als resultaat dat het spanningsveld op deze diepte een maximum heeft boven de treksterkte van kobalt–wolfraamcarbide. Door de laag weg te etsen, kunnen de wolfraamcarbide korrels onder deze laag worden bestudeerd. Daarbij blijkt dat een groot deel van deze deeltjes plastisch is gede-formeerd door beweging van dislocaties op de prismatische kristalvlakken. Ook is geconstateerd dat een deel van deze korrels was gebroken.  Met behulp van Röntgendiffractie werd de restspanning in de wolfraam-carbidefase bepaald. De resultaten laten zien dat de gemeten restspanningen onafhankelijk zijn van de aangebrachte spanning tijdens het slijpproces. Dit kan worden verklaard doordat Röntgenstraling een relatief lage indringdiepte heeft, waardoor hoofdzakelijk wordt gemeten in het via scheuren gerelaxeerde deel van het materiaal. De ruwheid van de geslepen oppervlakken werd gemeten met een confocale microscoop en werd vergeleken met de resultaten van het model. De parameters die de amplitude van de ruwheid beschrijven stemmen in hoge mate overeen. Echter, de parameters die de laterale ruwheid beschrij-ven wijken enigszins af, omdat een nauwkeurige beschrijving van materiaalge-drag ontbreekt. Het slijpen van mangaan zink ferrieten Mangaan zink ferriet is een keramisch materiaal met zeer goede magnetische eigenschappen. Dit materiaal wordt onder andere gebruikt voor magnetische spoeltjes. Wanneer het materiaal wordt geslepen, blijkt uit de studie met de elektronenmicroscoop, dat het materiaal overwegend via brosse breuk en het uitbreken van losse korrels van het werkstuk verwijderd wordt. Hierdoor is het materiaalgedrag niet goed te beschrijven als perfect plastisch en daarom is een andere aanpak vereist. Hiertoe is eerst een Voronoi-cel-diagram geconstrueerd, welk het gesinterde polykristallijne ferriet voorstelt. Daarna is het slijpprofiel berekend voor het ideaal plastisch materiaalgedrag, zoals werd gedaan voor het SAMENVATTING 140 wolfraamcarbide. Het resultaat hiervan is over de Voronoi cellen gelegd. Ver-volgens is aangenomen dat alle cellen boven het berekende profiel zijn verwij-derd door brosse breuk en dat alles onder het profiel plastisch is gedeformeerd. De restspanningen kunnen worden berekend met behulp van het model en daarna kan de verandering in magnetische permeabiliteit worden geschat. De resultaten van het model stemmen zowel voor de ruwheidsmetingen als voor de magnetische permeabiliteit in hoge mate overeen met de gemeten waarden van de experimenteel geslepen MnZn ferrieten. Conclusies In dit proefschrift is aangetoond dat het mogelijk is om veranderingen in mate-riaalgedrag door een slijpproces te voorspellen op basis van een nieuw fysisch model.  Het model is gevalideerd met behulp van microscopische waarnemin-gen, spanningsmetingen en ruwheids metingen. 

English

   University of GroningenFundamentals of grindingHegeman, JIMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordPublication date:2000Link to publication in University of Groningen/UMCG research databaseCitation for published version (APA):Hegeman, J. (2000). Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials. s.n.CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.Download date: 13-02-2023  137  SAMENVATTING Dit proefschrift beschrijft het onderzoek naar de fysische aspecten van het slijp-proces van harde en brosse materialen. Slijpen kan worden opgevat als het ge-controleerd slijten van materiaal. Gedurende het slijpproces wordt een werk-stuk vervormd door de slijpkorrels op het slijpwiel. Tijdens deze deformatie wordt materiaal verwijderd van het werkstuk, maar daarnaast is het mogelijk dat gelijktijdig schade wordt aangebracht aan het oppervlak. Deze schade kan zowel bestaan uit mechanische schade als uit een verandering van functionele eigenschappen. Voorbeelden van mechanische schade zijn het ontstaan van scheuren in het oppervlak, plastische vervormingen en verandering van sterkte van het materiaal. Bij de functionele eigenschappen valt te denken aan magneti-sche en piëzo-elektrische eigenschappen. Ofschoon het slijpproces een signifi-cante invloed kan hebben op de eigenschappen van een geslepen oppervlak, wordt dit proces vaak toegepast tijdens de fabricage van producten omdat de maatvoering vanuit het productieproces vaak niet voldoende nauwkeurig is. Dit type bewerkingsproces heeft twee voordelen. Het bewerkingsproces is snel en heeft een hoge graad van nauwkeurigheid.  Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een fysisch model dat de veranderingen in materiaaleigenschappen kan voorspellen en optimalisatie van de procesvariabelen mogelijk maakt. Het model wordt vervolgens geverifieerd aan de hand van slijpexperimenten met twee verschillende materialen namelijk kobalt–wolfraamcarbide en mangaan zink ferriet. Het slijpmodel In deze dissertatie wordt een driedimensionaal model voorgesteld voor het si-muleren van het slijpproces van platte oppervlakken. In de literatuur zijn overwegend eendimensionale modellen behandeld. Doordat de geometrie van een slijpwiel directe invloed heeft op de topografie van het geslepen oppervlak, SAMENVATTING 138 is de correcte mathematische beschrijving van het wiel een cruciale stap in de simulatie. Het model gaat uit van een willekeurige distributie van slijpkorrels op het slijpwiel. De gemiddelde vorm van een korrel kan worden beschreven door een ellipsoïde waarbij de drie radii willekeurige lengtes hebben. Hierdoor kan de korrelgrootte worden gevarieerd. De wijze waarop het materiaal rea-geert op het krassen van de slijpkorrel, wordt voornamelijk bepaald door de vorm van de slijpkorrels en de mechanische eigenschappen van het materiaal. Een stompe korrel ploegt het materiaal om in tegenstelling tot een scherpe slijpkorrel welk een snijdende werking  heeft. De verdeling en de gemiddelde grootte van de korrels werden gemeten met behulp van een confocale micro-scoop en een elektronenmicroscoop.  Nadat het slijpwiel is gesimuleerd, kan de topografie van een geslepen opper-vlak worden berekend met behulp van de bewegingsvergelijkingen van het slijpwiel en het werkstuk. Voor deze berekening wordt een coördinatentrans-formatie uitgevoerd van het coördinatensysteem van het slijpwiel naar het sys-teem van het werkstuk. De simulatie kan worden opgevat als de superpositie van ‘unit events’; de afzonderlijke krassen op het oppervlak. Ook de krachten die tijdens het slijpproces op het werkstuk worden uitgeoefend kunnen worden gesimuleerd. Door de mechanische deformatie zal na het slijpen de restspan-ning in het materiaal zijn toegenomen. Deze spanning kan worden berekend door aan te nemen dat het krassen op het oppervlak kan worden benaderd door indentaties in het oppervlak. Wanneer de restspanning is berekend, kan de ver-andering van andere materiaaleigenschappen worden geschat, doordat deze eigenschappen vaak worden beïnvloed door spanningen in het materiaal. Zo kan onder andere de verandering in magnetische permeabiliteit worden be-paald, omdat deze eigenschap is gerelateerd aan de (rest)spanningen in het ma-teriaal via de magneto-elastische constanten.  Het slijpen van kobalt–wolfraamcarbide Kobalt–wolfraamcarbide is een materiaal dat vaak wordt gebruikt voor boren en beitels vanwege de hoge slijtvastheid en hardheid van deze materialen. Ko-balt–wolfraamcarbide bestaat uit keramische wolfraamcarbide korreltjes bij-eengehouden door een metalen bindmiddel, kobalt. De microstructuur, dat wil zeggen de grootte en verdeling van de wolfraam carbide korrels, beïnvloedt de hardheid en slijtvastheid van een materiaal. Deze kunnen worden beschreven in termen van vrije weglengte in de kobalt fase. In dit onderzoek is aangetoond dat het slijpen van dit materiaal leidt tot schade in de wolfraamcarbide korrels   SAMENVATTING   139 en tot plastische deformatie van het kobalt bindmiddel. Door dwarsdoorsneden te maken van het geslepen materiaal, loodrecht op de slijprichting, kan de in-vloed van het slijpen op het oppervlak worden bestudeerd. Met behulp van elektronen microscopie is uit dit onderzoek gebleken dat op het geslepen op-pervlak een gedeformeerde laag ligt van ongeveer 1.5 µm dikte, bestaande uit gefragmenteerde wolfraamcarbide deeltjes en uitgesmeerd kobalt bindmiddel met wolfraamcarbide. Het ontstaan van deze laag kan worden verklaard aan de hand van de aangebrachte spanningen tijdens het slijpproces. Om deze laag te verklaren werden de spanningen gesimuleerd met behulp van het ontwikkelde fysische model, met als resultaat dat het spanningsveld op deze diepte een maximum heeft boven de treksterkte van kobalt–wolfraamcarbide. Door de laag weg te etsen, kunnen de wolfraamcarbide korrels onder deze laag worden bestudeerd. Daarbij blijkt dat een groot deel van deze deeltjes plastisch is gede-formeerd door beweging van dislocaties op de prismatische kristalvlakken. Ook is geconstateerd dat een deel van deze korrels was gebroken.  Met behulp van Röntgendiffractie werd de restspanning in de wolfraam-carbidefase bepaald. De resultaten laten zien dat de gemeten restspanningen onafhankelijk zijn van de aangebrachte spanning tijdens het slijpproces. Dit kan worden verklaard doordat Röntgenstraling een relatief lage indringdiepte heeft, waardoor hoofdzakelijk wordt gemeten in het via scheuren gerelaxeerde deel van het materiaal. De ruwheid van de geslepen oppervlakken werd gemeten met een confocale microscoop en werd vergeleken met de resultaten van het model. De parameters die de amplitude van de ruwheid beschrijven stemmen in hoge mate overeen. Echter, de parameters die de laterale ruwheid beschrij-ven wijken enigszins af, omdat een nauwkeurige beschrijving van materiaalge-drag ontbreekt. Het slijpen van mangaan zink ferrieten Mangaan zink ferriet is een keramisch materiaal met zeer goede magnetische eigenschappen. Dit materiaal wordt onder andere gebruikt voor magnetische spoeltjes. Wanneer het materiaal wordt geslepen, blijkt uit de studie met de elektronenmicroscoop, dat het materiaal overwegend via brosse breuk en het uitbreken van losse korrels van het werkstuk verwijderd wordt. Hierdoor is het materiaalgedrag niet goed te beschrijven als perfect plastisch en daarom is een andere aanpak vereist. Hiertoe is eerst een Voronoi-cel-diagram geconstrueerd, welk het gesinterde polykristallijne ferriet voorstelt. Daarna is het slijpprofiel berekend voor het ideaal plastisch materiaalgedrag, zoals werd gedaan voor het SAMENVATTING 140 wolfraamcarbide. Het resultaat hiervan is over de Voronoi cellen gelegd. Ver-volgens is aangenomen dat alle cellen boven het berekende profiel zijn verwij-derd door brosse breuk en dat alles onder het profiel plastisch is gedeformeerd. De restspanningen kunnen worden berekend met behulp van het model en daarna kan de verandering in magnetische permeabiliteit worden geschat. De resultaten van het model stemmen zowel voor de ruwheidsmetingen als voor de magnetische permeabiliteit in hoge mate overeen met de gemeten waarden van de experimenteel geslepen MnZn ferrieten. Conclusies In dit proefschrift is aangetoond dat het mogelijk is om veranderingen in mate-riaalgedrag door een slijpproces te voorspellen op basis van een nieuw fysisch model.  Het model is gevalideerd met behulp van microscopische waarnemin-gen, spanningsmetingen en ruwheids metingen. 

Dissertations of the University of Groningen

   University of GroningenFundamentals of grindingHegeman, JIMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordPublication date:2000Link to publication in University of Groningen/UMCG research databaseCitation for published version (APA):Hegeman, J. (2000). Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials. s.n.CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.Download date: 04-06-2022  137  SAMENVATTING Dit proefschrift beschrijft het onderzoek naar de fysische aspecten van het slijp-proces van harde en brosse materialen. Slijpen kan worden opgevat als het ge-controleerd slijten van materiaal. Gedurende het slijpproces wordt een werk-stuk vervormd door de slijpkorrels op het slijpwiel. Tijdens deze deformatie wordt materiaal verwijderd van het werkstuk, maar daarnaast is het mogelijk dat gelijktijdig schade wordt aangebracht aan het oppervlak. Deze schade kan zowel bestaan uit mechanische schade als uit een verandering van functionele eigenschappen. Voorbeelden van mechanische schade zijn het ontstaan van scheuren in het oppervlak, plastische vervormingen en verandering van sterkte van het materiaal. Bij de functionele eigenschappen valt te denken aan magneti-sche en piëzo-elektrische eigenschappen. Ofschoon het slijpproces een signifi-cante invloed kan hebben op de eigenschappen van een geslepen oppervlak, wordt dit proces vaak toegepast tijdens de fabricage van producten omdat de maatvoering vanuit het productieproces vaak niet voldoende nauwkeurig is. Dit type bewerkingsproces heeft twee voordelen. Het bewerkingsproces is snel en heeft een hoge graad van nauwkeurigheid.  Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een fysisch model dat de veranderingen in materiaaleigenschappen kan voorspellen en optimalisatie van de procesvariabelen mogelijk maakt. Het model wordt vervolgens geverifieerd aan de hand van slijpexperimenten met twee verschillende materialen namelijk kobalt–wolfraamcarbide en mangaan zink ferriet. Het slijpmodel In deze dissertatie wordt een driedimensionaal model voorgesteld voor het si-muleren van het slijpproces van platte oppervlakken. In de literatuur zijn overwegend eendimensionale modellen behandeld. Doordat de geometrie van een slijpwiel directe invloed heeft op de topografie van het geslepen oppervlak, SAMENVATTING 138 is de correcte mathematische beschrijving van het wiel een cruciale stap in de simulatie. Het model gaat uit van een willekeurige distributie van slijpkorrels op het slijpwiel. De gemiddelde vorm van een korrel kan worden beschreven door een ellipsoïde waarbij de drie radii willekeurige lengtes hebben. Hierdoor kan de korrelgrootte worden gevarieerd. De wijze waarop het materiaal rea-geert op het krassen van de slijpkorrel, wordt voornamelijk bepaald door de vorm van de slijpkorrels en de mechanische eigenschappen van het materiaal. Een stompe korrel ploegt het materiaal om in tegenstelling tot een scherpe slijpkorrel welk een snijdende werking  heeft. De verdeling en de gemiddelde grootte van de korrels werden gemeten met behulp van een confocale micro-scoop en een elektronenmicroscoop.  Nadat het slijpwiel is gesimuleerd, kan de topografie van een geslepen opper-vlak worden berekend met behulp van de bewegingsvergelijkingen van het slijpwiel en het werkstuk. Voor deze berekening wordt een coördinatentrans-formatie uitgevoerd van het coördinatensysteem van het slijpwiel naar het sys-teem van het werkstuk. De simulatie kan worden opgevat als de superpositie van ‘unit events’; de afzonderlijke krassen op het oppervlak. Ook de krachten die tijdens het slijpproces op het werkstuk worden uitgeoefend kunnen worden gesimuleerd. Door de mechanische deformatie zal na het slijpen de restspan-ning in het materiaal zijn toegenomen. Deze spanning kan worden berekend door aan te nemen dat het krassen op het oppervlak kan worden benaderd door indentaties in het oppervlak. Wanneer de restspanning is berekend, kan de ver-andering van andere materiaaleigenschappen worden geschat, doordat deze eigenschappen vaak worden beïnvloed door spanningen in het materiaal. Zo kan onder andere de verandering in magnetische permeabiliteit worden be-paald, omdat deze eigenschap is gerelateerd aan de (rest)spanningen in het ma-teriaal via de magneto-elastische constanten.  Het slijpen van kobalt–wolfraamcarbide Kobalt–wolfraamcarbide is een materiaal dat vaak wordt gebruikt voor boren en beitels vanwege de hoge slijtvastheid en hardheid van deze materialen. Ko-balt–wolfraamcarbide bestaat uit keramische wolfraamcarbide korreltjes bij-eengehouden door een metalen bindmiddel, kobalt. De microstructuur, dat wil zeggen de grootte en verdeling van de wolfraam carbide korrels, beïnvloedt de hardheid en slijtvastheid van een materiaal. Deze kunnen worden beschreven in termen van vrije weglengte in de kobalt fase. In dit onderzoek is aangetoond dat het slijpen van dit materiaal leidt tot schade in de wolfraamcarbide korrels   SAMENVATTING   139 en tot plastische deformatie van het kobalt bindmiddel. Door dwarsdoorsneden te maken van het geslepen materiaal, loodrecht op de slijprichting, kan de in-vloed van het slijpen op het oppervlak worden bestudeerd. Met behulp van elektronen microscopie is uit dit onderzoek gebleken dat op het geslepen op-pervlak een gedeformeerde laag ligt van ongeveer 1.5 µm dikte, bestaande uit gefragmenteerde wolfraamcarbide deeltjes en uitgesmeerd kobalt bindmiddel met wolfraamcarbide. Het ontstaan van deze laag kan worden verklaard aan de hand van de aangebrachte spanningen tijdens het slijpproces. Om deze laag te verklaren werden de spanningen gesimuleerd met behulp van het ontwikkelde fysische model, met als resultaat dat het spanningsveld op deze diepte een maximum heeft boven de treksterkte van kobalt–wolfraamcarbide. Door de laag weg te etsen, kunnen de wolfraamcarbide korrels onder deze laag worden bestudeerd. Daarbij blijkt dat een groot deel van deze deeltjes plastisch is gede-formeerd door beweging van dislocaties op de prismatische kristalvlakken. Ook is geconstateerd dat een deel van deze korrels was gebroken.  Met behulp van Röntgendiffractie werd de restspanning in de wolfraam-carbidefase bepaald. De resultaten laten zien dat de gemeten restspanningen onafhankelijk zijn van de aangebrachte spanning tijdens het slijpproces. Dit kan worden verklaard doordat Röntgenstraling een relatief lage indringdiepte heeft, waardoor hoofdzakelijk wordt gemeten in het via scheuren gerelaxeerde deel van het materiaal. De ruwheid van de geslepen oppervlakken werd gemeten met een confocale microscoop en werd vergeleken met de resultaten van het model. De parameters die de amplitude van de ruwheid beschrijven stemmen in hoge mate overeen. Echter, de parameters die de laterale ruwheid beschrij-ven wijken enigszins af, omdat een nauwkeurige beschrijving van materiaalge-drag ontbreekt. Het slijpen van mangaan zink ferrieten Mangaan zink ferriet is een keramisch materiaal met zeer goede magnetische eigenschappen. Dit materiaal wordt onder andere gebruikt voor magnetische spoeltjes. Wanneer het materiaal wordt geslepen, blijkt uit de studie met de elektronenmicroscoop, dat het materiaal overwegend via brosse breuk en het uitbreken van losse korrels van het werkstuk verwijderd wordt. Hierdoor is het materiaalgedrag niet goed te beschrijven als perfect plastisch en daarom is een andere aanpak vereist. Hiertoe is eerst een Voronoi-cel-diagram geconstrueerd, welk het gesinterde polykristallijne ferriet voorstelt. Daarna is het slijpprofiel berekend voor het ideaal plastisch materiaalgedrag, zoals werd gedaan voor het SAMENVATTING 140 wolfraamcarbide. Het resultaat hiervan is over de Voronoi cellen gelegd. Ver-volgens is aangenomen dat alle cellen boven het berekende profiel zijn verwij-derd door brosse breuk en dat alles onder het profiel plastisch is gedeformeerd. De restspanningen kunnen worden berekend met behulp van het model en daarna kan de verandering in magnetische permeabiliteit worden geschat. De resultaten van het model stemmen zowel voor de ruwheidsmetingen als voor de magnetische permeabiliteit in hoge mate overeen met de gemeten waarden van de experimenteel geslepen MnZn ferrieten. Conclusies In dit proefschrift is aangetoond dat het mogelijk is om veranderingen in mate-riaalgedrag door een slijpproces te voorspellen op basis van een nieuw fysisch model.  Het model is gevalideerd met behulp van microscopische waarnemin-gen, spanningsmetingen en ruwheids metingen. 

NARCIS 

Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials

University of Groningen Research Database

  
 University of Groningen
Fundamentals of grinding
Hegeman, J
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from
it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2000
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Hegeman, J. (2000). Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials Groningen: s.n.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 10-02-2018
 RIJKSUNIVERSITEIT GRONINGEN 
FUNDAMENTALS OF GRINDING 
 SURFACE CONDITIONS OF GROUND MATERIALS 
Proefschrift 
  
ter verkrijging van het doctoraat in de 
Wiskunde en Natuurwetenschappen 
aan de Rijksuniversiteit Groningen 
op gezag van de  
Rector Magnificus, dr. D.F.J. Bosscher, 
in het openbaar te verdedigen op 
maandag 18 december 2000 
om 16.00 uur 
 
door 
 
 
Johannes Bernardus Jan-Willem Hegeman 
 
 
geboren op 16 maart 1973 
te Groningen 
 
 
 
 
 
 
Promotor: Prof. Dr. J. Th. M. De Hosson 
 
 
 
 
 
Beoordelingscommissie: 
 
Prof. Dr. T. Hibma  
Prof. Dr. A. van Veen 
Prof. Dr. G. de With
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hegeman, Hans 
 
Fundamentals of Grinding 
Surface conditions of ground materials 
University of Groningen, 2000 
Print: University press-Groningen 
Cover: The cover is an impression of ploughed land near the city of Groningen. 
Although the length scales are very different, the overall impression is very 
similar to the ground surface of cobalt-tungsten carbide (figure 4.5, on page 77 
of this thesis). 
Photographer: Janneke Ronhaar 
 
ISBN: 90-367-1324-2 
 
 
 
The work described in this thesis has been performed as part of the Priority 
Program for Materials. It has been made possible by the financial support of the 
Netherlands Foundation for Technical Science (STW – Utrecht) and the 
‘Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek’ (NWO) 

 Nu 
 
Nu ligt besloten in de toekomst 
als een droom die je wilt grijpen 
 
Nu is nog kleiner dan een flits 
meteen gevangen door het verleden  
  
Nu is een aaneenschakeling 
van verleden, heden en toekomst 
 
Nu is je leven 
 
 
 
MIREILLE RONHAAR 
 CONTENTS 
1. INTRODUCTION 1 
2. BASIC CONCEPTS 5 
2.1. Introduction 5 
2.2. Grinding models and theory 6 
2.2.1. Basic principles of the grinding process and the grinding machine 6 
2.2.2. Grinding models 9 
2.2.3. Roughness analysis 15 
2.2.4. Materials response during the grinding process 17 
2.3. Experimental methods 19 
2.3.1. Scanning Confocal Microscopy 20 
2.3.2. Scanning Electron microscopy 24 
2.3.3. X-ray diffraction and residual stress measurements 26 
2.3.4. Additional experimental methods 29 
3. MODELLING OF THE GRINDING PROCESS 33 
3.1. Introduction 33 
3.2. The kinematic grinding model 35 
3.2.1. Generation of the grinding wheel 37 
3.2.2. Kinematics of the plane grinding process 45 
3.2.3. Materials response and force calculations 48 
3.2.4. Prediction of the change in materials properties 50 
3.3. Results of the grinding model 52 
3.4. Discussion and conclusions 56 
 
4. GRINDING OF CEMENTED CARBIDES 65 
4.1.  Introduction 65 
4.2. Microstructural aspects of cemented carbides and preparation 67 
4.2.1. Materials and sample preparation 67 
4.2.2. Microstructure and properties of cemented carbides 68 
4.3.  Scratch experiments on tungsten-carbide hardmetals 73 
4.4. The resulting surface of ground cemented carbides 75 
4.4.1. The resulting surface layer 76 
4.4.2. Surface topography of ground tungsten carbides 84 
4.4.3. Analysis of residual stress induced by the grinding process 89 
4.5.  Comparison between the experiments and the grinding model 92 
4.5.1. Comparison of the topography 92 
4.5.2. Applied stress and residual stresses 99 
4.6.  Discussion and conclusions 101 
5. GRINDING OF MNZN FERRITES 109 
5.1. Introduction 109 
5.2. The microstruture and properties MnZn ferrites 110 
5.3. Scratch tests on MnZn ferrite 111 
5.4.  The morphology of and surface condition of ground MnZn ferrite 115 
5.4.1. The morphology of ground MnZn ferrite 115 
5.4.2. Surface roughness of ground MnZn ferrite 117 
5.4.3. Magnetic measurements of ground MnZn 121 
5.4.4. Recovery of the properties of MnZn ferrite by annealing 122 
5.5.  Modelling of the grinding process of ceramic materials 123 
5.6.  Discussion and conclusions 128 
SUMMARY  133 
SAMENVATTING 137 
WOORDEN VAN DANK 141
 
PUBLICATIONS 
J.B.J.W. Hegeman, B.J. Kooi, H.B. Groen, J.Th.M. De Hosson 
Analysis of small facets imaged with scanning-probe microscopy 
Journal of Applied physics 86 (7), 3661-3669 (1999) 
 
S.Shulepov, G. de With, N. Lousberg, J.B.J.W. Hegeman, J.Th.M. De Hosson 
Real-time simulation of abrasive processing I. Model and applications to ideal plastic materials 
Journal of Materials Research  (2000), submitted 
 
J.B.J.W. Hegeman, J. Th. M. De Hosson, S.Y. Shulepov, N. Lousberg, G. de With 
Fundamentals of Grinding: surface conditions of ground WC-Co systems 
In: Surface Treatement IV computer methods and experimental measurements, edited by C.A. 
Brebbia and J.M. Kenny, WITT Press, Southampton (1999), page 371 
 
J.B.J.W Hegeman, J.Th.M,. De Hosson, G. de With 
Grinding of WC-Co Hardmetals 
Wear  (2000), Accepted for publication 
 
J.B.J.W. Hegeman and J.Th.M. De Hosson 
The deformed surface layer of ground tungsten carbides 
In: Surface Modification Technologies XIV, Edited by M. Jeandin, K.A. Kohr, T.S. Sudarshan, Y. 
Franchot, OIM, Londen  (2000) 
 
J.B.J.W. Hegeman, R. Escobar Galindo, J.Th.M. De Hosson, A. van Veen 
The ground surfaces of cemented carbides and MnZn ferrites studied with positron annihilation 
Journal of Materials Research, submitted 
 
J.B.J.W. Hegeman, G. Palasantzas, J.Th.M. De Hosson, S. Shulepov, G. de With 
The formation of surface roughness of ground materials 
Journal of Applied Physics, submitted 
 
J.B.J.W. Hegeman, J.Th.M. De Hosson, S. Shulepov, G. de With 
Grinding of MnZn ferrites: comparison between simulations and experiments 
Wear, submitted 
 


   University of GroningenFundamentals of grindingHegeman, JIMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordPublication date:2000Link to publication in University of Groningen/UMCG research databaseCitation for published version (APA):Hegeman, J. (2000). Fundamentals of grinding: Surface conditions of ground materials. s.n.CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.Download date: 03-06-2022  137  SAMENVATTING Dit proefschrift beschrijft het onderzoek naar de fysische aspecten van het slijp-proces van harde en brosse materialen. Slijpen kan worden opgevat als het ge-controleerd slijten van materiaal. Gedurende het slijpproces wordt een werk-stuk vervormd door de slijpkorrels op het slijpwiel. Tijdens deze deformatie wordt materiaal verwijderd van het werkstuk, maar daarnaast is het mogelijk dat gelijktijdig schade wordt aangebracht aan het oppervlak. Deze schade kan zowel bestaan uit mechanische schade als uit een verandering van functionele eigenschappen. Voorbeelden van mechanische schade zijn het ontstaan van scheuren in het oppervlak, plastische vervormingen en verandering van sterkte van het materiaal. Bij de functionele eigenschappen valt te denken aan magneti-sche en piëzo-elektrische eigenschappen. Ofschoon het slijpproces een signifi-cante invloed kan hebben op de eigenschappen van een geslepen oppervlak, wordt dit proces vaak toegepast tijdens de fabricage van producten omdat de maatvoering vanuit het productieproces vaak niet voldoende nauwkeurig is. Dit type bewerkingsproces heeft twee voordelen. Het bewerkingsproces is snel en heeft een hoge graad van nauwkeurigheid.  Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een fysisch model dat de veranderingen in materiaaleigenschappen kan voorspellen en optimalisatie van de procesvariabelen mogelijk maakt. Het model wordt vervolgens geverifieerd aan de hand van slijpexperimenten met twee verschillende materialen namelijk kobalt–wolfraamcarbide en mangaan zink ferriet. Het slijpmodel In deze dissertatie wordt een driedimensionaal model voorgesteld voor het si-muleren van het slijpproces van platte oppervlakken. In de literatuur zijn overwegend eendimensionale modellen behandeld. Doordat de geometrie van een slijpwiel directe invloed heeft op de topografie van het geslepen oppervlak, SAMENVATTING 138 is de correcte mathematische beschrijving van het wiel een cruciale stap in de simulatie. Het model gaat uit van een willekeurige distributie van slijpkorrels op het slijpwiel. De gemiddelde vorm van een korrel kan worden beschreven door een ellipsoïde waarbij de drie radii willekeurige lengtes hebben. Hierdoor kan de korrelgrootte worden gevarieerd. De wijze waarop het materiaal rea-geert op het krassen van de slijpkorrel, wordt voornamelijk bepaald door de vorm van de slijpkorrels en de mechanische eigenschappen van het materiaal. Een stompe korrel ploegt het materiaal om in tegenstelling tot een scherpe slijpkorrel welk een snijdende werking  heeft. De verdeling en de gemiddelde grootte van de korrels werden gemeten met behulp van een confocale micro-scoop en een elektronenmicroscoop.  Nadat het slijpwiel is gesimuleerd, kan de topografie van een geslepen opper-vlak worden berekend met behulp van de bewegingsvergelijkingen van het slijpwiel en het werkstuk. Voor deze berekening wordt een coördinatentrans-formatie uitgevoerd van het coördinatensysteem van het slijpwiel naar het sys-teem van het werkstuk. De simulatie kan worden opgevat als de superpositie van ‘unit events’; de afzonderlijke krassen op het oppervlak. Ook de krachten die tijdens het slijpproces op het werkstuk worden uitgeoefend kunnen worden gesimuleerd. Door de mechanische deformatie zal na het slijpen de restspan-ning in het materiaal zijn toegenomen. Deze spanning kan worden berekend door aan te nemen dat het krassen op het oppervlak kan worden benaderd door indentaties in het oppervlak. Wanneer de restspanning is berekend, kan de ver-andering van andere materiaaleigenschappen worden geschat, doordat deze eigenschappen vaak worden beïnvloed door spanningen in het materiaal. Zo kan onder andere de verandering in magnetische permeabiliteit worden be-paald, omdat deze eigenschap is gerelateerd aan de (rest)spanningen in het ma-teriaal via de magneto-elastische constanten.  Het slijpen van kobalt–wolfraamcarbide Kobalt–wolfraamcarbide is een materiaal dat vaak wordt gebruikt voor boren en beitels vanwege de hoge slijtvastheid en hardheid van deze materialen. Ko-balt–wolfraamcarbide bestaat uit keramische wolfraamcarbide korreltjes bij-eengehouden door een metalen bindmiddel, kobalt. De microstructuur, dat wil zeggen de grootte en verdeling van de wolfraam carbide korrels, beïnvloedt de hardheid en slijtvastheid van een materiaal. Deze kunnen worden beschreven in termen van vrije weglengte in de kobalt fase. In dit onderzoek is aangetoond dat het slijpen van dit materiaal leidt tot schade in de wolfraamcarbide korrels   SAMENVATTING   139 en tot plastische deformatie van het kobalt bindmiddel. Door dwarsdoorsneden te maken van het geslepen materiaal, loodrecht op de slijprichting, kan de in-vloed van het slijpen op het oppervlak worden bestudeerd. Met behulp van elektronen microscopie is uit dit onderzoek gebleken dat op het geslepen op-pervlak een gedeformeerde laag ligt van ongeveer 1.5 µm dikte, bestaande uit gefragmenteerde wolfraamcarbide deeltjes en uitgesmeerd kobalt bindmiddel met wolfraamcarbide. Het ontstaan van deze laag kan worden verklaard aan de hand van de aangebrachte spanningen tijdens het slijpproces. Om deze laag te verklaren werden de spanningen gesimuleerd met behulp van het ontwikkelde fysische model, met als resultaat dat het spanningsveld op deze diepte een maximum heeft boven de treksterkte van kobalt–wolfraamcarbide. Door de laag weg te etsen, kunnen de wolfraamcarbide korrels onder deze laag worden bestudeerd. Daarbij blijkt dat een groot deel van deze deeltjes plastisch is gede-formeerd door beweging van dislocaties op de prismatische kristalvlakken. Ook is geconstateerd dat een deel van deze korrels was gebroken.  Met behulp van Röntgendiffractie werd de restspanning in de wolfraam-carbidefase bepaald. De resultaten laten zien dat de gemeten restspanningen onafhankelijk zijn van de aangebrachte spanning tijdens het slijpproces. Dit kan worden verklaard doordat Röntgenstraling een relatief lage indringdiepte heeft, waardoor hoofdzakelijk wordt gemeten in het via scheuren gerelaxeerde deel van het materiaal. De ruwheid van de geslepen oppervlakken werd gemeten met een confocale microscoop en werd vergeleken met de resultaten van het model. De parameters die de amplitude van de ruwheid beschrijven stemmen in hoge mate overeen. Echter, de parameters die de laterale ruwheid beschrij-ven wijken enigszins af, omdat een nauwkeurige beschrijving van materiaalge-drag ontbreekt. Het slijpen van mangaan zink ferrieten Mangaan zink ferriet is een keramisch materiaal met zeer goede magnetische eigenschappen. Dit materiaal wordt onder andere gebruikt voor magnetische spoeltjes. Wanneer het materiaal wordt geslepen, blijkt uit de studie met de elektronenmicroscoop, dat het materiaal overwegend via brosse breuk en het uitbreken van losse korrels van het werkstuk verwijderd wordt. Hierdoor is het materiaalgedrag niet goed te beschrijven als perfect plastisch en daarom is een andere aanpak vereist. Hiertoe is eerst een Voronoi-cel-diagram geconstrueerd, welk het gesinterde polykristallijne ferriet voorstelt. Daarna is het slijpprofiel berekend voor het ideaal plastisch materiaalgedrag, zoals werd gedaan voor het SAMENVATTING 140 wolfraamcarbide. Het resultaat hiervan is over de Voronoi cellen gelegd. Ver-volgens is aangenomen dat alle cellen boven het berekende profiel zijn verwij-derd door brosse breuk en dat alles onder het profiel plastisch is gedeformeerd. De restspanningen kunnen worden berekend met behulp van het model en daarna kan de verandering in magnetische permeabiliteit worden geschat. De resultaten van het model stemmen zowel voor de ruwheidsmetingen als voor de magnetische permeabiliteit in hoge mate overeen met de gemeten waarden van de experimenteel geslepen MnZn ferrieten. Conclusies In dit proefschrift is aangetoond dat het mogelijk is om veranderingen in mate-riaalgedrag door een slijpproces te voorspellen op basis van een nieuw fysisch model.  Het model is gevalideerd met behulp van microscopische waarnemin-gen, spanningsmetingen en ruwheids metingen. 

Fundamentals of grinding:Surface conditions of ground materials

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

University of Groningen

Proceedings - University of Groningen

ARTS repository - University of Groningen

ARTS repository - University of Groningen

Dissertations of the University of Groningen

NARCIS

Dissertations of the University of Groningen

University of Groningen Research Database

Proceedings - University of Groningen