بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه، تولیدکنندگان بهدنبال بهبود کیفیت محصـولات
و کاهش قیمت تمام شدهي آنها می باشند. ماشین کـاري
و بـرش فلـزات یکـی از مهمتـرین فرآینـدهاي تولیـد قطعات فلزي است کـه کـاربرد گسـتردهاي در صـنایع مختلف دارد. کیفیت قطعهکار و هزینههاي تولیـدي در ماشین کـاري مسـتقیماً تحـت تـأثیر هندسـهي ابـزار و پارامترهاي برشی قرار دارد. و در این رابطه، مطالعـات انجـام شـده درماشـینکـاري عمـدتاً بـر روي جـنس، هندسهي ابـزار و تنظیمـات پارامترهـاي ماشـین کـاري متمرکـز بـوده اسـت .[1] از طرفـی یکـی از مهمتـرین معیارهاي ارزیابی کیفیـت قطعـات ماشـین کـاري شـده،
صافی سطح نهایی قطعات است. صافی سطح به عوامل متعددي وابسته است که از مهمترین آنها مـی تـوان بـه هندسهي ابزار برش و پارامترهاي برشی ( عمـق بـرش، سرعت برش، نرخ پیشروي) اشاره نمـود .[2] بنـابراین به منظور دستیابی به صافی سطح مطلـوب مـیبایسـت سطوح بهینهي پارامترهـاي برشـی و زوایـاي ابـزار، بـا توجه به جنس قطعه کار، بهنحو مطلوبی تعیـین شـوند.
در اغلـب کاربردهـاي عملـی، انتخـاب ابـزار و تعیـین مقادیر پارامترهاي برشی به صورت تجربی و با اسـتفاده از روشهاي مبتنی بر سعی و خطا انجام میگیـرد. امـا این روشها، علاوه بر هزینه بالا، با احتمال خطا همراه هستند. در سالهـاي اخیـر، بـهکـارگیري رویکردهـاي علمی و ریاضی در زمینهي مدل سـازي و بهینـه سـازي انواع فرآینـدهاي تولیـدي، افـزایش چشـمگیري یافتـه
است.
در این سالها، به منظور مدل سازي و بهینـه سـازي
پارامترهــاي ماشــینکــاري، مطالعــات زیــادي انجــام
شــده اســت. ایــن تحقیقــات بیشــتر از تکنیــکهــاي آمــاري، شــبکههــاي عصــبی مصــنوعی و تئــوري
مجموعههاي فازي در مدل سازي فرآیند تحـت مطالعـه
بهــره مــیگیرنــد .[3-6] همچنــین بــه منظــور تعیــین
ســطوح بهینــهي پارامترهــاي تنظیمــی، رویکردهــاي
بهینه سازي متنوعی مانند روش تاگوچی، سـطح پاسـخ
(Response Surface Methodology (RSM)) و
الگـــوریتمهـــاي فـــرا ابتکـــاري ( Metaheuristic (Algorithm استفاده شده است. یانگ و ترانـگ [3] از
روش تــاگوچی و آنــالیز واریــانس (
(Variance (ANOVA) بـراي تعیـین مقـادیر بهینـهي
پارامترهاي تراشکاري فولاد S45C استفاده نمـودهانـد.
کُپــک و همکــاران [4] مقــادیر بهینــهي پارامترهــاي ماشین کاري (سرعت برشی، عمق برشی، جنس ابـزار و
جنس قطعه کار) براي دستیابی به صافی سطح دلخـواه
در عملیات تراشکاري قطعات فولادي کار سرد شده را به کمک روش تاگوچی بـه دسـت آوردهانـد. چِـین و
تساي [5] با استفاده از شبکهي عصـبی مصـنوعی یـک مدل براي پیشبینـی فرسـایش ابـزار ارایـه دادهانـد. بـا ترکیـب ایـن مـدل و الگـوریتم ژنتیـک (GA) مقـادیر بهینه ي پارامترهاي ماشینکاري براي فـولاد ضـد زنـگ 17-4PH را به دست آوردهاند.
از دیگــر مباحــث مهــم در تحقیقــات مــرتبط بــا ماشین کاري، هندسهي ابزار است. بهعنوان مثال، نالبانت
و همکاران [6] بـا اسـتفاده از روش تـاگوچی و آنـالیز واریانس میزان تأثیر و مقادیر بهینه ي شعاع نوك ابـزار، نرخ پیشروي و عمق برش را براي دستیابی بـه صـافی سطح مطلوب در تراشکاري فـولاد AISI 1030 تعیـین کردهاند. بر اساس نتایج ارایه شده توسط این محققـین، شعاع نوك ابزار و نرخ پیشـروي بیشـترین تـأثیر را بـر روي صافی سطح از خود نشان دادهاند. ایـن در حـالی است که عمق برش (بـا تـأثیر کمتـر از (%4 در تعیـین صافی سطح، تقریباً بیاثر است. اسلان و همکاران [7]، تأثیر پارامترهاي برش بر سایش ابزار و صافی سطح در عملیات تراش فولاد سخت کاري شده را بررسی کرده
و رابطهي بین آنها را به صورت یک مدل ریاضی ارایـه نمودهانـد. مانـا و سـالُدکار [8] شـرایط بهینـه ي بـرش بـراي دسـتیابی بـه صـافی سـطح مطلـوب و حـداقل
هزینهي ماشین کاري را در عملیـات تراشـکاري فـولاد آلیاژي EO300 تعیین کردهاند. بـه منظـور دسـتیابی بـه کیفیــت ســطح مطلــوب بــراي کامپوزیــت آلومینیــوم
100
فرهاد کلاهان- محسن منوچهري- عباس حسینی
(Al/sic-MMC)، دیویم و همکاران [9] به کمک آنـالیز واریانس و شبکهي عصـبی مصـنوعی، مقـادیر بهینـه ي پارامترهاي ماشین کاري را به دست آوردهانـد. کینـی و چینچالکار [10] تأثیر پارامترهاي ماشین کـاري بـر روي صافی سطح و نرخ برداشت ماده را در تراشکاري پلیمر تقویت شده با فایبر گلاس بررسی کرده و یک رابطهي تجربی براي تعیین نرخ برداشت مـاده و صـافی سـطح ارایه نمودهاند.
بــا توجــه بــه تاریخچــهي تحقیــق، مهمتــرین
مشخصههاي هندسهي ابزار در تراشکاري، شعاع نـوك ابزار، زاویهي آزاد، زاویهي براده و زوایاي تنظیم اصلی
و فرعی می باشند. در اغلب تحقیقات موجود، تأثیر هـر
یک از پارامترهاي هندسهي ابزار بر روي کیفیت سطح
بهطور جداگانه مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این تحقیقات نشان می دهد که به طور کلی افزایش زاویه ي
براده باعث بهبود کیفیت سطح میگـردد؛ در حـالیکـه
تغییر زاویه ي آزاد، اثر قابل توجهی بر کیفیـت سـطح و نرخ برداشت ماده ندارد و تنها شرایط ماشـین کـاري را
تسهیل مینماید .[11] کولـو و همکـاران [12]، فرآینـد
تراشکاري پر سرعت آلیاژ نیکل Inconel718 را مورد مطالعه قرار دادهاند. ایشان تـأثیرات ناشـی از تغییـرات
هندسی لبهي برش (زاویه ي برش، عرض برش، شـعاع
نوك ابزار و شکل لبهي ابزار (تیز یا گـرد)) را بـر روي صــافی ســطح قطعــه و درجــه حــرارت منطقــهي ماشین کاري بررسی کرده و مقادیر مناسب آنها را تعیین نمودهاند. براي ماشین کاري آلیاژهاي آلومینیوم، فنـگ و
وو [13] تأثیرات هندسهي لبهي ابزار را بـر نیـروهـاي
برش، توان ماشین کاري و ضخامت براده مورد بررسـی قرار دادهاند. آلتان و همکاران [14] تأثیر هندسهي لبهي
ابزار، زاویه ي براده و شعاع نوك ابزار و شـرایط بـرش
(سرعت برش) را بر روش تشـکیل بـراده در عملیـات تــراش ســخت بــهصــورت تجربــی (آزمایشــگاهی) و شبیهسازي شده در فولاد 100CR6 مورد مطالعـه قـرار
سال بیست و سوم، شماره دو، 1391
دادهاند.
علــیرغــم مطالعــات انجــام شــده در زمینــهي
بهینه سازي پارامترهاي ماشـین کـاري و انتخـاب ابـزار، تأثیر همزمان این دو گروه از عوامل بر کیفیـت فرآینـد
ماشین کاري (صافی سطح)، به ندرت مورد بررسی قرار
گرفته است. بنابراین، هدف از این مطالعه، مدل سازي و بهینه سازي همزمان پارامترهاي ماشین کاري و هندسهي
ابزار به عنـوان متغیرهـاي مـوثر بـر کیفیـت سـطح در
عملیات تراشکاري فولاد AISI 1045 میباشـد. بـدین منظور، براي جمعآوري داده هاي تجربی مـورد نیـاز، از
رویکرد طراحی آزمایشها بـه روش تـاگوچی اسـتفاده شده است. پس از انجام آزمایش ها و اندازه گیري نتایج، سطوح بهینه ي پارامترها به کمک تکنیکهاي آمـاري و روش سیگنال به نویز (S/N) تعیین گردیدهاند.
مواد و تجهیزات مورد استفاده در آزمایشها
مادهي مورد مطالعه در این تحقیـق فـولاد AISI1045
است کـه کـاربرد فراوانـی در صـنایع ماشـینسـازي و
قطعهسازي دارد. ترکیب شیمیایی این آلیـاژ در جـدول
(1) ارایه شده است. تمـامی آزمـایش هـاي تجربـی بـر روي یک دستگاه تراش 2 متري با توان اسپیندل 2KW
انجام شد. در این مطالعه، از ابزار برشی HSS تقویـت
شده با %5 کبالت، استفاده شده است. دلیل به کارگیري این ابزار، سهولت پیادهسازي زوایاي مختلف ابـزار بـر روي این نوع فولاد تندبر می باشد. زوایاي مورد نظر به کمک یک دستگاه سنگ ابزار و با دقـت ±0.5 درجـه، بروي سطوح ابزارهاي مختلف ایجاد گردید. شکل (1)
