بخشی از مقاله
بررسی اثر پارامترهاي فرآیند تراشکاري بر سایش ابزار TNMG1604
چکیده – عمر ابزار یکی از پارامترهاي مهم در فرآیندهاي ماشینکاري میباشد. پارامترهاي این فرآیند اثرات متفاوتی را بر سایش ابزار دارد.
از این رو یکی از مشکلاتی که با این فرآیند آمیخته است انتخاب پارامترهاي بهینه جهت رسیدن به مطلوبترین سایش ابزار میباشد. در این پژوهش یک مطالعه آزمایشگاهی برروي سایش ابزار TNMG1604 انجام شده است و اثر پارامترهاي تراشکاري مانند سرعت چرخش اسپیندل، سرعت پیشروي و عمق بار بر سایش ابزار بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که افزایش سرعت چرخشی، سرعت پیشروي و عمق برش سبب افزایش سایش ابزار انتخاب شده میشود.
کلید واژه: فرآیند تراشکاري، سایش ابزار، پارامترهاي فرآیند
-1 مقدمه
سایش ابزار یکی از چالشهاي اساسی در فرآیندهاي ماشینکاري است. این پدیده به نوبه خود در کیفیت تمام شده سطح قطعه ماشینکاري شده، مدت زمان انجام فرآیند و هزینه تمام شده تاثیر به سزایی دارد. انتخاب صحیح متغیرهاي برش مانند سرعت پیشروي، سرعت برشی و عمق برشی از پارامترهاي مهم در هر فرآیند ماشینکاري است که به دلیل کاهش سایش ابزار و افزایش عمر آن به این موضوع توجه شده است.[1]
بهینهسازي متغیرهاي برش در عمل ساده نبوده و نیازمند دانش ماشینکاري و دانستن روابط تجربی میان متغیرهاي برش مانند نیروها، حجم تولید، کیفیت سطح ماشینکاري و همچنین دانش ریاضی بهینهسازي است. براي بهینهسازي یک فرآیند ماشینکاري به عوامل زیادي میتوان توجه داشت که این عوامل نیز به نوع کار و شرایط ماشینکاري محصول بستگی دارد. تعداد آزمایش هایی که براي بررسی اثر پارامترها بر قابلیت ماشینکاري باید انجام شود بسیار زیاد بوده و هم از لحاظ زمانی و مالی بسیار هزینهبر است.[2]
سارما و دیکسیت[3] به مقایسه قابلیت ماشینکاري چدن ریختگی در حالت هاي خشک (بدون استفاده از روانکار) و حالت خنک کننده گازي ( با هوا) پرداختند. جهت بررسی این فرآیند
آنها اثرات متغیرهاي ماشینکاري مانند سرعت برشی، پیشروي و عمق بار را بر زبري سطح، سایش ابزار و نیروهاي ماشینکاري در حالت هاي خشک و خنک کننده گازي بررسی کردند. نتایج مهم بدست آمده آنها نشان داد که زبري سطح، سایش ابزار و نیروي ماشینکاري در بیشتر شرایط در حالت خنککاري گازي کمتر از حالت خشک میباشد. دلیل این امر شستشوي بهتر برادهها، جریان بهتر براده، کاهش دماي ماشینکاري و کاهش اصطکاك می باشد که تاثیرات مثبتی بر قابلیت ماشینکاري دارد.
ژاویر و همکاران تاثیر روغنهاي مختلف (نارگیل، آب صابون، روغن حل شونده) را بر سایش ابزار در ماشینکاري فولاد AISI4340 بررسی کردند. آنها تمامی پارامترهاي ذکر شده را جداگانه بر روي هر مایع برش بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که بین سه نوع مایع روانکار، روغن نارگیل بهترین مایع برش در تراشکاري می باشد.[4]
کومار و همکاران اثر متغیرهاي اصلی فرآیند تراشکاري مانند عمق برش، سرعت برشی و پیشروي را بر سایش ابزار در ماشینکاري کامپوزیت آلومینیوم سیلسیسم مطالعه کردند.[5]
دهار و همکاران اثر روانکار در حالت مه پاشی را بر سایش ابزار و زبري سطح در فولاد B420 و ابزار کاربایدي SNMM
بررسی کردند. بدین منظور آنها آزمایشهایی را براي مقایسه روش حالت مه پاش با حالت سیال مایع و تزریق گاز با تغییرات
پارامترهاي ماشینکاري (سرعت برشی، نرخ برشی، زاویه برشی و عمق برش) طراحی کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که سایش ابزار در حالت مه پاش نسبت به حالت خشک و غوطه وري در سیال کمتر می باشد .[6]
فولاد بهسازي شده یکی از مواد پر کاربرد در صنایع خودروسازي، قطعهسازي، ساخت محورها و اکسلها است. به دلیل ماشینکاري مشکل این قطعه، به طور معمول سایش شدید ابزار و گاهی شکست ابزار در ماشینکاري این مواد وجود دارد. به این دلیل، در این پژوهش اثر پارامترهاي تراشکاري مانند سرعت چرخش اسپیندل، سرعت پیشروي و عمق بار بر سایش ابزار TNMG1604 بررسی شده است.
-2 تجهیزات پژوهش
در این پژوهش آزمایشها با دستگاه ماشین تراش CNC4301 شرکت ایندکس انجام گردید. این دستگاه از یک موتور با توان اسمی 1/7 kW با سرعت دوران 2000rpm بهره میبرد که توسط یک گیربکس که می تواند بینهایت سرعت دوران بین 10 تا 2000 دور بر دقیقه را تامین می کند. ماشین تراش شامل یک ابزار گیر بوده که قابلیت تجهیز شدن به چندین ابزار را دارد. شکل (1) این ماشین تراش استفاده شده را نشان می دهد.
به منظور اعمال حالت خنک کنندگی در این پژوهش از روانکار آب صابون متشکل از آب و محلول Z-ONE استفاده شد.
شکل (2) دستگاه را در حین فرآیند ماشینکاري نشان میدهد.
براي اندازه گیري زبري سطح ماشینکاري از دستگاه زبري سنج MahrSurf PS1 و ازمعیارRa استفاده شد. شکل (3)
دستگاه زبري سنج استفاده شده در این پژوهش را نشان میدهد.
براي اندازه گیري سایش ابزار از یک دستگاه میکروسکوپ Mitutoyo’s Tool Maker’s (با بزرگنمایی 500 برابر) استفاده گردید. شکل (4) میکروسکپ استفاده شده را به همراه دوربین عکسبرداري نشان می دهد.
براي مشخص کردن درصد ترکیبات شیمیایی آلیاژ قطعهکار در این پژوهش از دستگاه آنالیز مواد Spectrometry شرکت هپکو استفاده شده است که تصویر آن در شکل (5) آمده است.
همچنین نتایج بدست آمده از شناسایی ترکیبات شیمیایی این آزمایش در جدول (1) آمده است.
به منظور انجام آزمایش هاي فرآیند تراشکاري، قطعه هایی از جنس فولاد 30CrNiMo6 با قطر 20 میلی متر تهیه شد و آزمایشات بر روي این قطعه انجام گردید. شکل (6) تصویر این قطعهکار را نشان میدهد. همچنین جدول (2) خواص مکانیکی این قطعه کار را نشان می دهد.
جهت ماشین کاري ماده مذکور در این پژوهش از یک ابزار با جنس فولاد تندبر استفاده شده است. این ابزار با مشخصه TNMG1604 میباشد. شکل (7) تصویر ابزار استفاده شده در این پژوهش را نشان میدهد.
-3 روش انجام پژوهش
دراین پژوهش در مرحله نخست تعداد 9 آزمایش از 27 آزمایش قطعه کارکه به روش تاگوچی [7] انتخاب شده براساس 3 متغیر و در3 سطح استفاده شده که همگی داراي قطر 20 میلی متر بوده با عمق برشهاي متفاوت به قطر 14/5 رسانده تا حجم براده برداري تمامی قطعات با هم برابر باشد. در ستونهاي جدول (3) دیگر پارامترهاي اولیه قید شده است.
-4 بحث و نتایج
همانگونه که پیشتر بیان گردید به منظور اندازهگیري میزان سایش، قطعهاي از جنس فولاد بهسازي شده 30CrNiMo6 به قطر 20 میلیمتر تهیه گردید. سپس در یک حجم برادهبرداري یکسان براي هر آزمایش، قطر قطعه از 20 به 14/5 میلیمتر کاهش داده شد. براي هر آزمایش از یک ابزار جدید استفاده شد تا بتوان میزان سایش به طور دقیق اندازهگیري شود.
شکل (8) تصویر میکروسکپی به دست آمده از سایش ابزار را در آزمایشهاي انتخاب شده در بزرگنمایی 500 برابر نشان میدهد. همانگونه که در این تصاویر دیده میشود سایش ابزار تحت شرایط متفاوت داراي مقادیر متفاوت است. بیشترین مقدار به دست آمده از سایش در روي هر تصویر با یک فلش که توسط میکروسکوپ اندازهگیري شده است نشان داده شده است. مقادیر به دست آمده از سایش ابزار در هر آزمایش در جدول (4) نیز بیان شده است.
