بخشی از مقاله
چکیده
عملیات پرداختکاری نهایی در ساخت قطعات دقیق به خاطر حساسیت زیاد، فشار کاری و حداقل ماهیت قابل کنترل همیشه نگرانیهایی را موجب شده است. در عصر فناوری نانو، روشهای پرداختکاری با دقت بالا از اهمیت زیادی برخوردار هستند و نیاز به یک سناریوی ساخت جدید دارند. فرایندهای پرداختکاری سنتی به دلیل عدم توانایی برای ایجاد ویژگیهای سطحی مورد نیاز محصولات برای پاسخگویی به تقاضاهای نانوتکنولوژی مطلوب نیستند.
فرایندهای پرداختکاری پیشرفته جدید در چند دهه گذشته برای غلبه بر محدودیتهای فرایندهای پرداختکاری سنتی، توسعه داده شدهاند. در این پژوهش به بررسی یکی از فرایندهای پرداختکاری نوین به نام فرایند پرداختکاری ساینده مغناطیسی پرداخته میشود. ابندا یک دستگاه جهت انجام فرایند طراحی و ساخته میشود سپس به بررسی پارامترهای تاثیر گذار روی کیفیت سطح نهایی قطعهکار استوانهای از جنس SPK پرداخته میشود.
یکی از این پارامترها درصد اختلاط پودر آهن با ذرات ساینده جهت ایجاد گل ساینده میباشد. نتایج حاکی از آن است که افزایش درصد پودر آهن با اندازه ذرات درشت در گل ساینده آلومینیوم اکساید منجر به کاهش شدید زبری سطح شده و این در حالیست که با کاهش اندازه ذرات پودر آهن شاهد چنین تغییری نخواهیم بود. اما در استفاده از ذرات ساینده سلیکون کارباید، افزایش درصد پودر آهن همیشه با کاهش زبری همراه خواهد بود.
-1 مقدمه
نیاز به دقت بالا در ساخت در سراسر جهان برای بهبود قطعات قابل تعویض، بهبود کنترل کیفیت و عمر بیشتر فرسایشی/ خستگی توسط تولیدکنندگان مدام احساس میشود. تکنولوژی پرداختکاری فوق دقیق در صنایعی مانند ساخت نیمه هادیها، تجهیزات پزشکی، الکترونیک و انرژی هستهای برای ساخت قطعات با صافی سطح بالا به کار میرود. یکی از فرآیندهای نسبتا جدید پرداختکاری، پرداختکاری به کمک ذرات ساینده1 میباشد. در این فرآیند نیروهای برش توسط میدان مغناطیسی ثابت یا متغییر کنترل میشوند. این فرآیند قابلیت پرداختکاری با کیفیت بالا را فراهم میکند. از جمله سطوحی که قابلیت ماشینکاری با اینروش را دارند سطوح تخت، سطوح داخلی و خارجی لولهها و همچنین قطعات با هندسه پیچیده میباشند
در پرداختکاری به کمک ذرات ساینده مغناطیسی قطعه در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته و یک فاصله کاری2 بین آنها - قطعهکار و میدان مغناطیسی - وجود دارد. این میدان با تاثیر بر روی برس ساینده3 موجب انجام براده برداری میشود. برس ساینده از ذرات ساینده و به صورت یک گل ساینده فراهم میگردد. ذرات ساینده در برس از جنس سیلیکون کارباید یا آلومینیوم اکساید میباشند که به دلیل نداشتن خاصیت مغناطیسی این ذرات و لزوم تاثیر پذیری برس ساینده از میدان مغناطیسی برای اعمال فشار بر روی سطح نمونهها به ذرات ساینده مقداری ذرات پودر آهن افزوده میشود.
برای افزودن یکپارچگی و نگه داشتن ذرات پودر آهن و پودرساینده و همچنین همگنتر شدن برس از یک مایع روانکار نیز در مخلوط استفاده میشود. این برس ساینده دارای خاصیت انعطاف پذیری میباشد و زمانی که در بین میدان مغناطیسی قرار میگیرد شکلی شبیه به سطحی که روی آن قرار دارد را به خود میگیرد و در نتیجه امکان پرداختکاری از روی سطوحی که دارای هندسه پیچیده هستند را فراهم میکند. برس ساینده دارای لبههای برش بسیار زیادی برای پرداخت سطوح میباشد که این خود ناشی از وجود تعداد زیادی از ذرات ساینده در برس است که نقش یک ابزار چند لبه را دارا میباشند.
در گذشته مطالعاتی در زمینه پرداختکاری به کمک ذرات ساینده مغناطیسی صورت گرفته است که این مطالعات عموما برای بررسی پارامترهای تاثیر گذار بر روی کیفیت سطح در قطعات مسطح و یا سطوح داخلی و خارجی لوله ها بوده است. نتایج حاصل از استفاده از پرداختکاری به کمک ذرات ساینده مغناطیسی آزمایشاتی بر روی سطوح تخت حاکی از این است که با افزایش قطر ذرات ساینده، کیفیت سطح نیز بهبود میبابد. از طرفی به منظور حصول به یک سطح پرداخت شده نیاز است تا قطر ذرات فرومغناطیس با یک نسبت مناسبی نسبت به قطر ذرات ساینده انتخاب شوند .
با تحقیقات انجام شده در رابطه با بررسی چگونگی توزیع میدان مغناطیسی با استفاده از روش پرداختکاری به کمک ذرات ساینده مغناطیسی در پرداخت داخلی لولهها، مشخص گردید که قدرت میدان مغناطیسی و گرادیان آن در مرکز قطبهای مغناطیسی دارای کمترین مقدار و در لبههای کناری دارای بیشترین شدت
میباشد
در تحقیقی، جین و کومار به بررسی فرآیند پرداختکاری مغناطیسی بر روی سطح خارجی استوانه پرداختند و نقش دو پارامتر سرعت دورانی قطعهکار و فاصله کاری را مورد مطالعه قرار دادند. بعد از طراحی و ساخت تجهیزات و انجام تست زبری سنجی دریافتند که با افزایش فاصله کاری در سرعتهای 0/8 و 1 متر بر ثانیه تغییرات عمدهای در صافی سطح صورت نمیگیرد، اما با افزایش سرعت تا 1/6 متر بر ثانیه می-توان شاهد کاهش کیفیت سطح بر اثر افزایش فاصله کاری بود، در این مطالعه مشاهده گردید که با افزایش سرعت دورانی به طور کلی شاهد کاهش کیفیت سطح خواهیم بود
همین پارامترها در تحقیقی دیگر توسط دریندراو و همکارانشان برای پرداخت قطعات مسطح مورد بررسی قرار گرفت و بابررسی تغییرات سرعت دورانی و فاصلهکاری دریافتند که با افزایش فاصلهکاری شاهد افزایش کیفیت سطح به میزان قابل ملاحظهای خواهیم بود. همچنین با افزایش سرعت دورانی کاهش کیفیت سطح مورد انتظار است .
دون نیز در تحقیقی دیگر به بررسی پرداختکاری سطوح خارجی محورهای استوانهای از جنس فوق سخت پرداخته است. با بررسی سرعت دورانی، زمان و اندازه ذرات ساینده نتایج کیفیت سطح به این صورت بود که با افزایش سرعت دورانی کیفیت سطح در حد مطلوبی افزایش پیدا میکند که این افزایش از حد معینی به بعد عملا بدون تاثیر میباشد. همچنین با افزایش زمان فرآیند نیز شاهد افزایش کیفیت سطح میباشیم و با ریزتر شدن ذرات ساینده کیفیت سطح بالاتری بدست خواهد آمد
تای ام و دون نیز در تحقیقی به میکروپرداختکاری محوری از جنس STS 304 پرداختند. ایشان با استفاده از آهنرباهای ثابت و مخلوط پودر الماس و آهن اقدام به پرداختکاری نمونه مورد نظر نمودهاند. پس از انجام آزمایشات دریافتند که با افزایش زمان میتوان به کیفیت سطح بالاتر رسید و همچنین با افزایش سرعت دورانی کیفیت سطح پایینتری حاصل خواهد شد. از طرفی با ایجاد تغییرات در اندازه ذرات پودر الماس دریافتند که این تغییرات نقش کلیدی در فرآیند ندارد و تغییرات چشمگیری در صافی سطح ایجاد نمیکند
در روشهای مرسوم پرداختکاری امکان دسترسی به سطح داخلی برای ایجاد نیروی برش یکسان در تمامی طول، از طریق ابزار برش خصوصاٌ برای قطعات استوانهای که دارای قطر کم و طول زیاد میباشند سخت میباشد. از مزایای روش پرداختکاری ساینده مغناطیسی این است که به سطح داخلی قطعات استوانهای، بدون توجه به اندازه قطر و طول آن نیرویی یکسان در تمام طول قطعهکار وارد نمود که این امر باعث ایجاد سطح پرداخت شده یکسان در طول قطعهکار خواهد شد.
برای نیل به این هدف نیاز به طراحی و ساخت یک دستگاه برای ایجاد میدان مغناطیسی یکنواخت است. با کمک میدان مغناطیسی میتوان به مخلوط ذرات ساینده و ذرات مغناطیسی، نیرویی در داخل قطعهکار استوانهای با مقدار مشخص وارد نمود و به این ترتیب با چرخش قطعهکار و ساییده شدن این مواد، از سطح داخلی میکروبرادههایی برداشته میشود که در نهایت عمل پرداختکاری صورت میگیرد. در این تحقیق سعی میشود تا علاوه بر طراحی و ساخت دستگاه مذکور، به بررسی تاثیر پارامترهای درگیر این فرایند خصوصا درصد وجود پودر آهن در گل ساینده پرداخته شود. بدیهی است که خروجی فرایند کیفیت سطح پرداخت شده میباشد.
-2 طراحی آزمایشها و طراحی دستگاه پرداختکاری ساینده مغناطیسی
همانطور که در قبل اشاره شد برای ایجاد نیرو نیاز به یک میدان مغناطیسی یکنواخت است که برای این منظور، میدان مغناطیسی یکنواختی با طول 10 cm و با سطح مقطع 10×10 cm2 در نظر گرفته شده است. شدت میدان مغناطیسی در این دستگاه برای انجام آزمایشات مورد نظر باید قابل تغییر باشد. شدت میدان از کمترین مقدار 0/1 تسلا تا 1/2 تسلا، برای انجام عملیاهای مختلف پرداختکاری در این دستگاه نظر گرفته شده است.
