بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژی تولید تحت تاثیر جنبههای متناقض اقتصادی و اکولوژیکی بسیار سنگین است و آن دسته از محصولات و تکنولوژی متقاضی دارند که محیط زیست را کمتر آلوده کنند. با توجه به اثرات سمی سیالات برش و فاکتورهای زیست محیطی مرتبط با ماشینکاری، اینگونه مواد به یک مشکل بزرگ تبدیل شده است. بنابراین جایگزینی روشهای تولید با فرآیندهایی که بینیاز از مواد خنک کننده باشند بهترین گزینه میباشند. ماشینکاری خشک، یکی از این گزینههاست که به معنی عدم استفاده از سیالات برش در فرآیند ماشینکاری است.
در این فرآیند به علت عدم استفاده از سیالات برشی، هیچ خطری محیط زیست و کاربر را تهدید نمیکند ولی اشکال عمده این فرآیند، چسبندگی قوی بین براده و سطح ابزار است که ناشی از حرارت تولیدی و سایش ابزار است. از سوی دیگر، خراشیدگی و شکست مربوط به تنشهای سایشی موجب آسیب دیدگی ابزار میشود که نه تنها نرخ برداشت مواد را تحت تاثیر قرار میدهد بلکه صافی سطح تمام شده قطعه کار را نیز کاهش میدهد. این مقاله به بررسی راهکارهای ارائه شده برای کاهش حرارت تولید شده در ابزار و به دنبال آن افزایش عمر آن و کیفیت سطح بهتر قطعه تمام شده در فرآیند ماشینکاری خشک اختصاص دارد.
-1 مقدمه
صدماتی که از جانب سیالات برشی به محیط زیست وارد میشود، یکی از بزرگترین نگرانیهای کاربرد استفاده از این سیالات است. امروزه فرآیند برش متحول شده است، به نحوی که قوانین و اخطارهای قانونی جهت حفظ محیط زیست، نقش مهمی در تدوین فرآیندها ایفا میکند. برای رسیدن به افزایش کیفیت برش از طریق کاربرد مواد خنک کننده، فرآیندهای ماشینکاری باید با توجه به قوانین حفاظت از محیط زیست، تنظیم گشته و به خطر افتادن سلامت کارگران - حساسیتها و صدمات پوستی - بخاطر کاربرد روغنها و امولسیونها نباید فراموش شود. بسیاری از این سیالات از مشتقات نفت خام غیر پایدار، تهیه شده است.
تخمین زده میشود که در مجموع 640 میلیون گالن مایعات فلز کاری سالانه در سراسر جهان مصرف میشود.[1] استفاده سالانه از این مایعات توسط اتحادیه اروپا در حوالی 320.000 تن برآورد شده است که 66 درصد از آن بعد از مصرف دفع میشود.[2] همچنین تخمین زده میشود که هزینههای مایعات برش، از جمله خرید، آماده سازی، تعمیر و نگهداری و دفع حدود %17 از کل هزینههای ماشینکاری یک محصول است. به دلیل اینکه سیالات برش، زیست تخریب ناپذیر هستند نیاز به عملیات پاکسازی گران قبل از دفع دارند، که هزینه دفع این سیالات می تواند دو تا چهار برابر از هزینههای خرید ابزار بالاتر باشد.[3]
گزارش شده که حدود %80 از عفونتهای شغلی در اپراتورها به واسطه تماس پوست با سیالات برش بودهاند. [4 ] مطالعه توسط هانو1 و همکاران[5] نشان میدهد که مایعات فلز کاری علت بیماریهای تنفسی و پوستی در میان کاربران هستند. به گزارش موسسه ملی ایمنی و بهداشت2 بیش از یک میلیون کارگر تحت تاثیر اثرات سمی ناشی از مایعات برش هستند. غلظت بالای این مایعات برش علت بالقوه برونشیت قفسه سینه و اختلال پوستی است.[6] در گزارش آژانس بین المللی تحقیقات سرطان آمده است که سیالات برش پایه معدنی که شامل هتروسیکلیت و پلی آروماتیک حلقوی هستند بسیار سرطانزا بوده و قرار گرفتن در معرض آن میتواند به بروز سرطان پوست منجر شود.
دلیل این امر آن است که پیچیدگی در ترکیب این مواد ممکن است برای بدن محرک باشند حتی اگر مواد اولیه آن، بیخطر باشند.[7] بنابراین، از نقطه نظر هزینه و سلامت، حذف کردن و یا کاهش استفاده از سیالات برشی، مهم بشمار میآید. از طرفی، افزایش شدید در هزینهها برای استفاده و دفع سیالات برش با ترکیبی از قانون جدید حفاظت از محیط زیست، که حتی انتظار میرود در آینده این قانون دقیقتر شود، موجب شده که تحقیقات جامعی برای حرکت به سمت ماشینکاری سبز صورت گیرد.
در چند سال اخیر فرآیندهایی که نیاز به سیال برشی نداشتهاند در صنایع مرتبط با ماشینکاری مورد استفاده قرار گرفتهاند که فرآیند پایدار نامیده شده و موجب تولید سبز میشوند. یکی از مهمترین و کاربردی ترین فرآیندهای پایدار در حوزه ماشینکاری، ماشینکاری خشک3 است. در این فرآیند هیچ نوع سیال برشی حتی به مقدار جزئی به منطقه برش تزریق نمیشود که این عمل موجب حذف اثرات منفی سیالات برش در ماشینکاری میشود.
باید به این نکته توجه شود که در فرآیندهای تولیدی، زمانی تولید مقرون به صرفه است که نرخ تولید در کنار کیفیت محصول، بالا باشد. در فرآیندهای ماشینکاری این امر با افزایش پارامترهای فرآیند از قبیل افزایش سرعت برشی، نرخ پیشروی و عمق برش میسر میشود. حال با افزایش این پارامترها در فرآیند ماشینکاری معمولی - ماشینکاری مرطوب - ، توانایی نفوذ سیال برشی به منطقه برش به شدت کاهش یافته و در عمل این سیالات هیچ تاثیری بر روند فرآیند ندارند و شرایط ماشینکاری خشک حاصل می-شود پس میتوان گفت که ماشینکاری خشک از این دیدگاه هم مورد توجه میباشد.
-2 پیشینه پژوهش
دینز4 و میکارونی[8] 5 چندین آزمایش بر روی سطح پایانی قطعه کار در فرآیند تراشکاری با تغییر سرعت برش، نرخ تغذیه و شعاع نوک ابزار، با استفاده از مایع برش و بدون استفاده از آن انجام دادهاند. هدف از این پژوهش رسیدن به بهترین شرایط برای استفاده از ماشینکاری خشک بوده است. آنها نتیجه گرفتند که برای رسیدن به روش ماشینکاری خشک بدون آسیب رساندن به عمر ابزار در حالی که بهبود زبری سطح و کاهش توان مصرفی حاصل شود باید نرخ تغذیه و شعاع نوک ابزار افزایش و سرعت برشی کاهش یابد. اگر چه استفاده از سیالات برش در ماشینکاری مرطوب ممکن است عمر ابزار را بهبود بخشد اما ماشینکاری خشک مصرف انرژی کمتر و کیفیت سطح بهتر را نتیجه میدهد.
داودی و همکاران[9] به بررسی تجربی حذف سیال برش در تراشکاری بر روی اینکونل 725 با ابزار کاربیدی پوشش-دار پرداختند. هدف از این مطالعه بررسی امکان حذف سیالات برش در فرآیند روتراشی اینکونل 725 بوده است. برای این منظور، اثر پارامترهای ماشینکاری مانند سرعت برش، نرخ تغذیه و عمق برش در نیروهای ماشینکاری مورد بررسی قرار گرفت. این نیروها شامل نیروی تغذیه، نیروی محوری و نیروی برش بودند.
علاوه بر این، زبری سطح در هر دو شرایط ماشینکاری خشک با ابزار پوششدار و ماشینکاری مرطوب با ابزار بدون پوشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در مقایسه با فرآیندهای ماشینکاری معمولی، سرعت برش و پوشش ابزار از پارامترهای مهم در حذف سیالات برش میباشد. اطلاعات به دست آمده از آزمایشها نشان داد که در ماشینکاری با ابزار پوششدار در محدوده خاصی از پارامترها، سیال برش را میتوان به طور کامل از فرآیند ماشینکاری حذف کرد.
دویلز6 و همکاران [10] به بررسی اثر ماشینکاری خشک در سلامت سطح و نیروهای برش، به تراشکاری بر روی اینکونل 718 پرداختند. عملیات تراشکاری در شرایط خشک و مرطوب و در سرعتهای برش مختلف، با شرایط نیمه پرداخت و با استفاده از یک ابزار کاربیدی پوششدار انجام شد. برای هر عمل برش، نیروی برش اندازهگیری و سطح ماشینکاری مورد بررسی قرار گرفته و پروفیلهای تنش پسماند تعیین شدهاند. نتایج نشان میدهند که ماشینکاری خشک با یک ابزار کاربیدی پوششدار هنگامی که از مقدار سرعت برشی بهینه استفاده شود، منجر به کیفیت سطح قابل قبول و تنش پسماند و سختی مشابه با ماشینکاری در شرایط مرطوب خواهد شد.
