بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی ماشینکاري نیمه خشک بر روي فرایند تراشکاري فولاد 1.7225 با ابزار کاربایدي پرداخته می شود. تاثیر ماشینکاري نیمه خشک بر نیروي ماشینکاري و زبري سطح حاصل و با ماشینکاري خشک مقایسه می گردد. با تغییر سرعت برشی، سرعت پیشروي و عمق برش در آزمایش هاي تراشکاري، صافی سطح و نیروي ماشینکاري حاصل گردیده و مقایسه بین ماشینکاري در دو حالت خشک و حداقل مقدار روانکار مقایسه می گردد. نتایج نشان داد که زبري سطح در ماشینکاري نیمه خشک بهبود می یابد و نیروي ماشینکاري نیز کاهش 10 درصدي دارد.
واژه هاي کلیدي:روانکاري نیمه خشک، تراشکاري، نیروي ماشینکاري، زبري سطح
مقدمه
درسال هاي اخیر به منظور کاهش اثرات زیست محیطی روانکارهاي ماشینکاري فرایندهاي ماشینکاري خشک و ماشینکاري نیمه خشک توسعه یافتند . در ماشینکاري نیمه خشک یا ماشینکاري با حداقل مقدار روانکار روغن گیاهی همراه با هواي فشرده مخلوط شده و عمل روانکاري بصورت پریودیک انجام می گیرد. در فرایندهاي ماشینکاري استفاده از روانکار جهت بهبود توانایی ماشینکاري و عمر ابزار توصیه می شود 2]،.[ 1 یک مایع روانکار تأثیر قابل توجهی بر درجه حرارت منطقه ماشین کاري، تنش هاي نرمال و برشی و تنش هاي پسماند در قطعات ماشین کاري شده خواهد گذاشت .[3] اخیرا بعلت مشکلات روانکارها نظیر هزینه و اثرات زیست محیطی استفاده از این مایعات رو به کاهش است و تحقیقات براي جایگزینی ماشینکاري خشک و نیمه خشک صورت گرفته است.
در ماشینکاري نیمه خشک مقدار بسیار کمی از روغن گیاهی همراه با هواي فشرده مخلوط شده و بصورت اسپري به منطقه ماشینکاري ارسال می شود. قطرات کوچک روغن که در اندازه چند میکرونی است به طور مستقیم به سر ابزار منتقل می شود و هر دو عمل خنک کاري و روانکاري انجام می گیرد. بررسی نشان می دهد استفاده از این نوع ماشین کاري صافی سطح قطعه تولیدي را بهبود می دهد. مهمترین ویژگی این نوع روانکاري استفاده از روغن گیاهی است کهاثرات مخرب روانکارهاي معدنی و شیمیایی را ندارد. مقدار مصرف روغن در کاربردهاي صنعتی معمولا ml/h 100-10 می باشد.[4] پارامترهاي موثر در روانکاري MQL عبارتند از دبی روغن, فشار هوا وموقعیت نازل که مقدار بهینه این پارامترها به فرایند مورد استفاده بستگی دارد.
به نسبت ماشینکاري با روانکار ماشینکاري نیمه خشک نتایج بهتري در کیفیت سطح و عمر ابزار نشان داده است.درسال 2008 داویم و همکارانش[5] بر اساس مطالعاتی که در مورد تراشکاري برنج داشتند پارامترهاي ماشین کاري و MQL را بهینه سازي کرده اینگونه نتیجه گرفتند که با انتخاب درست سیستم NDM می توان به نتایجی بهتر از شرایط روانکاري مرطوب رسید. ابی کاوا و همکارانش [6] در سال MQL 2006 و روانکاري معمولی وشرایط خشک را در شیار تراشی با سرعت بالا روي فولاد کم کربن مقایسه کردند. آنها نتیجه گرفتند MQL سایش ابزار را کاهش می دهد. همچنین نتیجه گرفتند مکانیزم انتقال بخار روغن به منطقه ماشینکاري نقش مهمی در روانکاري این منطقه و کاهش سایش ابزار دارد.
در سال Liao 2007 و همکارانش [7] فرزکاري سرعت بالا با ابزار کاربایدي روي فولاد سخت شده NAK 80 را در شرایط روانکاري معمولی، خشک و MQL مقایسه کردند. انها نتیجه گرفتند که عمر ابزار در روانکاري معمولی کمترین بوده و MQL بهترین عملکرد روي عمر ابزار دارد. همچنین MQL در مقایسه با برش خشک تشکیل لبه انباشته را به تاخیر انداخته و در سرعت برش بالاتر عمر ابزار را بهبود می بخشد.در سال 2009 خان و همکارانش [4] دریافتند که ماشینکاري نیمه خشک با روغن گیاهی می تواند نیروهاي برش در تراشکاري فولاد AISI 9310 را تقریباً5 تا 15 درصد کاهش دهد. آن ها این کاهش و همچنین بهبود عمر ابزار و کیفیت سطح ماشینکاري شده را به کاهش دماي ناحیه ي برش نسبت دادند که می تواند به عنوان دلیل عمده براي بهبود عملیات براده برداري تلقی شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد که دماي منطقه ماشینکاري در شرایط MQL نسبت به شرایط روانکاري معمولی 10 درصد کاهش دارد.
رونان اترت و همکارانش [8] تراشکاري روي فولاد سخت شده بیرینگ را در شرایط خشک و MQL مقایسه کردند. نتایج آنها نشان داد MQL زبري سطح، سایش ابزار و دماي ماشینکاري را کاهشمی دهد و همچنین کاهش کمی را در نیروي ماشینکاري دارد. نتایج نشان داد که MQL دماي منطقه ماشینکاري را حدود 10 تا 30 درصد کاهش می دهد . نیروهاي ماشینکاري در 2 حالت MQL و خشک تفاوتی چندانی ندارد.در این تحقیق به بررسی تاثیر استفاده از MQL بر زبري سطح و نیروي ماشینکاري و مقایسه آن با ماشینکاري خشک انجام می گیرد. آزمایش هاي تراشکاري در سه سرعت برش، سه سرعت پیشروي و سه عمق براده انجام گرفته و صافی سطح، نیروي ماشینکاري و دماي منطقه ماشینکاري در دو حالت ماشینکاري خشک و ماشینکاري با حداقل مقدار روانکار بررسی و مقایسه گردید. ابزار مورد استفاده از نوع لوزي شکل با طول ضلع 15 میلی متر می باشد.
شرایط آزمایش
تجهیزات مورد استفاده براي انجام آزمایش عبارتند از:
-قطعه کار: میل گرد به قطر 45 میلیمتر و طول 500 میلیمتر از جنس فولاد به شماره 1,7225 با فرمول شیمیایی جدول 1 می باشد.ابزار مورد استفاده از نوع لوزي با کد DNMG 150608-PM و گرید YBC 351 و ساخت شرکت zhuzhou چین می باشد. هولدر مورد استفاده با کد DDHNR 2525 M15 می باشد.طول قطعه کار به فاصله هاي 2/5 سانتیمتر تقسیم شده و هر قسمت با توجه به پارامترهاي ماشینکاري تراش داده می شود شکل 1 نیروي ماشینکاري در حین انجام آزمایش و زبري سطح پس از پایان ازمایش ها اندازه گیري شد. نیروي ماشینکاري توسط دستگاه دینامومتر اندازه گیري می شود.
-دستگاه تراش دو متري با مدل TN50A ساخت ماشین سازي تبریز.
-دینامومتر مدل KISTLER 9257B، این وسیله جهت اندازه گیري نیروهاي ماشینکاري استفاده می شود.
-زبري سنج مدل - Mahr - MarSurf PS1 این وسیله جهت اندازه گیري زبري سطح استفاده می شود. زبري میانگین سطوح ماشینکاري در سه نقطه از قطعه کار اندازه گیري شده و میانگین مقادیر زبري متوسط ثبت می شود.
-دستگاه MQL جهت ایجاد اسپري مخلوط هوا و روغن شرایط ماشینکاري بدو صورت خشک و نیمه خشک می باشد و پارامترهاي ماشینکاري مورد استفاده در آزمایش ها مطابق جدول 2 می باشد.جهت انجام آزمایش ها در شرایط MQL با توجه به اینکه شرایط بهینه روانکاري در فرایندهاي ماشینکاري مختلف متفاوت است و بایستی شرایط بهینه MQL در هر فرایند بدست آید چندین مرحله موقعیت نازل ها هم از لحاظ زاویه نسبت به محور قطعه کار و هم از لحاظ فاصله تا سر ابزار انجام شده تا بهترین شرایط تنظیم شده است. شرایط بهینه تنظیم ابزار در شکل 2 نشان داده شده است.
نتایج و بحث
پس از انجام آزمایش ها و اندازه گیري نیرو و زبري سطح، نتایج حاصله ثبت گردید.براي تحلیل داده هاي آزمایش از روش آماري و از نرم افزار Minitab براي تحلیل داده ها استفاده گردید . نرم افزار Minitab یکی از نرم افزارهاي مطرح آماري میباشد که در برخی زمینه هايعلم آمار،از جمله کاربردآمار در صنعت و در اقتصاد از قابلیت هاي خاصی برخوردار میباشد. از جمله امکانات این نرم افزار احتمالات و توزیعهاي گسسته و پیوسته، روشهاي گرافیکی جهت تشریح دادهها, آنالیز واریانس و تجزیه و تحلیل مقادیر با قیمانده و بررسی اثرپذیري حاصله از عوامل مختلف بر نمونههاي جمعآوري شده، پیشبینی و پیشگیري بر پایه رگرسیون خطی و سريهاي زمانی و آنالیزهاي چند متغیره می باشد.
اطلاعات ثبت شده در نرم افزار MINITAB به نمودار تبدیل شد تا عوامل موثر در صافی سطح، نیرو و دماي ماشینکاري بررسی و مقایسه اي بین ماشینکاري خشک و نیمه خشک در تراشکاري فولاد مورد نظر انجام شود.کیفیت سطح یکی از مهمترین پارامترهاي کارکردي قطعات مکانیکی و همچنین یکی از محدودیت ها در انتخاب پارامترهاي براده برداري در طراحی فرایند می باشد. کیفیت سطح در بارگذاري خستگی، انطباق هاي دقیق، نرخ سایش و مقاومت خوردگی تاثیر گذار می باشد.[9] از عوامل موثر بر کیفیت سطح می توان به پارامترهاي ماشینکاري که شامل سرعت برش، عمق براده، و نرخ پیشروي می باشد اشاره کرد. شکل 3 اثر سرعت برش, نرخ پیشروي و عمق براده بر زبري سطح را نشان می دهد.
مطابق شکل 3، با افزایش سرعت برش زبري سطح کاهش می یابد. دلیل آن را می توان این چنین توجیه نمود که با افزایش سرعت برش تغییر شکل پلاستیکی آسان تر شده و اصطکاك بین سطوح آزاد و سطوح ماشینکاري شده و همچنین اصطکاك سطح ابزار و براده در اثر افزایش درجه حرارت کاهش می یابد. در ماشینکاري خشک با افزایش عمق براده زبري سیر صعودي دارد و از عمق 0/8 میلیمتر به بالا شیب منحنی تندتر می شود. در حالیکه در ماشینکاري نیمه خشک افزایش عمق براده از 0/4 به 0/8 میلیمترزبري کاهش داشته و سپس با افزایش عمق براده به 1/2 میلیمتر زبري نیز افزایش می یابد. با افزایش سرعت برش، نیروي ماشینکاري و در نتیجه انرژي مخصوص برش کاهش می یابد. با افزایش سرعت برش مساحت صفحه برش - حجم ناحیه تغییر شکل اولیه - کاهش یافته لذا انرژي مخصوص کمتري صرف برداشتن براده می گردد.
همچنین با افزایش سرعت برش نیروي اصطکاك روي سطح ابزار نیز کاهش یافته و باعث کاهش نیروي ماشینکاري می گردد.افزایش سرعت پیشروي و عمق براده باعث افزایش نیروهاي ماشینکاري می شود. افزایش نیرو با افزایش عمق براده و نرخ پیشروي را می توان حاصل از افزایش سطح مقطع براده تغییر شکل نیافته دانست، که با افزایش عمق براده و نرخ پیشروي سطح مقطع مقاوم در برابر برش افزایش یافته و در نتیجه نیروي بیشتري براي جدا کردن براده از سطح قطعه کار لازم است. شکل 4 مقایسه نیروي ماشینکاري در ماشینکاري خشک و نیمه خشک را نشان می دهد. با توجه به شکل 4 افزایش نرخ پیشروي و عمق براده باعث افزایش نیروي ماشینکاري شده است.
با توجه به شکل 5 افزایش سرعت برش باعث بهبود کیفیت سطح شده و با افزایش سرعت پیشروي و عمق براده زبري سطح افزایش می یابد. در شرایط یکسان در روانکاري نیمه خشک کیفیت سطح بهتري حاصل می شود. با توجه به شکل6 پارامترهاي ماشینکاري بهینه عبارتست از: سرعت برش 94,5 متر بر دقیقه، سرعت پیشروي 0,18 میلیمتر بر دور و عمق برش .0,8همانطور که در شکل 8 مشاهده می شود روانکاري نیمه خشک باعث کاهش 10 درصدي نیروي ماشینکاري می شود.
