بخشی از مقاله
چکیده
فرآیند سوراخکاري اصطکاکی یکی از فرآیندهاي ماشینکاري خشک محسوب میشود که بدون ایجاد هیچگونه براده و با استفاده از حرارت ایجاد شده بین ابزار مخروطی دوار و قطعه کار، قطعه کار را سوراخ میکند. به منظور کاهش انرژي مصرفی دستگاه، فاکتورکلیدي آن یعنی گشتاور پیچشی وارد بر ابزار باید حداقل گردد. در این مطالعه، به منظور حداقل سازي میانگین گشتاور پیچشی وارد بر ابزار، تاثیر هر یک از پارامترها بررسی میگردد. سپس اثربخش ترین پارامترها و روند تاثیرات و سطوح مورد نیاز از هر کدام از پارامترهاي ورودي جهت رسیدن به حالت بهینه، ارائه میگردد.
تحلیل نتایج نشان داد که ماکزیمم گشتاور پیچشی وارد بر ابزار در ثانیه دهم پس از لحظه تماس ابزار با قطعه کار صورت میگیرد که در این لحظه قسمت مخروطی ابزار به طور کامل در داخل قطعه کار فرو رفته است. بررسی تاثیر پارامترها نشان داد که اولویت اثربخشی پارامترهاي ورودي به روي میانگین گشتاور پیچشی وارد بر ابزار به ترتیب نرخ پیشروي، سرعت اسپیندل، نسبت ناحیه تماس اصطکاکی، زاویه اصطکاکی و زاویه مرکزي میباشد. مشاهده روند تاثیر پارامترهاي ورودي حاکی از این مطلب بود که حداقل میانگین گشتاور پیچشی وارد بر ابزار در صورتی قابل حصول است که از ابزاري با زاویه اصطکاکی 50 درجه، زاویه مرکزي 120 درجه، نسبت ناحیه تماس اصطکاکی 100%، نرخ پیشروي 63 میلی متر بر دقیقه و سرعت اسپیندل 2000 دور بر دقیقه استفاده گردد.
واژگان کلیدي: سوراخکاري اصطکاکی، زاویه اصطکاکی، زاویه مرکزي، نسبت ناحیه تماس اصطکاکی، نرخ پیشروي
-1 مقدمه
استفاده از اصل اصطکاك ایجاد شده بین ابزار دوار و قطعه کار در حال تماس به یکدیگر و بهره برداري از حرارت حاصل براي سوراخ کردن قطعه کار درسال هاي اخیر مطرح شده است.[1] سوراخکاري اصطکاکی شیوه جدیدي از سوراخکاري است که از حرارت ایجاد شده در اثر اصطکاك بین ابزار و قطعه کار براي سوراخ کردن قطعه کار استفاده میکند.[2] معمولا ابزار از جنس سخت و مقاوم به سایش و حرارت ساخته شده که هم بتواند در مقابل سایش مقاومت کند و هم بتواند در حرارت بالا دوام داشته و سختی خود را از دست ندهد. این فرآیند به دلیل عدم استفاده از مایع خنک کاري جزء فرآیندهاي ماشینکاري خشک محسوب میشود.[ 3] یکی از کاربردهاي این روش، ایجاد زائده در قسمت پایینی قطعات که در صورت نیاز به اتصال دادن قطعه، میتوان براي وصل کردن قطعه دیگر به آن در سطح داخلی آن رزوه زد و از پیچ براي وصل کردن آن استفاد کرد.[4] مراحل مختلف فرآیند سوراخکاري اصطکاکی در شکل 1 به نمایش درآمده است.
در شکل 1 ، فرآیند سوراخکاري اصطکاکی در 5 مرحله نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میگردد به دلیل اصطکاك زیاد بین ابزار دوار و قطعه کار، کم کم حرارت افزایش یافته و پس ازایجاد زائده بالایی و ادامه پیشروي ابزار و ایجاد منفذ در قطعه کار، زائده پایینی نیز تشکیل شده و با عبور قسمت استوانه اي ابزار، بوش بطور کامل ایجاد میگردد.در سال هاي اخیر مطالعات محدودي در این زمینه انجام گشته است. کرخوفس[6] 1 در سال 1994 به بررسی عملکرد پوشش هاي نیترید آلومینیوم و نیترید تیتانیوم در ابزار سوراخکاري اصطکاکی پس از انجام فرآیند پرداخت. فرناندز[7] 2 در سال 2004 به بررسی کیفیت بوش و چگونگی تغییرات درجه حرارت با طراحی آزمایشی که پارامترهاي آن، سرعت پیشروي، سرعت اسپیندل و ضخامت قطعه کار بود، پرداخت. آلبرت شیه[8]3 در سال 2005 به بررسی عملکرد فرآیند سوراخکاري اصطکاکی روي قطعات ریختگی از جمله منیزیم و آلومینیوم پرداخت. میلر[9]4 در سال 2006 به مطالعه سایش ابزار سوراخکاري اصطکاکی پس از انجام فرآیند روي فولاد کم کربن پرداخت.
از آنجایی که انرژي مصرفی دستگاه تا حدود بسیار زیادي بستگی مستقیم به مقدار گشتاور پیچشی وارد بر ابزار در فرآیند سوراخکاري اصطکاکی دارد، لذا براي اینکه بتوان در راستاي کاهش هزینه، انرژي مصرفی دستگاه را کاهش داد، در این مقاله به مطالعه روند تغییرات گشتاور وارد بر ابزار در طی انجام فرآیند سوراخکاري اصطکاکی پرداخته میشود و میانگین گشتاور وارد بر ابزار بدست آمده و ارائه میشود. براي اینکه بتوان این مقدار را به حداقل ممکن رساند، 5 پارامتر در نظر گرفته شده و در سطوح مختلف ارائه میگردد. سپس توسط روش تاگوچی آزمایشی طراحی میشود و بر طبق آن آزمایشات انجام میشوند. پس از بررسی روند تاثیرات هر کدام از پارامترها، اولویت اثربخشی آنها به روي پارامتر پاسخ ارائه میگردد. در نهایت، ترکیب مناسبی از سطوح پارامترها به منظور حداقل سازي میانگین گشتاور پیچشی وارد بر ابزار ارائه میشود.
-2 طراحی و اجراي آزمایش
پارامترهاي ورودي مورد استفاده در این مطالعه، سرعت اسپیندل، نرخ پیشروي، زاویه اصطکاکی، زاویه مرکزي و نسبت ناحیه تماس اصطکاکی میباشند. - شکل - 2زاویه مرکزي داراي دو سطح 90و 120 درجه میباشد. زاویه اصطکاکی در 4 سطح 30، 40، 50و 60 درجه، استفاده شده است. نسبت ناحیه تماس اصطکاکی در سطوح 50%، 75%و 100% مورد نظر است. سرعت اسپیندل و نرخ پیشروي هر کدام به ترتیب داراي سطوح 1000، 1600، 2000 دور بر دقیقه و 60، 100، 160 میلی متر بر دقیقه هستند. با استفاده از روش تاگوچی، جدول 16 سطري از ترکیب مناسبی از پارامترها ارائه شد. - جدول - 1
قطعه کارهاي مورد آزمایش از جنس مس و در ابعاد 30×40×2/5 تهیه گردیدند. فیکسچر مورد نظر پس از طراحی ماشینکاري شده و روي دینامومتر تنظیم و بسته میشود. قطر ابزارهاي مورد استفاده 7 میلی متر بوده و از دستگاه فرز FPKM4 براي اجراي فرآیند استفاده شد. دینامومتر مورد استفاده از نوع کیستلر مدل 9272 است. - شکل - 3پس از انجام آزمایشات، میانگین گشتاور پیچشی وارد بر ابزار در هر کدام از تست ها توسط نرم افزار مربوط به دینامومتر مورد استفاده - داینو ویر - 1 بدست آمد. - جدول - 1 پس از استفاده از روش آنالیز واریانس موجود در نرم افزار مینی تب 2 16 به منظور تحلیل داده هاي جدول1، نمودارهایی براي براي تحلیل روند تاثیر پارامترهاي ورودي به روي میانگین گشتاور پیچشی وارد بر ابزار ارائه میشوند. - شکل - 5
