بخشی از مقاله
چکیده
عملیات بورینگ در تولید بوش سیلندر موتور نقش بسزایی در تعیین پارامترهای کیفی بوش سیلندر مثل دایروی بودن“ovality”× و استوانه ای بودن “cylindricity” داشته و همچنین نقش تعیین کننده ای در کیفیت شیارهای ایجاد شده در فرآیند هونینگ جهت دستیابی به پارامترهای کیفیت سطح مورد نظر نهایی دارد. در این پژوهش ابتدا جهت تعیین شرایط ایده آل فرآیند بورینگ و بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری مثل دور،سرعت پیشروی و میزان باردهی موثر فرآیند بورینگ بوش سیلندر موتور tu3Aبا شرایط واقعی به کمک نرم افزار آباکوس “Abaqus ”شبیه سازی گردید.
سپس نتایج حاصل شده با نتایجی که بصورت تجربی جهت فرآیند بورینگ واقعی استفاده می شود و با نیروی مماسی اندازه گیری شده با دینامومتر مقایسه گردید مشاهده شد که با حذف سیال خنک کننده حین ماشینکاری نیروی مماسی کاهش مییابد هرچند درجه حرارت قطعه کار و ابزار برشی افزایش مییابد و با اندازه گیری دقیق میزان دایروی بوش های سیلندری که با پارامترهای تجربی ماشینکاری شده بودند با بوشهایی که با پارامترهای شبیهسازی نرم افزاری تولید شده بودند ضمن بهبود کیفیت بوش های تولیدی مشاهده گردید که پارامترهای مختلف ماشینکاری بویژه سرعت پیشروی نقش تعیین کننده تری نسبت به سایر عوامل از جمله فیکسچر و انبساط حرارتی و... در میزان دایرویبودن و استوانه ای بودن بوش سیلندر دارند.
-1 مقدمه
توسعهی سریع صنعت خودروسازی باعث شده است که انتظارات از بهبود عملکرد موتور خودروها روز به روز بیشتر شود. از این رو افزایش دقت ماشینکاری قطعات موتور از جمله بوش سیلندر نقشی حیاتی در افزایش توان تولیدی موتور و کاهش مصرف سوخت داشته، همچنین بر میزان روغن سوزی در موتور و تامین استانداردهای آلایندگی آن تاثیر مستقیمی دارد.
مهمترین پارامترها در تعیین دقت ماشینکاری بوش سیلندر میزان دایروی بودن و استوانه ای بودن آن پس از ماشینکاری میباشد . چنانچه میزان انحراف از دایروی بودن و استوانه ای بودن بیش از حد مجاز باشد به دیل سطح تماس نامتقارن رینگ ها و پیستون با دیوارهی بوش سیلندر اصطکاک در موتور افزایش یافته و منجر به افزایش سایش بین رینگ و دیواره ی بوش سیلندر شده که این پدیده به افزایش مصرف سوخت و کاهش توان خروجی موتور منجر شده و با ساییدگی بیش از حد رینگ و پیستون با دیوارهی سیلندر به مرور زمان به کاهش عمر مفید قطعات موتور می انجامد.
در بعضی مواقع مشاهده شده است که بیضی بودن بوش باعث فرار شعلهی حاصل از احتراق از سطح تماس بین رینگ و دیوارهی بوش سیلندر شده و باعث افت توان موتور و افزایش دمای بیش ازحد آن شده و نهایتا پیستون گرفتگی در موتور رخ دادهاست . بنابراین شرکت های خودروسازی روز به روز استانداردهای سختگیرانه تر همراه با تلرانس های بسته تری برای میزان مجاز مخروطی بودن و بیضی بودن بوش سیلندر اعمال میکنند. این میزان بسته به نوع موتور و اندازهی قطر سیلندر و پیستون متفاوت میباشد که در موتورهای بنزینی 1400 تا 1800 سی سی معمولا باید کمتر از 0,06 میلیمتر به ازای قطر باشد.
موتور Tu3 A که موضوع بحث این مقاله میباشد و یکی از پرتیراژ ترین موتورهای تولید داخل در حال حاضر میباشد 1400 سی سی بوده و بعنوان قوای محرکهی بیشتر تیپهای خودرو پژو 206 استفاده میشود. طبق استاندارد اعلام شده از سوی شرکت پژو میزان انحراف از حالت دایرهی کامل آن بایستی کوچکتر مساوی 0,05 میلیمتر باشد در صورتی که این میزان بصورت افزایش قطر باشد بوش قابل استفاده نبوده و نبایستی بر روی موتور نصب شود و از نظر کیفیتی دور ریز محسوب می-شود.
واضح است که هرچه میزان بیبضی بودن بوش کمتر باشد بیانگر دقت بالاتر ماشینکاری بوش در مراحل بورینگ و هونینگ بوده و کیفیت محصول تولیدی بالاتر میرود که در نهایت عملکرد مطلوبتری حین کار در موتور خودرو ارائه خواهد نمود. معمولا در زمان تولید بوش سیلندر در سه مرحله عملیات بورینگ روی آن انجام می شود که شامل مرحلهی بورینگ خشن , - rough boring - بورینگ نیمه نهایی - - semi-finishing boring و بورینگ نهایی - finishing boring - که در این پژوهش مرحلهی بورینگ نهایی که از اهمیت بالاتری در تعیین کیفیت نهایی بوش سیلندر برخوردار است مورد مطالعه قرار گرفته است.
پژوهش هایی که در زمینهی بورینگ بوش سیلندر انجام شده است عمدتا برروی شبیه سازی حرارت جذب شده توسط بوش سیلندر حین فرآیند بورینگ وخطاهای ماشینکاری ناشی از انبساط حرارتی بودهاست که از این جمله می توان به مقاله ی یولانگ تانگ - Yolung Tung - [1] اشاره کرد که به بررسی توزیع دما در بوش سیلندر حین بورینگ و میزان انبساط حرارتی بوش سیلندر حین فرآیند بورینگ پرداخته است و عملیات بورینگ همزمان نیمه نهایی و نهایی را به منظور به حداقل رساندن تاثیرات انبساط حرارتی در خطای ماشینکاری پیشنهاد کرده است.
در پژوهش دیگری یولانگ تانگ[2] باشبیه سازی حرارت تولیدی حین بورینگ توسط لیزر و اندازه گیری دما و نیرو حین فرآیند بورینگ میزان تاثیر هریک از این عوامل را بصورت جداگانه بر خطاهای ماشینکاری مورد مطالعه قرار داده است و تاثیر انبساط حرارتی بر بیضی شدن بوش را بیشتر از نیروی مماسی ابزار برشی بر دیوارهی بوش قلمداد کرده است.
در پژوهشی دیگر فاتح [3] - Fatih - با بررسی تجربی تاثیر پارامترهای ماشینکاری بر کیفیت فرآیند بورینگ خشن در سیلندرهای یکپارچه با بلوکهی سیلندر پارامترهای بهینه جهت کاهش زمان تولید ارائه کرده است اما تا کنون مطالعهای بر روی شبیه سازی المان محدود سه بعدی فرآیند بورینگ بوش سیلندر و تاثیر شرایط ماشینکاری بر خطاهای ماشینکاری - بویژه بیضی شدن - که بر دقت ماشینکاری اثرگذار هستند انجام نشدهاست.
در این پژوهش با شبیه سازی شرایط واقعی فرآیند بورینگ بوش سیلندر موتور TU3A که هم اکنون در تولید این محصول در شرکت کیهان صنعت قائم استفاده می شود شبیه سازی انجام شد و با بررسی دقیق قطعات ماشینکاری شده با استفاده از ابزارهای اندازه گیری پیشرفته خطاهای ناشی از ماشینکاری مورد مطالعه قرار گرفته است و در نهایت با انتخاب شرایط بهینه دقت ماشینکاری تا 0,02 میلیمتر با انتخاب شرایط مناسب تر ماشینکاری و ابزارهای برشی مناسبتر بهبود یافت.
-2 فرضیات
در این پژوهش از اثر حرارت بر تغییر شکل ها و خطاهای ماشینکاری صرفنظر شده است بنابراین تنها خطاهای ماشینکاری ایجاد شده حین فرآیند بورینگ که ناشی از نوسانات نیروی برشی میباشند مدنطر میباشند. همچنین در فرآیند بورینگ واقعی معمولا از مایع خنک کننده جهت دفع حرارت تولید شده ناشی از اصطکاک و شکست برادهها استفاده میشود که هرچند این مایع تنها وظیفهی خنک کاری بوش و ابزار برشی دارد اما بعنوان یک مانع در مسیر حرکت ابزار و اسپیندل عمل میکند و نیروی برشی و نیروی پیشروی را افزایش میدهد و بنابراین در شبیه سازی از اثر سیال خنک کننده بر افزایش نیروی برشی صرفنظر شدهاست.
همچنین در مدلسازی تنها شرایط مرزی یک سر گیردرا و فشار مهار 6 بار که توسط جکهای پنوماتیک به بوش اعمال می-شود از ماژول LOAD در شبیه سازی اعمال گردید. همچنین ابزار برشی بصورت کوپل شده با هولدر طراحی شد که با توجه با پیچ ثابت کنندهی آن لغزش ابزار برشی روی هولدرتقریبا صفر میباشد. ازجمله دلایل دیگری که نیروی برشی نسبت به حالت واقعی کمتر میشود در نظر نگرفتن مقاومت هوا میباشد که هرچند ناچیز اما بر روی نیروی حرکت ابزار برشی تاثیر میگذارد.
-3 تئوری و مدلسازی
فرآیند بورینگ شباهت زیادی به فرآیند فرزکاری عمودی دارد و معمولا از ماشینهای فرز عمودی جهت این فرآیند استفاده میشود و فقط نیاز به فیکسچر مخصوص بوش سیلندر جهت انجام فرآیند بورینگ با ماشینهای فرز عمودی میباشد.
