بخشی از مقاله
پرداختکاری به روش سیال سایشی و بررسی تجربی پارامترهای مؤثر
چکیده
ماشینکاری و پرداختکاری به روش سیال سایشی((AFM یکی از روشهای براده برداری نوین به شمار می آید که قابلیتهای بسیار مؤثری در براده برداری جهت صیقل دهی سطوح، لبه ها و بخشهای داخلـی قطعـات صـنعتی را دارا مـی باشـد و در محدوده وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد.از موارد کاربرد این تکنیک مـی تـوان بـه پرداختکـاری قطعـات در صنایع اتومبیل سازی، هوافضا،صنایع پزشکی و غیره اشاره نمود.
بعد از طراحی و ساخت سامانه مخصوص این فرآیند، تأثیر پارامترهای گوناگون مانند تعداد سیکل رفت و برگشـت، غلظـت مواد ساینده، دانه بندی مواد ساینده و سرعت سیال ساینده بر روی نمونه های آزمایشی مورد بررسـی قـرار گرفـت. نتـایج نشان داد که با استفاده از این فرآیند می توان تلرانسهای بسیار دقیق با کیفیت عالی پرداخت ایجاد نمود.
واﮊههای کلیدی: پرداختکاری به روش سیال سایشی، طراحی، پارامترهای مؤثر.
مقدمه
کیفیت سـطح پرداخـت و دقـت ابعـاد در سـاخت قطعـات صـــنعتی اصـــولا” توســـط فراینـــدهای ســـنگ زنـــی، صیقل دهی و پرداخت کاری دقیق که به آنهـا ”روش هـای سنتی پرداختکاری” مـی گوینـد، ایجـاد مـی شـود. لـیکن کاربرد این روش ها به تولید قطعاتی با شکل های هندسـی مشخص مانند شکل های سیلندری، تخت و غیره ختم مـی شود. امروزه این روش ها بر روی قطعـات بسـیار سـخت بـا اشکال پیچیده کاربرد کمتری دارند.
بنـابراین صـنایع پرداختکـاری بـه روش هـای بهتـری کـه محدوده عملیات دقیق دقت عمـل بـالاتر، تولیـد بیشـتر، و کاربرد اتوماسیون را در بر می گیرد نیاز دارند. AFM بعنـوان یکی از این روش ها می تواند در تولید صنعتی بکار گرفتـه شود.
AFM یک روش ماشینکاری دقیق و پیشرفته است ] ١ [ که از آن می توان در پرداخت لبه های تیز، گرد کردن لبه هـا، پرداخت دقیق و پاکسازی لبه هـای ناشـی از ریختـه گـری قطعات و نیز ایجاد سـطوح صـیقلی در حـد میکـرون بهـره جست، گرچه این روش از سال ١٩٦٠ میلادی معرفی شـد
١
ولی بدلیل اهمیت ویـژه عملیـات پرداختکـاری در کیفیـت قطعـات تولیـد شـده، امـروزه کـاربرد آن روز بـروز بیشـتر محسوس می باشد.
این روش باعث از بین بردن لبه هـای تیـز در قطعـات و یـا گوشه ها مـی شـود کـه در نتیجـه سـبب بهبـود مقاومـت خستگی مکانیکی و حرارتی قطعات تحت تـنش مـی شـود.
در این روش یک سیال معمولا” از جنس روغن کـه آغشـته به ساینده های گوناگون می باشد تحت فشار از اطراف و یا داخل قطعـه مـورد نظـر بصـورت رفـت و برگشـتی عبـور می نماید. عملیات براده بـرداری بسـتگی بـه فشـار سـیال، سرعت و حجم سیال که توسط تنظیم دسـتگاه بـر اسـاس نوع سیال مشخص می شود، سطح مقطع راهگاهها، و نیز به غلظت سیال و نوع و اندازه مواد ساینده دارد.
روش AFM دقت بالای قطعه، صـرفه جـوئی در هزینـه هـا، راندمان بالا را بدنبال دارد. از مزیت های دیگر آن نسبت به روش های سنتی می توان به صرفه جوئی در وقت و کنترل بهتر در ارتباط با دقت بالای تولید سطوح صیقلی بـالاخص در یاتاقان ها نام برد. در سـیکل هـای اولیـه بـراده بـرداری حدود ٩٠ درصد سطح مورد نظر بدون ایجاد تغییرات عمده در اندازه قطعه (بین ٠١٣/٠ تا ٠٢٥/٠ میلی متر) پرداخـت می شود ] ٢ .[
ویلیــامز و راجرکــور ] ٥‐٣ [ آزمایشــهائی را در خصــوص بررســی اثــر فشــار و غلظــت ســیال بــر روی میــزان براده برداری (MR) و کیفیت سطح پرداخت انجام دادنـد، بـا استفاده از روش میکروسکوﭖ الکترونی، آنها مشاهده کردند که در سیکل های اولیه پرداختکاری تغییرات محسوسی بـر روی ســـــــــــطح پرداخـــــــــــت بوجـــــــــــود می آید.
رودیز ] ٨‐٦ [ نتیجه گرفت که روش AFM در ایجاد سـطوح صیقل شده در حد ”میکرون” بر روی مواد گوناگون نـرم تـا سخت مانند آلومینیوم و آلیاﮊهای نیکل و سـرامیک هـا بـا موفقیت انجام می شود.
از روش AFM می توان در پرداختکاری و یا صیقل دادن بـه سطوحی که پس از برشکاری توسط روش های دیگر ماننـد
”برش سیمی تخلیه الکتریکی” ایجاد می شود استفاده نمود
] ١١‐٩ .[
با توجه به اهمیـت روش فـوق در صـنایع پرداختکـاری، بـا طراحی و ساخت یک سـامانه پژوهشـی اثـرات پارامترهـای گوناگون مانند تعداد سیکل رفت و برگشت، مقدار و غلظـت مواد ساینده، اندازه و دانه بندی مواد ساینده، سرعت جریان سیال بر روی مقدار بـراده بـرداری (MR) و سـطح پرداخـت فلزاتی مانند برنج و آلومینیوم بررسی گردید.
لوازم و روش آزمایش
شکل ١ شماتیک مجموعه کامل سامانه را نشان مـی دهـد.
مجموعه فوق توسط یک موتور الکتریکی که محرک اصـلی دستگاه است کار مـی کنـد. ایـن سـامانه متشـکل از یـک سیستم هیدرولیکی با حرکت رفت و برگشتی می باشـد. در این سیستم علاوه بر ساخت سیلندرها، پیسـتونها، شـاتونها، سیستم های رابط، از یک اینورتور جت کنترل سرعت و دور موتور استفاده شده است. شکل ٢ تصـویر کامـل سـامانه را نشان می دهد.
مراحل مختلف طراحی و ساخت که شامل محاسبات مربوط بـــه افـــت فشـــار ســـیلندرهای اصـــلی و ســـیلندر قطعه کار، محاسبات مربوط به نیروهای وارده بر پیسـتونها، ضخامت سیلندرهای اصلی، دسـته پیسـتونها، لینـک هـای رابط بین هر دسته پیستون و لینگ رابـط اصـلی، سیسـتم لنــگ، بلبرینــگ هــا، چــرخ دنــده هــای درگیــر و تــوان الکتروموتور و غیره که در ساخت سامانه فـوق دخیـل بـوده اند بصورت مفصل انجام شده که در حجم ایـن مقالـه نمـی گنجد. مرحله دیگر شامل انتخاب ارینگ های مناسـب مـی باشد که با توجه به هزینه بر بودن طراحـی و سـاخت ایـن قطعه ها، ارینگ های مناسب بازار تهیه گردید. قطعـه گیـر در داخل غلاف مخصوص جاگذاری می شود.
نمونه های آزمایشی برای مقدار سیکل های مشخصی مورد تست قرار گرفتند (جدول ١). پس از آزمـایش، نمونـه هـا جهت اندازه گیری با محلول استون تمیز مـی گردنـد و بـا دستگاه مخصوص اندازه گیری سطح پرداخت ارزیابی می شوند برای اندازه گیری حجم مـواد برداشـته شـده، از یـک ترازوی بسیار دقیق که تا ٤‐١٠ گرم را انـدازه گیـری مـی کند استفاده می شود. کلیه نمونه ها قبل و بعد از آزمـایش اندازه گیری می شوند.
٢
روش آزمایش
آزمایشهای فوق با دو نوع نمونه برنجی و آلومینیومی انجـام شدند برای آماده ساختن این نمونه هـا، صـفحات برنجـی و آلومینیومی تا یک ضخامت معین تراشیده شـدند و سـپس با دستگاه فرز تا اندازه مورد نظر براده برداری شدند.. بـرای جاگذاری دقیق و کامل داخل قطعه گیر تمامی نمونه ها بـا سوهان و کاغذ سمباده بـراده بـرداری شـدند. سـیال مـورد آزمایش از جنس روغن معمولی با غلظـت متوسـط و ذرات ساینده از جنس کاربید سیلیکون و قـدری روغـن وارنـیش تشکیل می شود .قبل از شروع تستها، چند نمونه آزمایشـی جهت آماده سازی سیال صورت پذیرفت.
در آزمایش های فوق سه متغیر: تعداد سیکل هـای رفـت و برگشت، درصد غلظت مواد ساینده، و سرعت حرکت سیال مورد بررسی قرار گرفتند.
برنامه آزمایش ها بر اساس جـدول ١ تنظـیم گردیـده بـود.
مقادیر مربوط به پارامترهای متغیـر و پارامترهـای ثابـت در این جدول قید شده اند.
تعداد سیکل های رفت و برگشت
در این آزمایشها فقط تعداد سـیکل هـا تغییـر داده شـد در صورتی که در صد غلظت مواد ساینده در حـد ٨٠ درصـد و انـدازه مـواد سـاینده ١٠٠ و سـرعت حرکـت سـیال ٥٢٠ میلیمتر/ دقیقه ثابت نگهداشته شـدند قبـل از شـروع و در پایان هر تسـت درجـه پرداخـت سـطح (Ra) و مقـدار وزن نمونه ها اندازه گیری شدند.
درصد غلظت مواد ساینده و تعداد سیکل ها
در این آزمایش ها تاثیر درصد غلظت مواد سـاینده (%٨٠ – ٥٠) و همچنین تعداد سیکل ها (١٠٠‐٢٠) بر روی کیفیت سطح پرداخت و مقدار مواد برداشـته شـده بـر روی نمونـه های برنجی و آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفتنـد. ابتـدا آزمایشهائی با ٥٠ درصد غلظت مواد سـاینده انجـام شـد و پس از هر توالی ٢٠ تائی در تعداد سیکل ها، سطح پرداخت و وزن نمونه اندازه گیری شد و این تست تـا تعـداد سـیکل ١٠٠ ادامه یافت. همین آزمایشها برای درصد غلظت %٥٠ ،
%٦٠، %٧٠، %٨٠ مواد ساینده ادامه یافت. نتایج مربـوط بـه این آزمایش ها در شکلهای٣ نشان داده شـده اسـت. بـرای بدست آوردن نتایج دقیق بصورت مقایسه ای باید دقت کرد چون سطح پرداخت اولیه در همه مـوارد یکسـان نبودنـد و نیستند.
سرعت حرکت سیال
جهت مطالعه تاثیرات سرعت حرکت سیال، آزمـایش هـائی انجام شد که در آنها سرعت حرکت سیال بـه ترتیـب ٤٠٨، ٥٢٠، ٦٥٥ و ٨٢٠ میلی متر بر دقیقه در نظـر گرفتـه شـد.
میزان غلظت مواد ساینده %٧٠٠ و اندازه مواد ساینده ١٠٠ درنظر گرفته شد. نتایج حاصله که در بخش بعدی می آیـد بر اساس میانگین سه یا چند مقدار بدست آمده است.
تاثیرات بر مقدار مواد برداشته شده
شکل ٢ نشان مـی دهـد کـه میـزان مـواد برداشـته شـده بصورت غیر خطی افزایش می یابد بـه هنگـامی کـه تعـداد سیکل ها بیشتر می شود ولی با افزایش تعداد سیکل هـای رفـــت و برگشـــت، ســـرعت بـــراده بـــرداری تقلیـــل می یابد. دلیل این امـر بـدین صـورت اسـت کـه نمونـه در ابتدای عملیات دارای لبه ها و برجستگی هائی است که بـه مرور آنها برداشته مـی شـوند و در نتیجـه در سـیکل هـای بعدی نمونـه میـزان کمتـری برجسـتگی جهـت برداشـتن خواهد داشت. شکل٤ همچنین نشان مـی دهـد کـه رونـد براده برداری در دو نمونه برنجی و آلومینیومی یکسـان مـی باشد. مقدار براده برداری در آلومینیوم بیشـتر اسـت چـون آلومینیوم مقاومت کمتـری در مقابـل ماشـینکاری از خـود نشان می دهد.
شکل٣ نشان می دهد که با افـزایش میـزان درصـد غلظـت مواد ساینده در سیال، مقدار مواد برداشته شده نیز افزایش می یابد. دلیل این مسئله بخاطر تماس بیشتر مواد سـاینده با سطح قطعه کار می باشد. از این فراتر، هر چه میزان مواد ساینده بیشتر شـود نیـروی برشـی بیشـتری جهـت بـراده برداری اعمال می گـردد. شـکل٣نشـان مـی دهنـد کـه در غلظت مواد ساینده با درصد ٧٠ و ٨٠ تغییرات بسیار کمـی
