بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
پرداختکاری سایشی مغناطیسی روشی جدید برای ارتقاء صافی سطح آلومینیوم
پرداخت مواد سخت و شکننده که یکی از فرایندهای ضمن تولید در صنایع دقیق و نانو است، توجه زیادی را در سالهای اخیر به خود جلب نموده است. یکی از روش های مورد استفاده که کاربرد زیادی پیدا کرده است پرداختکاری سایشی مغناطیسی، (Magnetic AbraSiVe FiniShing) است. این مقاله به بررسی اثر پارامترهای مختلف این فرایند روی صافی سطح به دست آمده در نمونه های آلومینیومی با استفاده از روش طراحی آزمایشات می پردازد. پارامترهای مورد مطالعه عبارتند از اندازه نسبی ذرات ساینده در مقابل ذرات آهن، درصد وزنی ذرات ساینده در مخلوط، مقدار روانکار، فاصله کاری و سختی قطعه کار با توجه به نتایج به دست آمده مشاهده گردید که با کاهش اندازه نسبی ذرات ساینده در مقابل ذرات آهن و فاصله کاری و افزایش درصد وزنی ذرات ساینده در مخلوط و مقدار روانکار، مقدار تغییردر صافی سطح نهایی افزایش مییابد. سختی قطعه کار تاثیر قابل توجهی در نتایج آزمایش ندارد.
واژههای کلیدی: پرداختکاری سایشی مغناطیسی، جاروبک ساینده مغناطیسی انعطاف پذیر، پودر سایشی مغناطیسی، طراحی آزمایشات.
مقدمه
پرداختکاری سایشی مغناطیسی روش نسبتا جدیدی از فرایندهای پرداختکاری است که از میدان مغناطیسی برای کنترل ابزار ساینده و در نتیجه کنترل نیروی برش در عملیات پرداختکاری استفاده می کند. در این روش پودر ساینده مغناطیسی که یک مخلوط همگن از ذرات ساینده و ذرات فرومغناطیسی آهن است روی سطحی از قطعه کار که باید پرداخت شود قرار می گیرد. هنگامی که ذرات آهن در میدان مغناطیسی قرار می گیرند، در امتداد خطوط نیروی مغناطیسی به هم متصل می شوند و یک جاروبک ساینده انعطاف پذیر" را به وجود می آورند. به علت وجود پودر ساینده دارای لبه های برنده در FMAB، مانند یک ابزار چند لبه رفتار می کند. آنگاه با حرکت میدان مغناطیسی نسبت به قطعه کار این توده پودری به حرکت در می آید و برداشت ماده بصورت بسیار ظریف و ریز اتفاق می افتد و ناهمواریهای در حد میکرو و نانو متر ماشینکاری می شوند. در سال ۱۹۹۶ ماسا هیرو انزائی" و دیگران در مورد مشکلات پرداختکاری سطوح سه بعدی تحقیق کرده و روش MAF را برای رفع این مشکل به کار بردند و به سطوح بسیار صاف دست یافتند، [۱] در سطوحی که به وسیله ماشین کاری تخلیه الکتریکی" ایجاد می شوند، لایه ذوب مجدد ایجاد می شود. این لایه در مورد برخی مواد سخت، حاوی ترک هایی است که بر عمر قطعات اثر می گذارد. در سال ۲۰۰۶، بینگ هوا یان و همکارانش نشان دادند که لایه های ذوب مجدد و ترک های آن به طور کامل توسط فرایند MAF از بین می رود. آنها در تحقیقات خود به زبری حدود ۰۴، ۰ دست یافتند، [۲ . جی. آی. التاروا روش MAF را برای برداشتن پلیسه ها و تیز کردن تیغ های جراحی به کار برد. وی با مقایسه روشهای متداول برای تیز کردن تیغ ها و روش MAF، به این نتیجه رسید که روش MAF علاوه بر از بین بردن عیوب سطحی نظیر پلیسه ها و ترک های میکروسکوپی باعث افزایش مقاومت به سایش تیغ ها می شود، [۳. در تحقیق حاضر به بررسی اثر چندین پارامتر موجود در این فرآیند از جمله اندازه نسبی ذرات ساینده در مقابل ذرات آهن، میزان روانکار، فاصله کاری، درصد ذرات ساینده در مخلوط و سختی قطعه مواد و روش تحقیق برای بررسی عوامل مورد نظر تجهیزات لازم برای پرداختکاری سطوح تخت ساخته شد. در شکل نمایی از تجهیزات آزمایش نشان داده شده است.
پودر ساینده مغناطیسی فاصله کاری بین قطعه کار و آهنربا توسط MAP که متشکل از پودر آهن و ذرات ساینده است پر میشود. در این تحقیق پیوند بین ذرات ساینده و ذرات مغناطیسی با اضافه کردن مقداری روغن روانکار به مخلوط مستحکم تر میشود. در MAP، ذرات ساینده، ذرات آهن را که از نظر اندازه بزرگتر هستند در بر می گیرند. برای به دست آوردن اندازه مناسب پودرها از یک سری الک استفاده شده است.
عوامل مورد بررسی
نسبت اندازه: این متغیر اشاره به اندازه ذرات ساینده کاربید سیلیکون نسبت به اندازه ذرات مغناطیسی آهن دارد.
برای بررسی اثر این عامل اندازه ذرات ساینده در سه مقدار در محدوده ۴۱ تا ۱۲۵ میکرومتر در نظر گرفته شد. متوسط اندازه ذرات آهن ۱۸۱ میکرومتر بوده است. جدول ۱ .
فاصله کاری
با تغییر فاصله کاری بین نگهدارنده قطب N و قطعه کار، شکل ۱، در واقع فاصله بین قطب N و S و در نتیجه چگالی شار مغناطیسی تغییر می کند. با انتخاب فاصله کاری در سه مقدار مختلف اثر این عامل نیزبررسی شد. جدول1
مقدار روانکار
برای ایجاد چسبندگی بین ذرات ساینده و ذرات مغناطیسی، مقداری روانکار اضافه میشود. با انتخاب
میزان روانکار در سه مقدار طبق جدول ۱ اثر این عامل روی نتیجه فرآیند بررسی شده است.
سختی قطعه کار
به دست آوردن سختی های مختلف عملیات حرارتی شده و همانطور که در جدول ۱ نشان داده شده است، در سه گروه سختی قرار گرفتند.
درصد وزنی ذرات ساینده
به ازاء مقدار ثابت پودر ساینده هرچه درصد ساینده ها نسبت به ذرات مغناطیسی بیشتر باشد به همان نسبت لبه های برنده بیشتری در فرآیند پرداختکاری شرکت می کنند و در مقابل نیروی مغناطیسی نگهدارنده پودر سایشی مغناطیسی به علت کم شدن درصد ذرات مغناطیسی کاهش می یابد. اثر درصد ذرات ساینده در MAF با انتخاب این عامل در سه مقدار آزمایش شده است.جدول 1
در تحقیق حاضر اثر عوامل مذکور روی زبری سطح بررسی شده است. زبری سطح اولیه قطعات در محدوده ۰/۲۳ تا ۰/۴۵ میکرومتر قرار دارد. برای اینکه اختلافات صافی سطح اولیه قطعات در نظر گرفته شود متغیر جواب به صورت تفاوت صافی سطح قبل و بعد از عملیات MAF و تحت عنوان تغییر در زبری سطح در نظر گرفته شده است.
طراحی آزمایشات
آزمایشات بر اساس طراحی آماری آزمایشات و با استفاده از روش رویه پاسخ تنظیم شده اند. تعداد نقاط آزمایش برابر است با تعداد عوامل موثر، و F تعداد آزمایشات با روش فاکتوریال دو سطحی، و n0 تعداد نقاط مرکزی است. به این ترتیب کلی نقاط آزمایش برابر ۵۲ عدد بدست می اید. آزمایشات با ترتیب تصادفی و طبق تنظیمات جدول ۲ انجام شد. تمامی نمونه ها قبل از فرایند اصلی تحت عملیات لپینگ قرار گرفتند. صافی سطح قطعات بعد از لپینگ در محدوده ۰/۲۳ تا ۰/۵ میکرومتر قرار گرفت. زبری سطح قطعات قبل و بعد از پرداختکاری با دستگاه زبری سنج ساخت شرکت تیلور هابسون انگلستان اندازه گیری شد.
نمونه های آزمایش قطعات آلومینیومی به قطر ۶۰ میلی متر و ضخامت ۶ میلی متر انتخاب شدند. در هر آزمایش از مخلوط جداگانه ای از پودر ساینده مغناطیسی استفاده شد. هر سیکل پرداختکاری که با حرکت میز ماشین انجام می شود ۲ دقیقه به طول انجامید. منظور از یک سیکل، حرکت میز از نقطه شروع تا فاصله ۲۰ میلی متری و برگشت به نقطه شروع است. هر آزمایش به مدت ۱۵ دقیقه انجام می شود.
نتایج و بحث
نتایج ازمایشات موجود در جدول ۲ توسط نرم افزار Minitab بررسی شد. اطلاعات آنالیز واریانس در جدول ۳ نشان داده شده است. پارامترهایی که در جدول ANOVA مقدار P-Value آنها از ۰/۰۵ کمتر باشد، پارامترهای موثر هستند؛ درحالیکه پارامترهایی که مقدار P-Value آنها بیشتر از ۰/۰۵ باشد، غیر موثرند. همانطور که مشاهده 'us شود پارامترهایی از قبیل درصد وزنی ذرات ساینده، مقدار روانکار، فاصله کاری، و نسبت اندازه، پارامترهای موثر هستند. و هیچ کدام از تعاملات عوامل تاثیر قابل توجهی بر تغییر در صافی سطح ندارند.
اثرات اصلی فاکتورها
درصد وزنی ذرات ساینده
در صورتی که در ترکیب ساینده مغناطیسی از درصد ذرات ساینده بیشتری استفاده شود، تعداد لبه های برنده بیشتری در فرآیند پرداختکاری شرکت می کنند. در مقابل در صورتی که وزن پودر سایشی مغناطیسی ثابت باشد با افزایش تعداد ذرات ساینده، تعداد ذرات مغناطیسی کم می شود. بنابراین به علت کاهش نیروی مغناطیسی احتمال پاشش ذرات ساینده در اثر دوران جاروبک سایشی مغناطیسی به خارج از ناحیه پرداختکاری افزایش می یابد. همانطور که در شکل ۲ مشاهده می شود، به طور کلی در ترکیب ۳۰ درصدی ذرات ساینده بیشترین تغییر در صافی سطح وجود خواهد داشت. با افزایش بیشتر درصد ذرات ساینده مخصوصا در نسبت اندازه بالا تا حدودی شاهد کاهش تغییر در صافی سطح خواهیم بود.
مقدار روانکار
اضافه کردن روانکار به مخلوط پودر ساینده مغناطیسی همانطور که نیروی چسبندگی بین ذرات مغناطیسی را افزایش می دهد سبب افزایش پیوند بین ذرات ساینده و مغناطیسی نیز می شود. به این ترتیب استحکام جاروبک ساینده مغناطیسی نیز افزایش می یابد. اگر میزان روانکار خیلی زیاد باشد از تماس ذرات ساینده با سطح قطعه کار جلوگیری می شود و ممکن است ابزار ساینده جاری شده و صافی سطح کاهش یابد. بیشترین تغییر در صافی سطح با مقدار ۰۷ میلی لیتر روانکار به دست آمد. با افزایش روانکار به ۱ میلی لیتر تغییرات صافی سطح کاهش می یابد.
نسبت اندازه
عمق برش و در نتیجه کیفیت سطح به اندازه دانه ساینده بستگی دارد. استفاده از دانه ریزتر (عدد مش بالاتر) سبب به دست آمدن سطح صاف تر می شود. دانه های بزرگتر نیروی بیشتری روی سطح قطعه کار اعمال می کنند و سبب ایجاد خراش و بدتر شدن سطح می شود. هرچه اندازه ذرات ساینده بزرگتر باشد عمق خراش های ایجاد شده بیشتر است. بنابراین مشاهده می شود که بیشترین تغییر در صافی سطح با ذرات با عدد مش 4۰۰ - ۳۲۵ یا همان نسبت اندازه ۱/۵ به دست می آید.
فاصله کاری
ملاحظه می شود که زبری سطح با افزایش شدت میدان مغناطیسی افزایش می یابد. در فاصله کاری کوچکتر، خطوط شار مستقیم می شوند و درون ناحیه کوچکتری متمرکز می گردند. بنابراین منجر به افزایش چگالی شار مغناطیسی می شود. افزایش چگالی شار مغناطیسی منجر به نفوذ ذرات ساینده در سطح قطعه کار و ایجاد مقاومت در قطعه کار برای براده برداری می گردد. بایستی توجه شود که اگر فاصله کاری از حد معینی کوچکتر شود، جابجایی ذرات ساینده به خوبی انجام نمی پذیرد و فشردگی MAP به سطح قطعه کار و ایجاد خراش های عمیق باعث بدتر شدن صافی سطح می گردد. بالاترین تغییر در صافی به ازاء کم ترین فاصله کاری یعنی ۳ میلی متر به دست آمد.
سختی قطعه کار
با توجه به داده های به دست آمده از نتایج آزمایشات و مقدار P-Value ها چنین استنباط می شود که سختی قطعه کار تاثیر قابل توجهی روی نتایج فرآیند ندارد. این امر می تواند اینگونه توجیح شود که چون سختی ذرات ساینده بسیار بالاتر از سختی قطعه کار است، لذا تغییرات سختی قطعه کار اثر قابل توجهی بر روی نتایج فرآیند نمی گذارد.
نتیجه گیری
1 -پس از تحلیل اماری توسط نرم افزار minitab عوامل موثر بر صافی سطح نهایی مشخص شده که عبارتند از :1- در صبال وزنی ذرات ساینده MAP در ۲- فاصله کاری 3- میزان روانکار ۴- نسبت اندازه
۲- مشاهده شد که به ازاء درصد وزنی ذرات ساینده ۳۰٪ بهترین تغییر در صافی سطح حاصل شد.
۳- با افزایش مقدار روانکار تا ۰/۷ میلی لیتر، بهترین صافی سطح بدست می آید.
۴- فاصله کاری ۳ میلیمتر بهترین نتیجه را برای صافی سطح تولید شده ارائه می کند.
۵- نسبت اندازه ۱/۵ صافی سطح نهایی بهبود می یابد.
۶- هم چنین مشاهده شد که سختی قطعه کار تاثیر قابل توجهی روی صافی سطح نداشت.
