بررسی تحلیلی و تجربی تأثیر بکارگیری ارتعاشات آلتراسونیک و روانکاری نیمه خشک در فرآیند سنگ زنی سرامیک های مهندسی
چکیده
در این پژوهش به منظور افزایش راندمان فرآیند سنگ زنی سرامیکهای مهندسی و بررسی بیشتر قابلیتهای سنگ زنی این دسته از مواد، از ترکیب تکنولوژی های روانکاری کمینه )نیمه خشک( (mql ) و سنگ زنی به کمک ارتعاشات آلتراسونیک ( uag) استفاده شد. از آنجا که فرآیند ترکیبی به دلیل حضور ارتعاشات آلتراسونیک نسبت به سنگ زنی متداول دارای سینماتیک و مکانیک براده برداری متفاوتی است، از این رو ابتدا سینماتیک فرآیند براده برداری به همراه آلتراسونیک، به روش تحلیلی مدلسازی شد. پس از آن به کمک مدل سینماتیکی حاصل، روابط تحلیلی مکانیک براده برداری استخراج شد و سپس یک مدل تحلیلی-تجربی جهت پیش بینی نیروهای فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک، ارائه گشت. در بخش تجربی آزمایشهای مختلفی انجام شد تا مقدار بهینه هر کدام از پارامترهای فرآیند سنگ زنی، پارامترهای روانکاری نیمه خشک، پارامترهای آلتراسونیک، جنس سنگ، نوع روغن و جنس قطعه کار برای دستیابی به بهره وری بالاتر و عملکرد بهینه این فرآیند، تعیین شود. ارزیابی قابلیت سنگ زنی سرامیکهای مهندسی در فرآیند سنگ زنی نیمه خشک به همراه آلتراسونیک، با اندازه گیری تجربی نیروهای سنگ زنی، صافی سطح، سایش سنگ و مشاهده خصوصیات کیفیت سطح نمونه ها انجام شد. ابتدا برای فرآیند سنگ زنی سرامیکها، بکارگیری روانکاری نیمه خشک به صورت تجربی آزمایش شد و پارامترهای آن مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل نتایج بدست آمده نشان داد که در روانکاری نیمه خشک، با بکارگیری پارامترهای بهینه پاشش سیال از جمله زاویه نازل، فاصله نازل، دبی مایع روانکار و دبی گاز می توان راندمان روانکاری را در فرآیند سنگ زنی بهبود بخشید. برای چیدمان آزمایشهای این پژوهش زاویه نازل °15، فاصله نازل mm30، دبی روانکار ml/h150، و دبی گاز l/min30 به عنوان مقادیر بهینه پاشش سیال mql بدست آمدند. بررسی تأثیر نوع روغن و جنس چرخ سنگ در سنگ زنی نیمه خشک، نشان داد که برای دستیابی به کمترین انرژی مخصوص، روغن مصنوعی پلی آلفا الفین و سنگ ویتریفاید و برای رسیدن به بهترین صافی سطح، روغن هیدروکرک شده و سنگ رزینی مناسب هستند. نتایج اعمال ارتعاشات آلتراسونیک به قطعه کار نیز نشان داد که جهت اعمال ارتعاشات به نحو بسیار مهمی بر خروجی¬های فرآیند سنگ زنی تأثیر گذار است. به طوری که ارتعاشات شعاعی سبب بهبود راندمان براده برداری (کاهش قابل توجه در نیرو و انرژی سنگ زنی) می شود، در حالی که کیفیت سطحی مطلوبی ایجاد نمی¬کند. اما اعمال ارتعاشات به صورت عرضی در بهبود کیفیت سطح سنگ زنی موثر است، در حالی که اثر کمتری بر نیروها و انرژی مخصوص سنگ زنی دارد. نتایج تجربی نشان داد که به طور کلی، بکارگیری همزمان روانکاری نیمه خشک و ارتعاشات آلتراسونیک در فرآیند سنگ زنی سرامیک های مهندسی، سبب کاهش نیروها و انرژی مخصوص، نسبت به نیروها و انرژی مخصوص سنگ زنی متداول تر می شود. نسبت به فرآیند سنگ زنی متداول تر، میانگین کاهش نسبی نیروی مماسی، نیروی عمودی و انرژی مخصوص سنگ زنی در فرآیند سنگ زنی نیمه خشک با ارتعاشات شعاعی به ترتیب برابر است با 35%، 43% و 35%. علاوه بر آن، این کاهش نسبی برای فرآیند سنگ زنی نیمه خشک با ارتعاشات عرضی نیز برابر است با 20%، 24% و 20%. فرآیند سنگ زنی نیمه خشک به همراه ارتعاشات آلتراسونیک عرضی، زبری سطح کمتری نسبت به فرآیند سنگ زنی متداول تر ایجاد می¬کند. زبری سطح ra و rz در این فرآیند نسبت به سنگ زنی متداول تر به ترتیب 48% و 45% کاهش پیدا می کند. در حالی که ارتعاشات شعاعی سبب افزایش زبری سطح سنگ زنی می شود. در فرآیند سنگ زنی نیمه خشک به همراه ارتعاشات آلتراسونیک شعاعی، زبری سطح ra و rz نسبت به سنگ زنی متداول تر به ترتیب 36% و 33% افزایش می یابد. به طور کلی روانکاری نیمه خشک باعث کاهش قابل ملاحظه در سایش چرخ سنگ می شود. اما در فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک میزان سایش بستگی به جهت اعمال ارتعاشات دارد. نتایج نشان می دهد که ارتعاشات عرضی باعث افزایش سایش و ارتعاشات شعاعی باعث کاهش سایش می شود. سایش سنگ نسبت به فرآیند سنگ زنی متداول تر برای فرآیندهای 1- سنگ زنی نیمه خشک 2- سنگ زنی نیمه خشک به همراه ارتعاشات آلتراسونیک عرضی و 3- سنگزنی نیمه خشک به همراه ارتعاشات آلتراسونیک شعاعی به ترتیب 37%، 26% و 42% کاهش می یابد.