مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز چهارشنبه ۱ آذر ۱۳۹۶

بهبود عملکرد تکنیک روانکاری کمینه در فرایند سنگزنی با استفاده از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک

چکیده



تکنیک روانکاری کمینه در فرآیند سنگزنی دارای مزایای متعدد فنی و اقتصادی است. این تکنیک نه تنها عملکرد فرآیند سنگزنی شامل یکپارچگی سطح، نیروهای سنگزنی و سایشِ چرخ سنگ را بهبود می‌بخشد. بلکه به دلیل مصرفِ بسیار پایین سیال برشی، تکنیکی سازگار با محیط است. با وجود چنین مزایایی، این تکنیک به دلیل مصرف پایین سیال برشی، دارای مشکل جدی افزایش حرارت و در نتیجه سوختگی قطعه‌کار است. به منظور رفع این مشکل استفاده همزمان از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک پیشنهاد شده است. نانوسیال به دلیل ظرفیت انتقال حرارت بالا، می‌‌تواند حرارت بیشتری را از منطقه تماس دانه/ قطعه‌کار خارج کند. ارتعاشات التراسونیک نیز به دلیل مکانیزم سیکلی و کاهش زمان و طولِ تماسِ دانه/ قطعه‌کار، حرارت کمتری تولید می‌کند. در این تحقیق، نانوسیال پایه آبی حاوی ترکیبِ نانولوله کربنی چندجداره (با رسانندگی حرارتی بالا) و آلومینیم‌ اکسید (با اثر روانکاری بالا) مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که استفاده همزمان نانوسیال ترکیبی با ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش 60.2 درصدی دمای سنگزنی (از 254 به 101 درجه سانتیگراد) نسبت به حالت خشک می‌گردد. همچنین ضریب اصطکاک و نیروی مماسی به ترتیب تا 35.9و 69.2 درصد کاهش می‌یابند. ضمن اینکه هیچ‌گونه علائم سوختگی بر روی قطعه‌کار مشاهده نشد در حالی که در سنگزنی خشک قطعه‌کار دچار سوختگی شدید گردید. مورفولوژی سطح نیز کاهش عیوب سطحی نظیر تغییرشکل پلاستیک و جریان مواد به اطراف را نشان می‌دهد. براده‌های حاصله تشابه مکانیزم براده-برداری در این تکنیک با تکنیک‌های متداول استفاده از سیال برشی را نشان می‌دهد.


مشخصات

مشخصات

توسط: عبدالرضا رحیمی؛ فرشاد ربیعی؛ محمدجعفر حداد مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1396 شمسی تعداد صفحات: 11 درج در دیتاسرا: ۱۳۹۶/۴/۱ منبع: دیتاسرا

خرید محصول

خرید محصول

عنوان: بهبود عملکرد تکنیک روانکاری کمینه در فرایند سنگزنی با استفاده از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک حجم: 1.18 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 1200 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد.

گروه نرم افزاری دیتاسرا www.datasara.com

نمای مطلب

بهبود عملکرد تکنیک روانکاری کمینه در فرایند سنگزنی با استفاده از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک



مقدمه



 سیالهای برشی نقش مهمی در خنککاری  روانکاری و دور کردن براده از منطقه سنگزنی ایفا میکنند که منجر به بهبود کیفیت سطح و جلوگیری از سوختگی قطعهکار میگردد  علیرغم مزایای متعدد سیالهای برشی  استفاده از آنها با مشکلات زیستمحیطی و سلامتی اپراتور همراه است  شکل   از سوی دیگر خواص و کیفیت سیال برشی با گذشت زمان تغییر میکند  علاوه بر این مسائل  تحقیقهای انجام شده نشان میدهد اگر سیال برشی با فشار و دبی مناسب به منطقه ماشینکاری تزریق نشود  نمیتواند در انتقال حرارت تولید شده موثر باشد



 از سوی دیگر هزینه سیال برشی  پمپ و فیلتر کردن آن  از هزینه ابزارا بیشتر است و میتواند سهم زیادی در هزینه کل داشته باشد      گزارش شده است که در صنایع خودروسازی  درصد از هزینههای تولید به استفاده از سیال برشی مربوط میباشد   به منطور کاهش هزینه و مسائل زیستمحیطی  دو روش روانکاری ارائه گردیده است: استفاده از سنگزنی خشک و استفاده از تکنیک روانکاری کمینه  استفاده از سنگزنی خشک اگرچه مصرف سیال برشی را کاهش می  دهد  اما میزان خنککاری و روانکاری آن مناسب نیست  این محدودیت می  تواند منجر به سایش شدید چرخسنگ  کاهش کیفیت سطحح و افزایش شدید درجه حرارت و سوختگی قطعهکار گردد  تکنیک روانکاری کمینه از هوای فشرده پرفشار به منظور اتمیزه کردن سیال برشی و دستیابی به قطرات بسیار ریز و نیز انتقال آن به منطقه سنگزنی بهره میبرد  و   محققان زیادی گزارش کردهاند که این تکنیک به دلیل روانکاری موثر و بهموقع  دارای مزایای فنی متعددی میباشد  این عامل باعث بهبود کیفیت سطح و نیز کاهش ضریب اصطکاک و نیروهای سنگزنی میگردد  از سوی دیگر تکنیک روانکاری کمینه تکنیکی سازگار با محیط است که مصرف سیال برشی در آن به  تکنیکهای متداول روانکاری کاهش یافته است  این تکنیکک پتانسیل جایگزینی با تکنیک متداول پاشش پیوسته سیال برشی را دارا می  باشد  



سخت  تکنیک روانکاری کمینه به صورت همزمان منجر به بهبود کیفیت سطح و کاهش نیروهای سنگزنی و اصطکاک میگردد    علیرغم مزایای متعدد تکنیک روانکاری کمینه  این تکنیک به دلیل خنککاری نامناسب  منجر به افزایش دما  آسیبهای حرارتی و سوختگی قطعهکار میگردد  در فرآیند سنگزنی به دلیل تولید حرارت بالا  در صورت عدم استفاده از سیال برشی با قابلیت خنککاری و روانکاری مناسب  ضمن ایجاد آسیبهای حرارتی  خطاهای ابعادی نیز بروز مییابد  بنابراین تکنیک  های سنگزنی خشک و سنگزنی با استفاده از تکنیک روانکاری کمینه همچنان قابلیت حضور موثر درر صنایع مورد استفاده را به دست نیاوردهاند  در این شرایط  کاربرد موثر تکنیک روانکاری کمینه در فرآیندهای با اصطکاک بالا نظیر سنگزنی  به بهبود شرایط ترمومکانیکی در منطقه سنگزنی وابستهه  است      حداد و همکاران ه   دمای منطقه سنگزنی را برای چرخسنگهای آ لومینیماکسید و نیترید بور  با استفاده از تکنیک روانکاری کمینه مورد مطالعه قرار دادند  آنها گزارش دادند که برای کاهش دما در منطقه سنگزنی با استفاده از تکنیک روانکاری کمینه  میبایست خواص خنک  کاری روانکاری سیال برشی بهبود یابد  آنها گزارش دادند که بیشینه دمای منطقه سنگزنی با استفاده از چرخسنگ نیترید بور مکعبی و تکنیک روانکاری کمینه درجه سانتیگراد میباشد  این درحالی است که دمای منطقه سنگزنی برای حالت خشک برای سیالهای برشی با پاشش پیوسته هو درجه سانتیگراد میباشد در تحقیق دیگر  حداد و همکاران به صورت تحلیلی و تجربی نشان دادند که تکنیک روانکاری کمینه در مقایسه با تکنیکهای پرمصرف پاشش پیوسته سیال برشی نمیتواند نیازهای خنک کاری را تامین کند  این عامل اصلیترین عامل محدودکننده کاربرد تکنیک روانکاری کمینه در صنایع میباشد و   شن و همکاران گزارش دادند که تکنیک روانکاری کمینه از نظر روانکاری بسیار موثر میباشد اما از نظر خنک  کاریی توان بالایی ندارد  برای غلبه بر این مشکل  توکلی  صادقی و حداد تستهای تجربی و تحلیلهای متعددی را انجام دادند  آنها با بهینهسازی پارامترهای سنگزنی  سیالهای گوناگون و چیسنگهای متعدد  عملکرد تکنیک روانکاری بهینه را بهبود بخشیدند    ه      صابری و همکاران از دستگاه خنککن هوای چرخشی برای بهبود خاصیت خنککاری تکنیک روانکاری کمینه استفاده کردند  آنها نشان دادند که استفاده از دستگاه خنککن هوای چرخشی منجر به کاهش نیروهای سنگزنی و ضریب اصطکاک نسبت به حالت پاشش پیوسته سیال برشی میگردد  و       یک پیشنهاد موثر دیگر برای بهبود قابلیتهای تکنیک روانکاری کمینه در کاربردهای صنعتی  استفاده از نانوسیال میباشد  نانوسیال میتواند با بهبود خواص خنککاری روانکاری سیال برشی  عملکرد تکنیک روانکاری کمینه را بهبود بخشد  نانوذراتت نه تنها منجر به افزایش ضریب انتقال حرارت سیال برشی میشوند بلکه خواص روانکاری سیال را نیز بهبود میبخشد  از این رو نانوسیالها برای کاهش نیروهای ماشینکاری مورد استفاده قرار گرفته اند  انتقال حرارت نانوسیال به دلیل وجود نانوذرات با ضریب رسانندگی حرارتی بالا و نسبت سطح به حجم بالا  بالاتر از سیال پایه میباشد    ضریب رسانندگی حرارتی نانولولههای کربنی چندجداره٤ به مقدار چشمگیری نسبت به نانوذراتهای متداول بیشتر است بنابراین می تواند در انتقال حرارت



تولیدشده در سنگزنی موثر باشد       از سوی دیگر نانوذرات آلومینیماکسید دارای بهترین روانکاری نسبت به نانوذرات متداول میباشد از این رو میتواند با روانکاری موثر  حرارت تولیدشده در سنگزنی را کاهش دهد  انتظار میرود تولید نانوسیال ترکیبی از نانولولههای کربنی چندجداره و نانوذرات آ لومینیماکسید بتواند خواص خنککاریروانکاری منحصربفردی را ایجاد کند  تکنیک دیگری که میتواند عملکرد تکنیک روانکاری کمینه را بهبود بخشد استفاده از ارتعاشات التراسونیک میباشد  مولایی و همکاران گزارش دادند که استفاده از ارتعاشات التراسونیک میتواند به طرز چشمگیری نیروهای عمودی سنگزنی را کاهش دهد با توجه به پیشینه ادبیات مذکور  میتوان دریافت که کاهش آسیبهای حرارتی به طرز چشمگیری میتواند کاربردهای صنعتی تکنیک محیطدوست روانکاری کمینه را افزایش دهد  از این رو هدف اصلی تحقیق حاضر  بهبود خواص خنککاریروانکاری تکنیک روانکاری کمینه میباشد که نتیجه آن کاهش درجه حرارت و آسیبهای حرارتی میباشد  به این منظور  از نانوسیال ترکیبی پایه آبی نانولوله کربنی چندجد اره آلومینیماکسید به عنوان سیال برشی در تکنیک روانکاری کمینه و نیز ارتعاشات التراسونیک استفاده شده است  به دلیل ماهیت متفاوت و مستقل تکنیکهای مورد اشاره در کاهش حرارت  کاهش قابل توجه درجه حرارت قابل انتظار است    چگونگی بهبود عملکرد فرآیند سنتی با ابببتفاده از متیک رو!نکاری بنه  انوسیال و !رتبثثات !لتر!مونگ   ل  مکانیزم بهبود روانکاریی در تکنیک روانکاری کمینه تکنیک روانکاری کمینه از مقدار بسیار ناچیزی سیال برشی استفاده میکند  حدود ههه  برابر کمتر از سیال برشی با پاشش پیوسته   در این تکنیک مخلوط هوا  روغن  یا هوا  آب  که ایروسول خوانده میشود در نازل با یکدیگر ترکیب میشوند  فشار بالای هوا منجر به اتمیزه شدن قطرات روغن میگردد و سرعت بالایی به آن میبخشد  این قطرات بسیار ریز روغن به وسیله هوا مستقیمآ به منطقه تماس دانه ساینده  قطعهکار تزریق میشوند  شکل     نفوذ موثر قطرات روغن به وسیله مخازن روانکاری از قبیل تخلخل چرخ سنگ و شکستگیهای دانه منجر به روانکاری موثر میگردد  شکل   روانکاری موثر ایجاد شده در تکنیک روانکاری کمینه را میتوان به قطرات بسیار ریز روغن  سرعت بسیار بالای آنها و مخازن روانکاری نسبت داد  از این رو قطرات روغن بهه صورت موثری به منطقه سنگزنی نفوذ میکنند  با نفوذ قطرات روغن به منطقه سنگزنی  به دلیل واکنش قطرات روغن با قطعهکار  لایهای پایدار با استحکام برشی پایین تولید میشود که منجر به کاهش اصطکاک و نیروهای سنگزنی میگردد  مزایای اصلی تکنیک روانکاری کمینه عبارتند از: سیستم انتقال سیال سازگار با محیط زیست  حذف سیستم گردشا و فیلتر کردن روغن  کاهش هزینه نهاییی ماشینکاری و کارگاه پاکتر و ایمنتر   سینماتیک سنگزنی با ارتعاشات التراسونیک شکل   شماتیک برشکاری با ارتعاشات التراسونیک را برای یک دانه در یک سیکل ارتعاشی نشان میدهد  در این مکانیزم برشکاری  دانه ساینده فقط در نیم سیکل با قطعه کار درگیر میشود  این مکانیزم نوسانی منجر به تفاوت  های اساسی با برشکاری متداول میگردد  این تفاوتها شامل کاهش طول و زمان تماس دانه ساینده  قطعهکار  مسیر حرکتی متفاوت دانه ساینده و نیز تولید براده تعییرشکل نیافته غیریکنواخت میباشد  با استفاده از ارتعاشات التراسونیک  مکانیزم برداشت براده به دلیل تماس فرکانس بالای دانهه ساینده  قطعهکار و شتاب بالای قطعهکار سهولت مییابد و برادهها راحتتر جدا میگردند  به دلیل ضربات نوسانی دانه به قطعه کار  میکروترکهایی در منطقه سنگزنی ایجاد میگردد که جداشدن براده از قطعهکار و برداشت براده را سهولت میبخشد  از این رو نیروی برشی و ضریب اصطکاک کاهش مییابد  در این مکانیزم  به دلیل مسیر حرکتی متفاوت و در نتیجه ضخامت براده تغییرشکل نیافته متفاوت  برادههای نازکتر و کوچکتری تولید میگردد  شکل     از این رو  نیروی متوسط برای برداشت  کمتر  کاهش مییابد  



از سوی دیگر  در این تکنیک  سرعت دانه ساینده  از سرعت براده بیشتر می  شود که این امر منجر به ایجاد نیروی اصطکاک معکوس بین دانه ساینده  قطعهکار میگردد که نیروی مماسی را کاهش میدهد  نانوسیال نانوسیالها کلاس جدید سیالهای مهندسی میباشند که از شناورسازی مواد با اندازه نانو  نانوذرات  در یک سیال پایه  از قبیل روغن  هوا  الکل  منجر به افزایش خواص حرارتی وو اصطکاکی سیال میگردد  نانوسیالها دارای چندین مشخصه بارز و نوین شامل ضریب رسانندگی حرارتی بالا  خنککاری و روانکاری بهتر نسبت به سیال پایه میباشند  این مزایا منجر به افزایش کاربرد نانوسیالها در کاربردهای انتقال حرارت از قبیل سلولهای سوختی  فرآیندهای ساخت و     گردیده است  نانوسیالها حاوی نانوذراتی از جنس اکسیدها  کاربیدها  نیتریدها با اندازه حدود لاه    نانومترر میباشند  هر ه نانوذره دارای مشخصههای مولکولی و شیمیایی متفاوت بوده از این رو دارای اثرات متفاوتی بر روی روانکاری و انتقال حرارت هستند     رسانندگی حرارتی نانولوله کربنی چندجدارهه نانولولههای کربنی چندجداره به طرز قابلتوجهی رسانندگی حرارتی سیال برشی را افزایش میدهند  رسانندگی حرارتی نانوسیالهای با نانوذرات استوانهای  به عنوان مثال نانولوله کربنی چندجداره  بهه وسیله لانگ مدل گردید       بر این اساس رسانندگی حرارتی نانوسیالهای حاوی نانولولههای کربنی چندجداره بر اساس معادله     قابل محاسبه میباشد: ضریب رسانندگی حرارتی نانوذره   ضریبب رسانندگی حرارتی لایه تشکیل شده بین نانوذره و محیط سیال   ضریب رسانندگی حرارتی سیال پایه م  درصد حجمی نانوذره در سیال  ضخامت لایه میانی و شعاع نانوسیال میباشد که برای نانولوله کربنی چندجداره مورد استفاده به ترتیب برابر ص و و  نانومتر است  در این مطالعه ضریب رسانندگی حرارتی برای نانولوله کربنی چندجداره  روغن و لایه میانی به ترتیب برابر وات بر متر بر درجه کلوین است  از این رو بر اساس معادله     ضریب رسانندگی حرارتی نانوسیال برابر   و وات بر متر بر درجه کلوین است که   و برابر سیال پایه می‏باشند  بهبود روانکاری توسط نانوذرات آلومینیماکسید نانوذرات با ساختار  شکل و اندازه متفاوت  دارای مشخصههای فیزیکی و موفولوژیکی متفاوتی هستند که دارای عملکرد روانکاری متفاوتی میباشند  اثر صفحهای نانوذرات در شکل و نشان داده شده است  نانوذراتت اگرچه دارای اندازه کوچکی میباشند اما دارای سطح مخصوص بالا  انرژی پیوند سطحی بالا و نیز اتمهای بیشماری در سطح میباشد  به علاوه در مناطق پایینتر از اتمهای سطحی  اتمهای دیگری نبوده و در عوض جاهای خالی بسیاری موجود است  از این رو نانوذرات اشباع نشده و ناپایدار بوده و به راحتی با سایر اتمها ترکیب میشود  این اتمها به راحتی با اتمهای قطبی روغنهای معدنی ترکیب میشوند و نانوسیالهایی با انرژی سطحی بالاتری تولید میکنند  از این رو نانوسیال به داخل قطعهکار و چرخسنگ محکمتر جذب میگردد و منجر به بهبود اش روانکاری میگردد       روانکاری مناسبب نانوسیال لومینیماکسید به ساختار و مشخصههای آن مربوط میباشد  نانوذرات آلومینیماکسید کروی بوده و دارای استحکام  سختی و مقاومت بالا هستند  نانوذرات آلومینیماکسید دارای فاز سختی هستند که در فرآیند اصطکاکی مانند یک دانه ساینده میباشند  این نانوذرات به صورت پراکنده در فیلم روانکار که سطح واقعی آن کاهش یافته است قرار دارند  این نانوذرات به دلیل شکل کروی خود اصطکاک را از حالت لغزشی به لغزشی  غلتشی تغییر میدهند  از این رو ضریب اصطکاک لغزشی و تنش برشی را در فرآیند برشکاری کاهش میدهند  به علاوه  نانوذرات آلومینیم  اکسید دارای مقاومت بالایی در دمایی بالا میباشند  نقطه ذوب فیلم روغن میتواند تا درجه سانتیگراد برسد از این رو میتواند در مقابل حرکت نابجاییها و رشد دانههای کریستالی جلوگیری کند  از این رو مقاومت حرارتی فیلم روانکار افزایش سیابد  چیدمان تجیز!ت و انجام تستهای تجربی در تحقیق حاضر  اثر چهار محیط خنککار  روانکار بر روی خواص خنک  کاری روانکاری فرآیند سنگزنی مورد بررسی قرار گرفته است  مشخصههای عمومی این محیطها در جدول   لیست شده است  خواص خنککاری فرآیند سنگزنی به وسیله اندازهگیری دما تعیین می   شود  دمای سنگزنی با استفاده از دوربین مادون قرمز سرعت بالای  به همراه دو پرتو لیزر راهنما اندازهگیری گردیده است  زمان پاسخ این دوربین و میلیثانیه بوده و میزان رزولوشن آن ثانیه است از این رو توانایی اندازهگیری بیشینه دمای سنگزنی را دارا میباشد  نرخ افزایش و کاهش درجه حرارت در سنگزنی بسیار بالا بوده و بیشینه دما فقط با دوربین  های سرعت بالا قابل اندازهگیری است   خواص روانکاری محیطهای خنک  کارروانکار به وسیله محاسبه ضریب اصطکاکک  تقسیم نیروی مماسی بر نیروی عمودی  اندازهگیری و مقایسه گردیده است  این نیروها با استفاده از دینامومتر سه مولفهای کیستلر ١ اندازه گیری شده است  ذرات نانولولههای کربنی چندجداره هیدروفوبیک٢  آب گریز  میباشند  به این معنی که از مولکولهای آب فاصله میگیرند و توانایی ایجاد ارتباط با آن را ندارند  از این رو برای ایجاد نانوسیال پایدار  به عناصر واسطه تحت عنوان فعالساز سطحی٣ نیاز است  فعالسازهای سطحی دارای دو بخش آبدوست و آبگریز هستند و به عنوان واسط  شرایط را برای پیوند دو ماده مهیا میکنند  در این تحقیق از سدیم دودسیل سولفات٤ به عنوان ماده فعالساز سطحی استفاده گردید  نانوذرات آ لومینیماکسید را میتوان با و بدون استفاده از فعالساز در آب پایدار کرد  با این وجود در حالت استفاده از فعالساز سطحی  نانوسیال تا چند ماه پایدار بوده و نانوذرات تهنشین نمیشوند  در این تحقیق برای تولید نانوسیال ترکیبی  ابتدا نانولوله و آلومینیماکسید به صورت مجزا به آب دییونیزه اضافه شده و سپس به مدت ه  دقیقه در حمام التراسونیک قرار گرفت  سدیم دی دسیلل سولفات نیز با آب دییونیزه ترکیب شده و به مدت دقیقه به صورت دستی هم زده شد  در انتها محلولهای حاصل با یکدیگر مخلوط گردیده و به مدت ه  دقیقه در حمام التراسونیک قرار گرفت  شکلل   تصاویو حاصل از  الکترونی روبشی  مربسط به نانولوله کربنی چندجداره و نانوذرات آلومینیماکسید  با متوسط اندازه ذرات نانومتر  استفاده شده در تحقیق حاضر را نشان میدهد  قطعهکار مورد استفاده  فولاد سخت شده   با ابعاد  میلیمتر در  میلیمتر در  میلیمتر میباشد و تستها بر روی سطح با عرض  میلیمتر انجام شده است  تستها با استفاده از دستگاه سنگ و   محوره به صورت پاندولی و با استفاده از چرخسنگ آلومینیماکسید انجام شده است  برای یکنواختی توپوگرافی چرخسنگ و یکسانسازی تست   قبل از هر تست  چرخسنگ با استفاده الماس تک لبه درس شده است  پارامترهای درس عبارتند ازز عمق برش  میکرون  سرعت برشی چرخسنگ و  متر بر ثانیه و سرعت پیشروی  میلیمتر بر دقیقه  از دستگاه میکرو روانکار ساخت شرکت رویال صنعت خاوران جهت انجام تستها استفاده شده است  پارامترهای تکنیک روانکاری کمینه عبارتند از دبی میلیلیتر بر ساعت و فشار مگاپاسکال  شکل  چیدمان تجهیزات مورد استفاده در تحقیق حاضر را نشان میدهد  شکل چیدمان ترانسدیوسر التراسونیک را نشان میدهد  سیستم ارتعاشی از پیزوالکتریک  بوستر  هورن و فیکسچر تشکیل شده است  منبع تغذیه التراسونیک  فرکانس برق شهری هرش را به پالسهای الکتریکی با فرکانسهای بسیار بالا تبدیل میکند  این پالسهای فرکانس بالای الکتریکی به پیزوالکتریک ترانسدیوسر منتقل شده و به ارتعاشهای مکانیکی با فرکانس بالا تبدیل میشود  فرکانس تشدید: و  کیلوهرتز   در ادامه  دامنه ارتعاش باا استفاده از بوستر و سپس هورن افزایش مییابد و سپس به قطعهکار منتقل میشود  دامنه قطعهکار در فرکانس تشدید کیلوهرتز به  میکرومتر می  رسد  این مقدار با دستگاه گپ سنسور اندازهگیری شده است   ارتعاشات اعمالی به قطعهکار در جهت طولی و در راستای حرکت پیشروی قطعهکار می باشد  پارامترهای سنگزنی و شرایط اجرای تستهای تجربی در جدول   لیست شده است   حث       ضریبب اصطکاک شکل و تغییرات ضریب اصطکاک نسبت به نرخ برداشت براده را برای محیط  های مختلف خنککار روانکار نشان میدهد  شکل و نشان میدهد که روانکاری کمینه منجر به کاهش قابل توجه ضریب اصطکاک میشود  این اثر مهمترین عملکرد تکنیک روانکاری کمینه را نشان میدهد و اثبات میکند که قطرات بسیار ریز سیال برشی به موقع و به صورت موثر وارد منطقه سنگزنی شده و با ایجاد لایه روانکار با استحکام برشی پایین ضریب اصطکاک را کاهش میدهند  نتاچ نشان میدهند که استفاده از نانوسیال ترکیبی منجر به کاهش ضریب اصطکاک به میزان    درصد نسبت به سنگزنی خشک در عمقهای برشی مختلف میگردد  جدول     نانوذرات آلومینیم  



اکسید کرهای شکل بوده و به سهولت به فضای بین دانهها و داخل چیسنگ نفوذ میکنند  از این رو اصطکاک بین دانه و قطعهکار از حالت لغزشی به غلتشی تغییر یافته و اثر روانکاری تقویت میگردد  شکل و نشان میدهد که استفاده از ارتعاشات التراسونیک نیز منجر به کاهش ضریب اصطکاک میگردد  چراکه ارتعاشات التراسونیک منجر به شکستن جوش خوردگیهای دانه به قطعهکار میگردد  از سوی دیگر جدایش سیکلی دانه از قطعهکار یک گپ سیکلی بین آنها ایجاد میکند که شرایط را برای نفوذ موثرتر سیال و نیز خنککاری فراهم میآورد  علاوه بر این عوامل  مکانیزم برشکاری درر ارتعاشات التراسونیک منجر به تشکیل برادههایی نازکتر و کوچکتر گردیده که منجر به کاهش نیروهای سایشی و شخمزنی و ضریب اصطکاک میگردد  نتایج نشان میدهد که استفاده از ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش ضریب اصطکاک تا و     درصد میگردد  جدول     به دلیل متفاوت بودن مکانیزم کاهش حرارت تکنیکهای روانکاری کمینه  نانوسیال ترکیبی و نیز ارتعاشات التراسونیکک انتظار میرفت که عملکرد سنگزنی بهبود یابد  نتایج نیز نشان میدهند که استفاده همزمان از این تکنیکها  منجر به کاهش ضریب اصطکاک میگردد  جدول  نیروهای سنگزنی زمانی که یک دانه ساینده با قطعهکار درگیر میشود سه حالت تغییرشکل اتفاق میافتد: سایش  شخمزنی و برش  این مراحل در شکل ه  برای یک دانه ساینده و قطعهکار نشان داده شده است  در حالت سایشی  برداشت ماده ناچیز استت در حالی که اصطکاک بالا است  در این مرحله نیروی وارده بر هر دانه به اندازهای کم است که نمیتواند نفوذ زیادی در قطعه کار داشته باشد  مرحله پس از سایش  مرحله شخمزنی است  این مرحلهه زمانی اتفاق میافتد که نفوذ دانه به قطعهکار افزایش یابد  در این مرحله  علائم شیار به دلیل نفوذ ویاد مشخص   است نیروی مماسی نیروی مورد نیاز برای برش و برداشتن براده از روی قطعه کار میباشد  این نیرو نیروی اصلی در سنگزنی بوده که مقدار توان مصرفی دستگاه سنگزنی را تعیین میکند  معادله  توان مصرفی دستگاه سنگزنی  نیروی مماسی سنگزنی سرعت برشی چرخسنگ است  از این روو هر چه نیروی مماسی کاهش یابد انرژی کمتری برای فرآیند سنگزنی موردنیاز بوده و حرارت کمتری وارد قطعهکار میگردد  این نیرو از سه مولفه اصلی تشکیل شده است: نیروی سایشی  نیروی شخمزنی و نیروی برشی  معادله   :     م   م نتایج مربوط به نیروهای مماسی در شکل    نشان داده شده است که برای تمامی تستها نیروی مماسی در حالت استفاده از تکنیک روانکاری کمینه کمتر از سنگزنی خشک است  علت این امر روانکاری موثر و به موقع در منطقه سنگزنی میباشد  نفوذ موثر قطرات بسیار ریز و پر سرعت سیال برشی به منطقه سنگزنی منجر به ایجاد لایه روانکار با استحکام برشی کمتر از فلز پایه میگردد  هر چه این لایه روانکار دارای استحکام برشی کمتری باشد نیروهای سنگزنی و خصوصآ نیروی مماسی کاهش مییابد  نشان میدهند که استفاده از تکنیک روانکاری کمینه با استفاده از نانوسیال ترکیبی نه تنها منجر به کاهش مصرف سیال برشی میگردد بلکه نیروی مماسی و متعاقبآ توان مصرفی را کاهش میدهد  نتایج نشان میدهد که این تکنیک منجر به کاهش درصدی نسبت به حالت سنگزنی خشک میشود  شکل      جدول استفاده از ارتعاشات التراسونیک منجر به تغییر در مکانیزم برادهبرداری میگردد  این تکنیک منجر به تولید برادههای نازکتر و کوچکتر میگردد که نیروهای غیرمطلوب سایشی و شخمزنی را کاهش میدهد  از این رو نیروی مماسی کل کاهش مییابد  معادله     از سوی دیگر در سنگزنی التراسونیک که سرعت دانه بیش از سرعت براده میگردد یک اصطکاک معکوس ایجاد میگردد که نیروی مماسی را کاهش میدهد  این عوامل منجر به کاهش درصدی نیروی مماسی در نرخهای برداشت براده متفاوت نسبت به سنگزنی خشک میگردد  شکل استفاده همزمان از تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک منجر به کمترین نیروی مماسی میگردد  بنا بر نتایج به دست آمده  در این حالت نیروی مماسی     درصد کاهش مییابد  مکانیزمهای خنککاری روانکاری متفاوت در تکنیک روانکاری کمینه  نانوسیال ترکیبی و نیز ارتعاشات التراسونیک منجر به بهبود عملکرد سنگزنی و کاهش نیروهای سنگزنی گردیده است  شکل      جدول        دمای منطقه سنگزنی در فرآیند سنگزنی  شار حرارتی میانگین   در منطقه سنگزنی از رابطه   قابل محاسبه است:  طول تماس دانه با قطعهکار است  با توجه به معادله     هر چه نیرویی مماسی کاهش پیدا کند شار حرارتی تولید شده و در نتیجه بیشینه درجه حرارت سنگزنی کاهش مییابد  در این تحقیق  درجه حرارت ناحیه سنگزنی با استفاده از دوربین غیرتماسی مادون قرمز که دارای دوو پرتو لیزر برای مشخص کردن نقطه هدف است اندازهگیری گردید  زمان پاسخ دوربین مادون قرمز و میلی ثانیه میباشد



از این رو درجه حرارت بیشینه قابل اندازهگیری است  شکل    بیشینه دمای اندازهگیری شده در فرآیند سنگزنی را برای محیطهای مختلف نشان داده است  نتایج نشان میدهد که تکنیک روانکاری کمینه با استفاده از نانوسیال ترکیبی به واسطه کاهش حرارت تولیدی  دمای بیشینه در فرآیند سنگزنی راکاهش میدهد  این کاهش درجه حرارت برای نرخهای مختلف برداشت براده به ترتیب   می‏باشند  جدول کاهش درجه حرارت در این تکنیک به دلیل کاهش ضریب اصطکاک و نیروی مماسی میباشد  نفوذ موثر قطرات سیال برشی به منطقه سنگزنی منجر به تشکیل لایه روانکار با استحکام برشی میگردد  از این رو نیروی لازم برای برداشت ماده  نیروی مماسی  کاهش مییابد  با کاهش نیروی مماسی مطابق معادله   حرارت تولید شده در منطقه سنگزنی و در نتیجه بیشینه دمای سنگزنی کاهش مییابد  جدول و نشان میدهد که استفاده از ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش درصدی بیشینه درجه حرارت سنگزنی نسبت به بببنگزنی خشک در نرخهای برادهبرداری مختلف میگردد  این تکنیک به دلیل طول و زمان تماس کمتر دانه ساینده با قطعهکار  منجر به کاهش حرارت تولید شده میگردد  شکل ول  جدول و   در فرآیند سنگزنی  طول تماس زمان تماس  مربوط به یک دانه از روابط  



که و  قطر چرخسنگ عمق برش میباشد  در این مطالعه برای سنگزنی خشک و برای حالت عمق برش  میکرون  طول تماس و زمان تماس به ترتیب برابرند با: ثانیه  استفاده از ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش طول و زمان تماس دانه با قطعه کار میگردد  هر سیکل از ارتعاشات التراسونیک در حالتی که فرکانس ارتعاشات و  کیلوهرتز است ثانیه طول میکشد  از این رو در حالت استفاده از ارتعاشات التراسونیک زمان تماس کمتر از حالت سنگزنی خشک است  از طرفی با توجه به رابطه   و با توجه به ثابت بودن سرعت چرخسنگ در هر دو حالت  طول تماس در حالت استفاده از ارتعاشاتت التراسونیک به     میلیمتر کاهش می یابد  و درصد   نتیجه کاهش طول و زمان تماس  کاهش حرارت تولید شده و کاهش درجه حرارت است  از دانه منجر به ایجاد یک گپ نوسانی میگردد که علاوه بر اینکه فرصت خنک شدن به دانه و قطعه کار میدهد  منجر به نفوذ راحتتر نانوسیالها به منطقه برشی می  گردد  علاوه بر این موارد  به دلیل کاهش نیروهای سایشی و شخمزنی در سنگزنی التراسونیک  آسیبهای حرارتی به قطعهکار کاهش مییابد  با توجه به این موارد  بیشینه درجه حرارت در سنگزنی التراسونیک درصد نسبت به حالت خشک کاهش مییابد  شکل     جدول و   بیشترین کاهش در درجهه حرارت مربوط برابر    درصد است که مربوط به استفاده همزمان از تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک میباشد  شکل  ١  جدول و        کیفیت سطح شکل    نتایجج کیفی مربوط به کیفیت سطح قطعهکار برای دو حالت سنگزنی خشک  نامطلوبترین وضعیت  و سنگزنی با ترکیب تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک  مطلوبترین وضعیت  را نشان میدهد  شرایط انجام آزمایش عبارتند از: عمق برش   میکرون  سرعت برشی چرخسنگ  متر بر ثانیه و سرعت پیشروی قطعه کار  میلیمتر بر دقیقه  شکل   مربوط به وضعیت ظاهریی سطح قطعهکار  با اندازه واقعی  میباشد  حرارت بالای ناشی از اصطکاک دانه ساینده با قطعهکار و عدم انتقال حرارت تولید شده به خارج از منطقه سنگزنی منجر به افزایش درجه حرارت و سوختگی سطحی قطعهکار گردیده است  این درحالی است که روانکاری مناسب تکنیک روانکاری کمینه  خنککاری مناسب نانوسیال و کاهش زمان و طول تماس دانه ساینده  قطعهکار حاصل از ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش حرارت در منطقه سنگزنی شده و سطح قطعهکار عاری از هر گونه سوختگی میباشد  شکل    ب تصویر مورفولوژی سطح قطعهکار را نشان میدهد که با استفاده از میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی حااحاال برابر تهیه شده است  برای حالت سنگزنی خشک  عیوب سطحی شامل تغییرشکل پلاستیک و جریان مواد به اطراف به مراتب بیشتر از حالت سنگزنی باا نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک میباشد  در حالت استفاده از تکنیک ترکیبی  به دلیل روانکاری مناسب  تغییرشکل الاستیک و پلاستیک کاهش مییابد و انرژی سنگزنی صرف برش ماده و تشکیل براده میگردد  ضمن اینکه تماس متناوب دانه ساینده با قطعهکار به دلیل استفاده از ارتعاشات التراسونیک  تشکیل براده را تسریع میبخشد  در حالی که در سنگزنی خشک  انرژی سنگزنی به دلیلل اصطکاک بالا و روانکاری نامناسب  صرف تغییرشکل الاستیک و پلاستیک و جریان مواد به اطراف میگردد  



  و  شکل ظاهری براده های تشکیل شده با بررسی وضعیت ظاهری  شکل  اندازه و انحنای برادههای تولید شده در فرآیند سنگزنی میتوان اطلاعاتی را در مورد مکانیزم برادهبرداری به دست آورد  شکل    مربوط به برادههای تشکیل شده در فرآیند سنگزنی برای دو حالت سنگزنی خشک  نامطلوبترین وضعیت  و سنگزنی با ترکیب تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیکک  مطلوبترین وضعیت  میباشد  این تصاویر با میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی ههه  برابر تهیه شده است  شکل ال  نشان میدهد که برادههای تشکیل شده در سنگزنی خشک  کروی و بسیار کوچک است  علت این امر حرارت بسیار بالای ایجاد شده در منطقه سنگزنی است  در حالی که در حالت سنگزنی با ترکیب تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک برادههای تشکیل شده دارای انحنای بیشتری بوده و از حالت کروی خارج شدهاند  برادههای تشکیل شده در این حالت بسیار مشابه با برادههای تشکیل شده در فرآیند سنگزنی با پاشش پیوسته سیال برشی میباشند که در تحقیق قبلی استخراج از این رو میتوان نتیجه گرفت که مکانیزم برادهبرداری در حالت روانکاری کمینه بسیار مشابه با روش متداول سیال برشی با پاشش پیوسته میباشد با این برتری که مصرف سیال برابر کاهش یافته است  و نتیجهیری تکنیک روانکاری کمینه به دلیل مزایای تکنولوژیکی و اقتصادی جایگزین مناسبی برای سیالهای برشی با پاشش پیوسته در فرآیند سنگزنی می باشد  این تکنیک قادر است عملکرد کلی فرآیند از قبیل یکپارچگی سطح  نیروها و توان مصرفی و نیز سایش چرخسنگ را بهبود بخشد  از سوی دیگر تکنیک روانکاری کمینه تکنیکی محیطدوست و سازگار با محیط زیست است که میتواند مصرف سیال برشی را به  حالت استفاده از سیال برشی با پاشش پیوسته برساند  علیرغم این مزایای متعدد  تکنیک روانکاری کمینه به دلیل مصرف پایین سیال برشی غالبآ منجر به افزایش درجه حرارت و در نتیجه آسیبهای حرارتی و سوختگی میگردد  این محدودیت منجر به کاهش کاربرد صنعتی این تکنیک گردیده است  به منظور رفع این مشکل  استفاده همزمان از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشاتت  التراسونیک پیشنهاد شده



بت  نانوسیال به دلیل ظرفیت انتقال حرارت بالا  میتواند حرارت بیشتری را منطقه تماس دانه  قطعهکار خارج کند  ارتعاشات التراسونیک نیز به دلیل کانیزم متناوب و کاهش زمان و طول تماس دانه  قطعهکار  حرارت کمتری  لید میکند  از این رو در تحقیق حاضر  نانوسیال پایه آبی حاوی ترکیب نانولوله ربنی چندجداره  با رسانندگی حرارتی بالا  لومینیماکسید  با اثر روانکاری به عنوان سیال تکنیک روانکاری کمینه به همراه ارتعاشات التراسونیک ورد استفاده قرار گرفته است این تحقیق به صورت خلاصه ارائه شده بت:    مکانیزم خنککاریآروانکاری متفاوت و مستقل از هم برای تکنیک  هایی روانکاری کمینه  نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک  منجر به بهبود خواص اصطکاکی دانه قطعهکار میگردد  در این حالت مقدار ضریب اصطکاک نسبت به حالت سنگزنی خشک تا و و  کاهش می  یابد  استفاده جداگانه از تکنیک روانکاری کمینه و ارتعاشات التراسونیک به ترتیب موجب کاهش   درصدی ضریب اصطکاک گردیده است    کمترین مقدار نیروی مماسی و توان مصرفی در حالت ترکیب تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک ثبت گردیده است  نتایج حاکی از کاهش درصدی نیروی مماسی نسبت به حالت سنگزنی خشک میباشد  استفاده جداگانه از تکنیک روانکاری کمینه و ارتعاشات التراسونیک به ترتیب منجر به بیشینه کاهش نیروی مماسی تا درصد میگردد     استفاده همزمان از تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش بیشینه درجه حرارت سنگزنی تا درصد میگردد  از  درجه سانتیگراد   این کاهش شدید درجه حرارت منجر به کاهش آسیبهای حرارتی و کاهش سوختگی قطعهکار می گردد  علت این کاهش  مکانیزمهای  متفاوت و مستقل تکنیک روانکاری کمینه  نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک میباشد  میزان بیشینه کاهش درجه حرارت در حالت استفاده از تکنیک روانکاری کمینه و استفاده از ارتعاشات التراسونیک نسبت به حالت خشک درصد می  باشد   کیفیت سطح برای حالت سنگزنی با تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک بسیار مطلوبتر از سنگزنی خشک میباشد  با اعمال شرایط ترکیبی استفاده شده در تحقیق حاضر  میتوان سطحی عاری از سوختگی به دست آورد  در حالی که در همان شرایط  سنگزنی خشک با سوختگی شدید قطعهکار همراه است  وو  عیوب سطحی شامل تغییرشکل پلاستیک و جریان مواد به اطراف در حالت استفاده از سنگزنی با تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک به مراتب کمتر از سنگزنی خشکک می  باشد  در حالت استفاده از تکنیک ترکیبی بت دلیل روانکارکا مناسب  تغییرشکل الاستیک و پلاستیک کاهش مییابد و انرژی سنگزنی صرف برش ماده و تشکیل براده میگردد  ضمن اینکه تماس متناوب دانه ساینده با قطعهکار به دلیل استفاده از ارتعاشات التراسونیک تشکیل براده را تسریع میبخشد  در حالی که در سنگزنی خشک  انرژی سنگزنی به دلیل اصطکاک بالا و روانکاری نامناسب  صرف تغییرشکل الاستیک و پلاستیک و جریان مواد به اطراف میگردد     مکانیزم برادهبرداری در سنگزنی با استفاده از تکنیک روانکاری کمینه با نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک بسیار مشابه با سنگزنی با پاشش پیوسته سیال برشی میباشد  ضمن اینکه مصرف سیال برشی حدود ههه  برابر کاهش یافته است  برادههای ایجاد شده دارای انحنا بوده و از حالت کروی ناشی از حرارت بالا  مشابه سنگزنی خشک  خارج شدهاند  


مطالب پیشنهادی
متأسفانه موردی یافت نشد.
ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

گزیده ها
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
Copyright © 2015