بررسی اثرات میدان مغناطیسی بر روی عمر ابزار، کیفیت سطح و تغییرات نیروهای ماشینکاری

STUDENT

DEGREE

YEAR

The development of machining processes with no wear or very little wear has been one of the major objectives of researchers since the very beginning of the field. In a very general sense there are two engineering solutions to the problem of minimizing wear. The most common method for the reduction or elimination of wear from cutting mechanisms is to separate the surfaces by the use of fluid or solid lubricants. The second general approach to wear control is to modify materials and material properties and so material pair behavior. Examples are the production of special materials and alloys for cutting tools and coating of hardened layers on tool surfaces. In contrast to using a material lubricant, another possibility for the seperation of tool and workpiece is the use of magnetic or other repulsive force fields. Control of wear in this way is justify; TEXT-INDENT: 18pt; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr" Magnetic treatment to alter material behavior in machining processes and material properties of manufactured parts have many attractive features. In the present research the basic theory of magnetic assisted machining has been studied, firstly. By providing some new ideas and doing some primary tests, the best combination of applying magnetic field on machining process with reducing air gap on magnetic circuit has become possible. The magnetic assisted machining was used for reducing tool wear, imrpving surface roughness and machining forces. These phenomena are due to the change of workpiece surface plastic properties which is caused by a simultaneous action of magnetic and thermo-mechanical processes, known as a magnetic plastic effect. Indeed, magnetization of surfaces in cutting, changes their strain energy state, accelerates the hardening of cutting surface and simultaneously modifies the subsurface plastic flow on the workpiece surface under the rake face of the tool. In this thesis for the first time by design and fabrication of a new mechanism, sufficient magnetic field was simultaneously applied on tool and workpiece in wich air gap reduction was possible. Using the design of experiments method, full factorial technique, 3 3 ×2 tests were conducted and the results were taken. For analyzing the effect of input parameters the analysis of variance method was used. The results proved the advantages of the proposed method in comparison with traditional ones. Microscopic photoes of tool wear and force diagrams of dynanometer present the benefits of new mechanism. Key words: Dry machining, Magnetic field, Tool wear, Machining forces, Surface roughness, Design of experiments, Analysis of variance

ماشینکاری یکی از مهمترین و فراگیرترین عملیات تولیدی می باشد که با توجه به سیر حرکت فناوری همانند سایر روش های تولیدی، افزایش کیفیت سطح، بالا بردن راندمان و کاهش مواد مصرفی به خصوص ابزار از اهداف بسیاری از پژوهشگران و صنعتگران است و در این بین توسعه ابزار های برش و روش های نوین از اهمیت ویژه ای برخوردار شده اند. ازطرفی با توجه به مسائل زیست محیطی تمایل به کاهش مایع برش افزایش یافته است. با این حال کاهش مایع برش مشکلاتی از قبیل کاهش عمر ابزار را به همراه دارد. بنابراین درک پدیده های برش، توسعه فناوری پوشش جدید و ابزار های جدید برای افزایش عمر ابزار، کمک شایانی در راستای حل مشکلات فوق دارد. ولی این روش های تهیه ابزار مخصوص، هزینه بالا داشته و همچنین شرایط خاص بهینه برای هر ابزار خاص را می طلبد. در یک مفهوم کلی، دو راه حل مهندسی برای کاهش سایش وجود دارد. رایج ترین روش برای کاهش و یا حذف سایش، جدا کردن سطوح با استفاده از روانکار های جامد و یا مایع است. روش کلی دوم برای کنترل سایش، اصلاح مواد و خواص مواد و بنابراین رفتار جفت ماده است که در نقطه مقابل استفاده از مواد روانکار وجود دارد و آن استفاده از میدان مغناطیسی یا نیرو های دافع دیگر است. کنترل سایش از این طریق، کنترل فعال نامیده می شود که با مصرف انرژی خارجی، رفتار سیستم را در جهت مورد نظر تغییر می دهد. در تلاش های اخیر برای افزایش عمر ابزار به روش های ترکیبی فرایند های ماشینکاری، توجه خاصی شده است که از جمله این روش ها، ترکیب فرآیند ماشینکاری با اثر میدان مغناطیسی می باشد. ابتدا در این پروژه اقدام به مطالعه و تحقیق پیرامون اصول اولیه ماشینکاری تحت میدان مغناطیسی و نحوه انجام آن گردیده است. پس از آن و به دنبال طرح ایده هایی در زمینه ذکر شده، روش های تلفیق میدان مغناطیسی و فرآیند تراشکاری بررسی گردید تا بتوان از میدان مغناطیسی به منظور کاهش سایش ابزار، یکنواختی نیرو ها و افزایش صافی سطح قطعه کار استفاده کرد. پس از آن با طراحی و ساخت مکانیزمی با قابلیت نصب بر روی دستگاه تراش و رفع محدودیت های مکانیزم، امکان استفاده برای تراشکاری قطعات با ابعاد متفاوت فراهم گردید. همچنین قبل از انجام آزمایش های نهایی، با انجام آزمایش هایی، بررسی اثر میدان به طور جداگانه بر ابزار، قطعه کار و یا اعمال همزمان میدان بر ابزار و قطعه کار بررسی شد. دو روش ایجاد میدان به کمک جریان مستقیم و جریان متناوب و همچنین جهت گیری های مختلف میدان بر ابزار و قطعه کار و نیز شدت میدان مناسب توسط این آزمایش ها بررسی شد و ضمن مطالعه پارامترهای موثر بر فرآیند، مناسب ترین حالت برای بکارگیری در آزمایش های اصلی انتخاب گردید. به این ترتیب مکانیزمی طراحی و ساخته شد که برای اولین بار میدان مورد استفاده را به طور همزمان بر ابزار و قطعه کار اعمال کرد و با کاهش فاصله هوایی در مدار مغناطیسی، تاثیر گذاری میدان در زمان اندک، شدت کم، قابلیت تولید و کنترل آسان و کاهش توان مصرفی را ممکن ساخت. سپس با روش طراحی آزمایش مختلط و انجام آزمایش ها و تحلیل نتایج به کمک روش های آماری مانند آنالیز واریانس، تاثیر میدان بر خروجی های فرایند بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که مکانیزم ارائه شده دارای مزایای قابل ملاحظه ای در مقایسه با روش های موجود می باشد. تصاویر میکروسکوپی سایش ابزار، نمودار های نیرو و مقادیر صافی سطح به دست آمده، نشان از کاهش سایش ابزار، یکنواختی نیرو ها و بهبود صافی سطح دارد و موید قابلیت های مکانیزم ساخته شده می باشد. کلمات کلیدی : 1-ماشینکاری خشک 2-میدان مغناطیسی 3-سایش ابزار 4-نیرو های ماشینکاری 5- صافی سطح6-طراحی آزمایش 7-آنالیز واریانس