بررسی تأثیر پارامترهای ماشینکاری تخلیهالکتریکی، بر روی ماده مرکب
پایه آلومینیوم 2024 با استفاده از تحلیل مقدار کل نرمال شده پارامترها
)TNQL( و نسبت سیگنال به نویز (S/N)

بهنام مسعودی1، سعید دانشمند*،2
دانشکده فنی و مهندسی، واحد خمینی شهر ،دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر ،اصفهان، ایران
استادیار ،دانشکده مهندسی مکانیک ،واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، مجلسی ،اصفهان، ایران
*S.daneshmand@iaumajlesi.ac.ir
)تاریخ دریافت: 03/07/1395، تاریخ پذیرش: 16/09/1395(

چکیده
مواد مرکب زمینه فلزی با توجه به نوع تقویت کننده قابلیت ماشینکاری متفاوتی دارند. ماده مرکب آلومینیوم 2024 تقویت شده با اکسید آلومینیوم از جمله موادی می باشد که ماشینکاری آن به روش های سنتی فرسایش سریع ابزار را در پی دارد و ماشینکاری تخلیه الکتریکی روشی مناسب برای ماشینکاری این دسته از مواد می باشد. با توجه به اینکه این روش ماشینکاری دارای پارامترهای مختلفی می باشد تنظیم بهینه پارامتر های ماشینکاری بر زمان ماشینکاری، کیفیت محصول و سایش ابزار اثر مهمی دارد. در این تحقیق با استفاده از تحلیل مقدار کل نرمال شده پارامترها )TNQL( و نسبت سیگنال به نویز (S/N) همزمان خروجیها به بررسی تاثیر پارامترهای ورودی ماشینکاری تخلیه الکتریکی شامل شدت جریان، ولتاژ، زمان روشنی و خاموشی پالس بر نرخ براده برداری ،سایش ابزار و زبری سطح در حالت بدون پودر و پودر و دوران ابزار پرداخته شده است. نتایج نشان داد که شدت جریان بیشترین و بعد از آن زمان روشنی، زمان خاموشی پالس و در آخر ولتاژ، مهمترین اثر را بر پارامتر های خروجی ماشینکاری دارند. استفاده از پودر اکسید آلومینیوم و دوران ابزار باعث افزایش گپ و ایجاد یک نیروی گریز از مرکز شده و ذرات را به سرعت از منطقه ماشینکاری دور می کند و نرخ براده برداری افزایش می یابد. استفاده از پودر آلومینیوم در برخورد با جرقه ها باعث ریز تر شدن جرقه ها شده و عمق نفوذ آنها را کم نموده و در نتیجه زبری سطح کاهش می یابد. نتایج حاصل از بهینه سازی در حالت بدون پودر و دوران ابزار ترکیب پارامترها بهصورت 3A3B1C2D ودر حالت با پودر و دوران ترکیب پارامترها بهصورت 3A1B1C2D را پیشنهاد می کند.

واژههای کلیدی:
ماشینکاری تخلیهالکتریکی، نسبت سیگنال به نویز، آنالیز واریانس ،بهینهسازی، ماده مرکب پایه آلومینیوم 2024.

1- مقدمه
فرآیند ماشینکاری تخلیهی الکتریکی1 که زیرمجموعهی ماشینکاری ترموالکتریکی است، گستردهترین روش ماشینکاری غیر سنتی فلزات و مواد رسانا است. در این روش، جرقه های الکتریکی متوالی میان الکترود و قطعهکار در یک محیط مایع دیالکتریک صورت میگیرد. از آنجا که در EDM از انرژی بالای حرارتیˍالکتریکی بهجای نیروهای برشیˍمکانیکی استفاده میشود. با این روش میتوان مواد مقاوم در برابر برش نظیر فولادهای سخت شده، کاربیدهای تنگستن و آلیاژهای بااستحکام بالا و اشکال پیچیده را ماشینکاری کرد ]1[. فرآیند ماشینکاری EDM به علت داشتن چندین پارامتر مؤثر، از جمله فرآیندهای چند متغیره محسوب میشود. بنابراین مطالعات انجامشده در ماشینکاری تخلیهالکتریکی، عمدتاً بر روی تغییر و کنترل تنظیمات بهینهی پارامترهای ماشینکاری با توجه به جنس قطعه کار متمرکز بوده است. عمده تمرکز محققان نیز بر روی استفاده از روشهای آماری و به ویژه مبحث طراحی آزمایشات2 بوده است. استفاده از روش طراحی آزمایشات به منظور بهینهسازی پارامترهای ماشینکاری تخلیهالکتریکی آلیاژ MAR-M274 )پایه نیکل( موضوع پژوهش اولمن و همکاران بوده است ]2[. در اینتحقیق نشان داده شده است که جریان و زمان روشنی پالس، تأثیرگذارترین پارامترها هستند. همچنین افزایش ولتاژ، باعث افزایش گپ و شستشوی بهتر و در نتیجه برادهبرداری بیشتر میشود. آیستا و همکاران به کمک روش طراحی آزمایشات تاگوچی و مبحث آنالیز واریانس،3 تأثیر جریان، ولتاژ و زمان روشنی پالس را در فرآیند شیارزنی آلیاژ C1023 بررسی کردهاند. در این تحقیق نشان داده شده است که افزایش شدت جریان و زمان روشنی پالس، موجب کاهش نرخ خوردگی ابزار 4میشود. همچنین جریان و ولتاژ کمتر، نرخ برداشت براده را کاهش میدهد ]3[. برخی از محققان نیز به بررسی تأثیر پودرهای اضافه شده به دی الکتریک پرداختند. این روش برای اولین بار توسط اردن و بلجین ]4[ در سال 1980 مورد مطالعه قرار گرفت. آنها تأثیرات پودرهای اضافه شده به دی الکتریک شامل پودرهای مس، آلومینیوم، کربن و چند پودر دیگر را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند. گزارشهای اعلام شده از بررسی آنها حاکی از آن بود که با توجه به میزان غلظت این پودرهای اضافه شده در سیال دی الکتریک و حضور این ذرات در محل انجام جرقه و همچنین با افزایش رسانایی دی الکتریک، موجب افزایش نرخ براده برداری و کاهش زمان تأخیر جرقه خواهد شد. کانگ و چیانگ اثر چهار پارامتر اندازه ذرات پودر، غلظت ذرات پودر، جریان و زمان روشنی پالس را با استفاده از تکنیک پاسخ سطح بر روی نرخ براده برداری و نرخ سایش ابزار در حین ماشینکاری قطعه کار تنگستن کارباید، به کمک پودر آلومینیوم بررسی نمودند .
آن ها با بررسی نتایج تجربی بیان داشتند که با افزایش غلظت
پودر، نرخ براده برداری افزایش می یابد و بعد از حد معینی ،افزایش غلظت منجر به کاهش نرخ براده برداری می گردد و همچنین با افزایش غلظت پودر آلومینیوم تا یک حد خاص، نرخ سایش ابزار کاهش می یابد و بعد از آن با افزایش غلظت، نرخ سایش ابزار افزایش می یابد]5[. ژائو و همکارانش جهت ماشینکاری تخلیه الکتریکی قطعه کار فولادی از پودر آلومینیوم با اندازه متوسط 10 میکرون استفاده نمودند و به این نتیجه رسیدند که افزودن پودر آلومینیوم به دی الکتریک باعث افزایش گپ کناری ماشینکاری میشود و حفرههای کم عمقی که قطر بزرگی دارند، ایجاد میکند]6[. موهان و همکارانش بر روی ماشینکاری تخلیه الکتریکی کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده با ذرات سیلیسیم کارباید پژوهش هایی انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که افزایش درصد حجمی سیلیسیم کارباید باعث کاهش نرخ براده برداری و افزایش نرخ سایش ابزار 5می شود و زبری سطح را زیاد می کند]7[. در ادامه مطالعات بسیاری نشان داد که دوران ابزار بر عملکرد ماشینکاری تخلیه الکتریکی موثر است. وانگ و همکارانش از تکنیک ماشینکاری تخلیه الکتریکی با ابزار دورانی برای ماشینکاری ماده
مرکب 3Al6061/Al2O استفاده کردند و تاثیر دوران ابزار را بر روی نرخ براده برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح مورد مطالعه قرار دادند. این محققان همچنین در بررسی دیگری استفاده از ابزار های توخالی و توپر و همچنین روش گریز از مرکز را در ماشینکاری تخلیه الکتریکی مورد بررسی قرار دادند]8[. گو و همکارانش بر روی حرکت چرخشی قطعه کار در ماشینکاری تخلیه الکتریکی بررسی هایی انجام دادند. نتایج آن ها نشان داد که حرکت چرخشی قطعه کار به گردش هرچه بهتر سیال دی الکتریک کمک خواهد کرد و در نتیجه باعث افزایش نرخ براده برداری می شود]9[. در تحقیقات دیگری موهان و همکارانش از ماشینکاری تخلیه الکتریکی با دوران ابزار6 برای سوراخ کردن ماده مرکب Al6025/Sicp استفاده کردند و نشان دادند که تکنیک دوران ابزار باعث بیشتر شدن نرخ براده برداری خواهد شد. در این مطالعه از ابزار های توخالی و توپر استفاده شد و گزارش ها حاکی از آن بود که ماشین کاری تخلیه الکتریکی با دوران ابزار و استفاده از ابزار هایتوخالی دارای نرخ براده برداری بیشتر، زبری سطح و همچنین نرخ سایش ابزار کمتری بود نسبت به آن دسته از ماشین کاری که از ابزار توخالی استفاده شده بود]10-11[. پاتل و همکارانش از ماشینکاری تخلیه الکتریکی با استفاده از ابزار دورانی در اندازه میکرو در ماشینکاری تخلیه الکتریکی ماده مرکب زمینه آلومینیوم تقویت شده با سیلیسیم کارباید استفاده کردند و نتایج آن ها نشان داد که سرعت دوران ابزار به طور قابل توجهی بر روی نرخ براده برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح تاثیر گذار است]12[. سنتی کومار و همکاران با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی و طرح 18L به بررسی تأثیر شدتجریان، زمان روشنی پالس و فشار پاشش بر روی نرخ خوردگی ابزار و نرخ براده برداری ماده مرکب زمینه آلومینیوم Al-MMC با پودر تیتانیوم کارباید TiC اضافه شده به دیالکتریک پرداختهاند. نتایج، نشان داد ذرات TiC در طی فرآیند، ذوب نمیشوند و براده برداری بر اثر ذوب زمینه )ماتریس( رخ میدهد، بنابراین با افزایش میزان ذرات تیتانیوم کارباید، نرخ برداشت براده کاهش مییابد. همچنین مشخص شد شدت جریان بر نرخ خوردگی ابزار و نرخ برداشت براده تأثیر بیشتری دارد. آنها تنظیم زمان روشنی پالس µs500 و شدت جریان A6 را دارای بیشترین نرخ خوردگی ابزار و نرخ برداشت براده تعیین کردند]13[. در ادامه مطالعات بسیاری نشان داد که دوران ابزار نیز بر عملکرد ماشینکاری تخلیه الکتریکی مؤثر است. با توجه به تحقیقات و آزمایشهای انجام شده در ماشینکاری کامپوزیتهای زمینه فلزی 2024 تقویت شده با ذرات اکسید آلومینیوم و کاربرد زیاد ماشینکاری تخلیه الکتریکی در ماشینکاری آنها، مشاهده میشود که تحقیقات زیادی بر روی این نوع ماده مرکب انجام نشده است. در مقابل، مطالعه حاضر به بررسی وضعیت ماشینکاری تخلیه الکتریکی با کمک پودر و دوران ابزار و ماشینکاری در حالت ابزار ثابت و بدون پودر خواهد پرداخت. تأثیر دوران ابزار و پودر اکسید آلومینیوم و اثرات پارامترهای ورودی از قبیل ولتاژ، شدت جریان، زمان روشنی پالس و زمانخاموشی پالس بر روی ماشینکاری تخلیه الکتریکی ماده مرکب 2024تقویت شده با اکسید آلومینیوم بررسی خواهد شد و همچنین نرخ برادهبرداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح قطعه کار در دو حالت با پودر اکسید آلومینیوم و دوران ابزار و حالت بدون پودر و ابزار ثابت مقایسه خواهد شد. شکل) 1( شماتیک دوران ابزار به همراه پودر ترکیب شده در دی الکتریک را نشان می دهد.

شکل) 1(: شماتیک دوران ابزار و پودر

مواد و تجهیزات
ماده مرکب مورد آزمایش ماده مرکب زمینه فلزی با تقویت کنندههای ذرهای اکسید آلومینیوم یک ماده مهم در صنعت مدرن است. خواص استثنایی آن از قبیل سختی، خواص سایندگی بالا، سبک بودن وزن آنها و مقاومت سایش عالی نسبت به مواد متداول و عادی دیگر ،کاربرد آن را بهطور گسترده در هوافضا، خودروسازی، کشتی سازی، صنایع نظامی و الکترونیک گسترش داده است ]14[. با توجه به بررسیهایی که در رابطه با ماشینکاری ماده مرکب 2024 تقویت شده با اکسید آلومینیوم انجام شد، دیده میشود که مطالعات کاملی در رابطه با ماشینکاری این نوع ماده مرکب انجام نشده است. در این تحقیق تأثیر پارامترهای دوران ابزار ،پودر اکسید آلومینیوم، زمان روشنی پالس، ولتاژ، زمان خاموشی پالس و شدت جریان بر نرخ براده برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح بررسی میشود. جدول )1( برخی از خواصمکانیکی و فیزیکی مهم این آلیاژ را نشان میدهد.

جدول)1(: خواص مکانیکی و فیزیکی ماده مرکب 2024 تقویت شده با اکسید آلومینا] 15[
2/854 g/cm3 چگالی
475 Mpa استحکام نهایی کششی
325 Mpa تنش تسلیم
73/2 Gpa مدول الاستیسیته
0/332 ضریب پوآسون
0/0000380 Ohm-cm مقاومت الکتریکی
120 W/m-k رسانایی گرمایی
638 – 502 °C نقطه ذوب
3/8 – 4/9 % مس
0/3 – 0/9 % منگنز
1/2 – 1/8 % منیزیم

ماده مرکب مذکور توسط دستگاه وایرکات در اندازههای 9×37×76 میلیمتر بریده شد و سطوح آنها سنگ زنی شد. جنس الکترود ابزار به کار رفته در این آزمایش مس با خلوص 9/99% است که قطر و ارتفاع آن به ترتیب 4/8 و 8/54 میلیمتر میباشد. لازم به ذکر است که ماده مرکب مورد استفاده در بررسی حاضر با استفاده از یک کوره مقاومتی که دارای قابلیت کنترل دما و سرعت چرخش قابل کنترل میباشد، ساخته شده است.

تجهیزات مورد استفاده
برای انجام آزمایشهای طراحیشده ،از ماشین اسپارک تهران اکرام مدل H204 ساخت ایران، استفاده شده است. از مهمترین ویژگیهای این دستگاه میتوان به امکان تغییر اکثر پارامترهای تنظیمی، دقت بالا و سیستم شست و شوی کارآمد آن اشاره کرد. در این تحقیق، به دلیل بررسی دوران ابزار در ماشینکاری تخلیه الکتریکی و همچنین استفاده از پودر اکسید آلومینیوم ،اصلاحات اعمال شده بر روی دستگاه اسپارک، شامل دو قسمتمیباشد: قسمت اول مربوط به مونتاژ و انطباق یک سیستمدورانی ابزار طراحی شده بر روی ابزارگیر ماشین اسپارک میباشد که امکان دوران ابزار را فراهم میسازد و این سیستم شامل یک تسمه، یک موتور و یک قسمت ابزارگیر قابل چرخش میباشد .دومین قسمت مربوط به طراحی یک مخزن ماشینکاری ساده میباشد. جهت انجام آزمایشات اشاره شده ،نیاز است تا از پودر اکسید آلومینیوم با غلظتهای مختلف استفاده شود. در این تحقیق مخزن ماشینکاری ساده و کوچکی طراحی و ساخته شد، به گونهای که این سیستم و تجهیزات بتواند سیال دی الکتریک را به محل گپ بین دو الکترود با فشار مناسب پمپ کند و سبب گردش منظم سیال دی الکتریک به همراه پودر معلق در آن، به موضع ماشینکاری شود و همچنین بهصورت خودکار و ملایم سیال دی الکتریک در مخزن ویژه هم زده شود تا اطمینان بیشتر از همگن بودن غلظت پودر در سیال حاصل شود و احتمال ته نشین شدن ذرات پودر در کف مخزن کاهش یابد. در این مطالعه اختلاف وزن نمونهها و الکترودهای ابزار قبل و بعد از ماشینکاری با استفاده از ترازوی آزمایشگاهی 7مدل300-AND GR با دقت 0001/0گرم ،ساخت کشور ژاپن اندازهگیری شد و سپس با توجه به زمان ماشینکاری و لحاظ نمودن دانسیته اندازه گیری شده برای مس و ماده مرکب 2024 تقویت شده با اکسید آلومینیوم که با استفاده از چگالی سنج محاسبه گردید و با استفاده از روابط) 1( و) 2( ارائه شده ،نرخ براده برداری و نرخ سایش ابزار هر الکترود تحت شرایط معین ماشینکاری بهدست آمد .لازم به ذکر است که زمان ماشینکاری توسط یک زمان سنج دیجیتالی با دقت 01/0 ثبت و یادداشت شد.

)1(

در این رابطه MRR نرخ براده برداری حجمی بر حسب میلیمتر مکعب بر دقیقه )w2 ,w1،)mm3/min وزن قطعه کار قبل و بعد از ماشینکاری،ρw چگالی ماده مرکب 2024 تقویت شده با آلومیناو t زمان ماشینکاری بر حسب دقیقه )min( میباشد.

)2(

سایش ابزار بر حسب میلیمتر مکعب بر دقیقه )mm3/min) با استفاده از رابطه )2( بهدست میآید. در این رابطه TWR نرخ سایش ابزار بر حسب )T2 ,T1 ،(mm3/min وزن ابزار قبل و بعد از ماشینکاری، ρT چگالی ابزار مسی و t زمان ماشینکاری )min( میباشد. برای اندازه گیری میزان زبری سطح قطعه کار پس از عملیات ماشینکاری از دستگاه زبری سنج8 مدلMahr 18M300-RD ساخت کشور آلمان و با دقت 01/0 میکرون استفاده شد.

2-3- طراحی آزمایش
در این تحقیق از بین ورودیهای موجود، اثر چهار پارامتر ولتاژ ،شدتجریان، زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس ،بر روی سه پارامتر خروجی نرخ برداشت ماده نرخ سایش ابزار و زبری سطح در ماشینکاری به روش تخلیهالکتریکی ماده مرکب پایه آلومینیوم 2024، موردبررسی قرارگرفته است .نوع و مقدار پارامترها و چند سطحی بودن آنها با انجام آزمایشهای اولیه و بررسی تنظیمات قابل حصول در دستگاه مشخص شده در جدول )2( آمده است. پس از تعیین پارامترها و سطوح هریک، باید نحوهی انجام آزمایشها تعیین شود .با توجه به تعداد پارامترها و سطوح انتخابی، برای انجام کامل آزمایشها احتیاج به 81 آزمایش) 34( است .اما با توجه به هزینه و زمانبر بودن انجام کامل آزمایشها، در این پژوهش از طرح کسری تاگوچی استفاده شده است. برای بهینه سازی تعداد آزمایشات و افزایش تعمیم نتایج به تمام سطوح مورد بررسی از آرایه متعامد 9L و تکنیک سطوح تکراری9 با تکرار سطح ولتاژ 80 استفاده شده است، زیرا که دستگاه EDM مورد استفاده دارای تنها 2 سطحولتاژ بوده است. در این تحقیق تعداد آزمایشها 9 و تعدادفاکتورها 4 میباشد.

جدول) 2(: پارامترهای ورودی ماشینکاری و سطوح آنها
سطوح ولتاژ شدت
جریان زمان
روشنی پالس زمان خاموشی پالس
سطح 1 80 10 35 30
سطح 2 250 15 50 70
سطح 3 80 20 100 200

نتایج و بحث
آزمایشات در دو مرحله انجام شد: 1- ماشینکاری تخلیه الکتریکی در حالت ابزار ثابت و بدون پودر ،2- ماشینکاری تخلیه الکتریکی با کمک پودر و دوران ابزار. ابتدا در هر دو روش با استفاده از روش طراحی تاگوچی و محاسبه و تحلیل مقدار کل نرمال شده پارامترها )TNQL( و نسبت سیگنال به نویز (S/N) همزمان خروجیها )MSNR( نتایج به صورت مجزا بررسی شده و در انتها به منظور بررسی تأثیر پودر و دوران ابزار بر روی ماشینکاری ماده مرکب زمینه آلومینیوم 2024 تقویت شده با اکسید آلومینیوم، دو حالت باهم مقایسه شدند .در هر آزمایش، باید همواره به دنبال بالاترین نسبت )S/N( در نتایج بود. مقدار )S/N( بالا نشاندهندهی این است که اثر پارامترهای قابل کنترل، بیشتر از اثر پارامترهای غیرقابل کنترل است. طراحی فرآیند تولید با بالاترین نسبت (S/N) همواره باعث ایجاد کیفیت بهینه با حداقل واریانس میشود. در روش تاگوچی، پس از تعیین پارامترهای ورودی و خروجی و مقادیر آنها، تبدیل دادهها و مشاهدات به یک عدد (S/N) در دو مرحله انجام میشود. در مرحله اول، میانگین مربعات انحراف )MS(، که یک کمیت آماری است و انحراف از مقدار مشخصه و هدف را نشان میدهد، محاسبهمیشود. این تابع با توجه به شرایط مسئله، دارای حالتهایمختلف است] 17[. دو حالت استفاده شده در این تحقیق به قرار زیر است:
الف- مقدار کوچکتر، بهتر است: در اندازهگیری زبری سطح و سایش ابزار هرچه عدد، کوچکتر باشد بهتر است .بنابراین برای محاسبهی تابع زیان از رابطه )3( استفاده میشود:
جدول )3(: طراحی آزمایشات و نتایج پارامترهای خروجی

طراحی آزمایشات با استفاده از آرایه 9L
ارامترهای ورودی پ پارامترهای خروجی بهدست آمده با استفاده از
وضعیت ماشینکاری در حالت ابزار ثابت و بدون پودر اکسید آلومینیوم پارامترهای خروجی بهدست آمده با استفاده از
وضعیت ماشینکاری در حالت دوران ابزار و
پودر اکسید آلومینیوم
شماره
آزمایش ولتاژ شدت
جریان زمان
روشنی پالس زمان
خاموشی پالس زبری سطح
(µm) نرخ براده برداری
(cm3/min) نرخ سایش ابزار
(cm3/min) زبری سطح
(µm) نرخ براده برداری
(cm3/min) نرخ سایش ابزار
(cm3/min)
1 1 1 1 1 4/359 3/118 0/0336 4/225 4/590 0/0112
2 1 2 2 2 5/924 5/150 0/1235 5/304 7/5332 0/0224
3 1 3 3 3 6/643 9/775 0/1460 7/796 8/1639 0/0449
4 2 1 2 3 3/998 1/997 0/0336 3/858 3/0133 0/0336
5 2 2 3 1 5/141 17/904 0/2583 5/331 19/7266 0/0561
6 2 3 1 2 7/352 7/988 0/0561 6/920 9/4253 0/0224
7 3 1 3 2 3/667 3/363 0/0336 4/460 5/7813 0/0112
8 3 2 1 3 5/125 1/261 0/0786 3/585 2/4526 0/0112
9 3 3 2 1 3/214 17/974 0/2470 6/805 18/6054 0/0786

)3(

ب- مقدار بزرگتوووور، بهتر است: در انوووودازهگیری میزان براده برداری، هرچه عدد بزرگتوووووووور باشد بهتر است، بنابراین برای محاسبه تابع زیان از رابطه )4( استفاده میشود:

)4(

آرایه متعامد تاگوچی 9L و مقادیر خروجی مربوطه در دو حالت در جدول) 3( آورده شده است .

3-1- تحلیل بر روی خروجی نرخ براده برداری
1817123288973

یکی از مزیتهای روش (S/N)، امکان تعیین سطوح هر پارامتر به منظور بهینه کردن خروجی مدنظر است. با توجه به شکل های )2 و3(، سطح دارای بالاترین مقدار متوسط (S/N)، بهعنوان سطح بهینه برای بیشینهسازی نرخ برادهبرداری خواهد بود. همانطور که ملاحظه میشود، در هر دو حالت با افزایش جریان، نرخ براده برداری افزایش مییابد. علت این امر را میتوان در این دانستکه با افزایش جریان، انرژی جرقه و در نتیجه درجه حرارتسطح قطعه افزایش یافته، و ذوب شدگی و در نهایت نرخ براده برداری به سرعت افزایش خواهد یافت. با افزایش شدت جریان ،نرخ براده برداری با سرعت زیادی افزایش مییابد، در حالیکه با افزایش زمان روشنی پالس، افزایش نرخ براده برداری روند آرامتری را طی میکند و پس از زمان 50 میکرو ثانیه، کمی سیر نزولی پیدا میکند.
شکل )3(: تأثیر پارامترهای ورودی بر نرخ باربرداری در حالت ابزار دورانی
و بدون پودر]16[ و پودر]16[

اصولاً با افزایش زمان روشنی پالس و خصوص ا شدت جریان ،انرژی جرقه افزایش مییابد، در نتیجه امکان باربرًداری بیشتر از قطعه کار فراهم میگردد. با افزایش زمان روشنی پالس از یک مقدار معینی به بعد )در این مورد 50 میکرو ثانیه(، کانال پلاسما در محل قوس و در داخل دی الکتریک کاهش مییابد و به مرور دانسیته انرژی در موضع تخلیه الکتریکی کاهش یافته و این مسئله بر افزایش نرخ براده برداری تأثیر منفی میگذارد. همچنین با افزایش زمان روشنی پالس فرصت لازم برای گشادتر شدن کانال پلاسما و در نتیجه فعالتر شدن یونهای مثبت و یورش بیشتر آنها به قطب منفی )قطعه کار( و تخلیه بیشتر انرژی ایجاد شده و در اثر آن، امکان ذوب و تبخیر بیشتر از سطح قطعه کار فراهم میگردد. با افزایش ولتاژ، میدان الکتریکی موجود در کانال پلاسما افزایش پیدا کرده و در نتیجه تعداد الکترونها و یونهای موجود افزایش پیدا میکند و از طرف دیگر سرعت و انرژی ذرات باردار در میدان الکتریکی وابسته به ولتاژ میباشد.
بنابراین با افزایش ولتاژ، تعداد یونهای بیشتر و با انرژی بیشتریبه قطعه کار برخورد کرده و نرخ باربرداری افزایش پیدا میکند. در زمان خاموشی پالس، جریان قطع شده و توسط مایع دیالکتریک ذرات کندهشده از سطح فلز، از محل دور میشوند. هرچه این پارامتر کمتر باشد، میانگین تعداد جرقهها در واحد زمان بیشتر شده و سرعت برادهبرداری افزایش مییابد .نتایج تحلیل واریانس برای نرخ باربرداری در هر دو حالت در جدول) 4( نشان داده شده است. با توجه به جدول ملاحظه میشود که در حالت دوران ابزار و پودر ،برای سطح اطمینان %1095 با مقدار11P کمتر از 05/0 ]18-19[، اثرات شدت جریان جرقه، زمان خاموشی پالس، ولتاژ و زمان روشنی پالس به ترتیب بهعنوان اثرات بحرانی و مهم فرآیند شناخته میشوند. همچنین در نتایج مربوط به تحلیل واریانس نرخ براده برداری در حالت ابزار ثابت و بدون پودر برای سطح اطمینان 95% با مقدار P کمتر از 05/0، اثرات زمان خاموشی پالس، شدت جریان جرقه، زمان روشنی پالس و ولتاژ به ترتیب اثرات مهم و بحرانی فرآیند شناخته میشوند. ستون سوم این جدول معادل مجموع مربعات نسبت سیگنال به نویز برای هر فاکتور است. مجموع این مقادیر نیز معادل مجموع مربعات کل است. از تقسیم مجموع مربعات
بر درجه آزادی فاکتور مورد نظر نیز میانگین مربعات آن دو حالت با پودر اکسید آلومینیوم و دوران ابزار و بدون پودر و فاکتور قابل محاسبه شده است. در شکل) 4( نرخ باربرداری در ابزار ثابت ، باهم مقایسه شده است.

جدول )4(: تجزیه و تحلیل واریانس نرخ باربرداری در حالت دوران ابزار و پودر
حالت دوران ابزار و پودر اکسید آلومینیوم حالت ابزار ثابت و بدون پودر اکسید آلومینیوم
پارامتر درجه آزادی
(DF) مجموع مربعات
(SS) میانگین مربعات
(MS) مقدار
F مقدار
P درجه تأثیر
(Rank) مجموع مربعات
(SS) میانگین مربعات
(MS) مقدار
F مقدار
P درجه تأثیر
(Rank)
ولتاژ 1 16/4 16/4 6/17 0/0247 3 12/7 12/7 0/28 0/615 4 )بدون اثر(
شدت جریان 2 149/8 74/9 6/59 0/045 1 )قابل
توجه( 124/9 62/5 6/93 0/035 2
زمان روشنی پالس 2 92/1 46/1 6/35 0/0335 2 60/7 30/4 0/67 0/548 3 )بدون اثر(
زمان خاموشی پالس 2 53/0 26/5 6/0 0/579 4 )بدون
اثر( 132/5 66/2 7/86 0/019 1 )قابل
توجه(
16
33550930378

Material Removal Rate

Material Removal Rate

14
12
10 8
6
4
2
0

MRR (using powder and rotary tool)
MRR (without powder and rotary
tool)

MRR (using powder and rotary tool)

MRR (without powder and rotary

tool)

012345678910
No. Experimental
شکل )4(: تغییرات نرخ باربرداری با توجه به تغییرات پارامترهای ورودی در هر دو حالت ماشینکاری تخلیه الکتریکی

با توجه به شکل، نرخ بواربرداری حالوت بوا پوودر و دوران ابوزار پودر اکسید آلومینیوم پایین میباشد و از این رو انرژی بیشتری را بیشتر از حالت بدون پودر و ابزار ثابت است. مقاومت الکتریکوی انتقال داده و فاصله گپ بیشوتر را باعوث میشوود، بنوابراین نورخ
براده برداری بالا را نتیجه خواهد داد. همچنین دوران ابزار باعث میشود که یک نیروی گریز از مرکز ایجاد شوود و ذرات را بوه سرعت از منطقه ماشینکاری دور کند. در حالت کلی این عمول موجب زدودن و برداشتن مواد اضافی در محل جرقه می شوود و باعث بهتر شدن نرخ براده برداری و افزایش آن خواهد شد. نرخ براده برداری برای ماده مرکب تقویت شده بوا اکسوید آلومینیووم در حالت دوران ابزار بیشتر می شوود. دلیول اصولی افوزایش نورخ بووراده بوورداری در حالووت دوران ابووزار، کوواهش مقاومووت دی الکتریک ناشی از چرخش ابزار و افزایش گوپ ماشوینکاری موی باشد. چرخش ابزار نیروی گریز از مرکز تولید کورده و ذرات از ناحیه ماشینکاری سوریع فاصوله موی گیورد و نورخ بوراده بورداری افزایش می یابود. چورخش الکتورود ابوزار حورارت را بوه خوارج ازگپ هدایت می کنود، چورخش ابوزار از انتشوار کانوال پلاسوما جلوگیری کرده و نرخ براده برداری را افزایش می دهد.

178664217220

3-2- تحلیل پارامتر زبری سطح
همانطور که از شکل اثرات اصلی بر زبری سطح )شکل 5 و 6( ملاحظه میشود، در هر دو حالت با کاهش شدت جریان و ولتاژ، زبری سطح نیز کاهش می یابد زیرا با کاهش شدتجریان و ولتاژ، میزان انرژی جرقه تا حد زیادی کاهش یافته و درنتیجه در هر پالس، مقدار کمتری از سطح قطعهکار ذوب و تبخیر میشود .بنابراین عمق حفرههای سطحی کاهش مییابد که خود به معنی کاهش زبری سطح است، با کاهش پارامتر زمان روشنی پالس در حالت با پودر و دوران ابزار با توجه به دلایل گفته شده در بالا زبری سطح نیز کاهش می یابد اما در حالت بدون پودر و دوران با کاهش زمان روشنی پالس پس از یک حد بهینه زبری سطح مجدد افزایش می یابد .هنگامی که زمان خاموشی پالس از 30 میکرو ثانیه به 70 میکروثانیه تغییر میکند، این تغییر منجر به کاهش زبری سطح شده و هنگامی که از 70 به 200 تغییر میکند، این تغییر باعث افزایش زبری سطح میشود.

جدول )5(: تجزیه و تحلیل واریانس زبری سطح در حالت دوران ابزار و پودر
حالت دوران ابزار و پودر اکسید آلومینیوم حالت ابزار ثابت و بدون پودر اکسید آلومینیوم
پارامتر درجه آزادی
(DF) مجموع مربعات
(SS) میانگین مربعات
(MS) مقدار
F مقدار
P درجه تأثیر
(Rank) مجموع مربعات
(SS) میانگین مربعات
(MS) مقدار
F مقدار
P درجه تأثیر
(Rank)
ولتاژ 1 0/00 0/00 0/00 0/995 4 )بدون
اثر( 0/91 0/91 5/91 0/049 3
شدت جریان 2 15/191 7/596 16/43 0/004 1 )قابل
توجه( 5/03 2/52 8/53 0/029 1 )قابل
توجه(
زمان روشنی پالس 2 1/37 0/68 10/59 0/0046 2 2/33 1/16 0/53 0/613 4 )بدون
اثر(
زمان
خاموشی پالس 2 0/38 0/19 0/07 0/937 3 )بدون
اثر( 3/18 1/59 7/94 0/038 2

از جدول )5( تحلیل واریانس برای زبری سطح در حالت دوران ابزار و پودر ملاحظه میشود که برای سطح اطمینان 95% با مقدار P کمتر از 05/0، اثرات شدت جریان جرقه، زمان روشنی پالس، زمان خاموشی پالس و ولتاژ به ترتیب بهعنوان اثرات بحرانی و مهم فرآیند شناخته میشوند. همچنین جدول )5( نتایج مربوط به تحلیل واریانس زبری سطح ماشینکاری در حالت ابزار ثابت و بدون پودر را بررسی میکند. برای سطح اطمینان 95% با مقدار P کمتر از 05/0، اثرات شدت جریان جرقه، زمان خاموشی پالس، ولتاژ و زمان روشنی پالس به ترتیب اثرات مهم و بحرانی فرآیند شناخته میشوند. در شکل )7( زبری سطح در دو حالت با پودر اکسید آلومینیوم و دوران ابزار و بدون پودر و ابزار ثابت، باهم مقایسه شده است. با توجه به شکل) 7( زبری سطح حالت دی الکتریک با پودر و دوران ابزار، کمتر از حالت بدون پودر و ابزار ثابت است. این اتفاق به دلیل آن است که در این روش پودرها نه تنها باعث توزیع و کاهش دانسیته جرقه میشوند، بلکه ضربه ناشی از اصابت پودرها به سطح قطعه کار نیز، باعث بهبود شرایط سطحی میشود. همچنین حرکت دورانی ابزار باعث میشود که ذرات جدا شده به سرعت از منطقه ماشینکاری دور شوند و در نتیجه باعث بهبود زبری سطح خواهد شد .با توجه به شکل های) 8 و 9(، در حالت ماشینکاری بدون پودر و ابزار ثابت، حفره ها و تخلخل های ماکروسکپی و همچنین سطح ناهموار و غیریکنواخت به خوبی دیده می شود. همانطور که در شکل دیده می شود سطح ماشینکاری شده در حالت دوران ابزار و پودر، هموار و یکنواخت است و خلل و فرج سطحی تا اندازه زیادی کاهش یافته است.
استفاده از تکنیک ابزار ثابت و بدون پودر
3-3- تحلیل پارامتر نرخ سایش ابزار همانطور که از شکل اثرات اصلی ولتاژ، شدت جریان، زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس برای نرخ براده برداری )شکل10 و 11( ملاحظه میشود با افزایش زمان روشنی پالس بهتدریج قطر کانال پلاسما افزایش یافته و در نتیجه آن یونهای مثبت که از لحاظ اندازه خیلی بزرگتر از الکترونها میباشند

0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Surface Roughness
SR (using powder and rotary tool)
SR (without powder and rotary tool)



قیمت: تومان


پاسخ دهید