چکیده :

امروزه کاربرد و توسعه سرامیک ها به عنوان یکی از مواد پیشرفته مهندسی به خاطر خواص منحصر به فرد از جمله مقاومت به سایش فوق العاده زیاد، مقاومت حرارتی بالا و غیره رو به گسترش است.

ماشینکاری سرامیک  ها به عنوان یکی از مراحل تولید قطعات سرامیکی یکی از مهمترین و پر هزینه ترین قسمت های تولید یک قطعه ی سرامیکی به شمار می رود که با اهداف حصول دقت ابعادی و هندسی بالاتر و حذف اعوجاج های حرارتی مراحل قبلی تولید قطعه ی سرامیکی از جمله پخت قطعه ی سرامیکی و افزایش کیفیت سطح بکار می رود. در این پایاننامه ضمن بررسی روش های متداول ماشینکاری سرامیک ها شامل سنگ زنی، جت ساینده، ماشین کاری به کمک لیزر روش تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک مورد بررسی قرار گرفته است.

با اعمال ارتعاشات التراسونیک بیضی گون بر ابزار از جنس الماس چند کریستاله پارامترهای نیروی ماشینکاری، کیفیت سطح ماشین کار شده برای جنس های سیلیسم کارباید، اکسید الومینیوم و شیشه سرامیک مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر آن سایش ابزار در دو حالت حضور ارتعاشات التراسونیک و عدم حضور ارتعاشات آلتراسونیک در تراشکاری اکسید آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از پژوهش حاکی از کاهش نیروهای ماشینکاری و بهبود شاخص های کیفیت سطح و افزایش چشمگیر عمر ابزار در تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک است.

کلیدی واژه : سرامیک آلتراسونیک، تراشکاری، نیروی ماشین کاری، کیفیت سطح، سایش ابزار.

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه … 1

فصل اول : مقدمه … 2

1-2- مقدمه  … 3

1-2- اهداف پایاننامه … 4

1-3- مروری بر تحقیقات انجام شده … 4

1-4- نگاهی بر فصل های پایاننامه … 5

فصل دوم : ماشینکار سرامیک ها … 7

2-1- مقدمه … 8

2-2- ماشینکاری قطعات  سرامیکی پیش از مرحله ی زینترینگ … 9

2-2-1- ماشینکاری سبز و سفید سرامیک … 9

2-2-2- مزایا و معایب ماشین کاری سبز و سفید سرامیک ها … 11

2-3- سنگزنی سرامیک ها … 12

2-3-2- مکانیزم برداشت ماده در ماشین کاری سایشی … 12

2-3-3- ابزار سنگزنی … 13

2-3-3-1- ماده ساینده … 14

2-3-3-2- سیستم اتصال ذرات … 14

2-3-3-3- زبری سطح … 16

2-4- پرداخت کاری و صیقل کاری شیشه و سرامیک ها … 17

2-5- ماشینکاری سرامیک ها با جت آب … 19

2-5-1- معرفی فرآیند … 19

2-5-2- پارامترهای کنترل کننده عملیات واترجت … 19

2-5-3- جت سوسپانسیون ساینده … 20

2-5-4- عملیات های قال انجام توسط جت آب بر روی مواد سرامیکی … 20

2-5-4-1- برش خطی … 20

2-5-4-2- تراشکاری … 20

2-5-4-3- سوراخکاری … 21

2-5-4-4- فرزکاری با جت آب … 21

2-5-4-5- آماده سازی سطح … 21

2-5-4-6- عملیات ماشینکاری ترکیبی … 22

2-6- تراشکاری به کمک اشعه ی لیزر سرامیک ها (LAT) … 22

2-6-1- معرفی فرآیند … 22

2-6-2- بررسی نیروهای ماشین کاری  و دما در تراشکاری به کمک اشعه ی لیزر  … 23

2-6-3- مکانیزم برش … 24

2-6-4- نمونه قطعات تولیدی … 24

فصل سوم : استفاده از ارتعاشات التراسونیک در ماشین کاری سرامیک ها … 26

3-1- مقدمه … 27

3-2- تقسیم بندی فرآیندهایی که از ارتعاشات التراسونیک در ماشین کاری استفاده می شود … 27

3-2-1- استفاده از ذرات با هندسه ی نامشخص واسطه جهت ماشین کاری سرامیک ها … 27

3-2-2- ماشینکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک و با ابزار با هندسه ی مشخض  … 28

3-2-3- مزایای استفاده از التراسونیک در ماشینکاری … 28

3-3- ماشین کاری التراسونیک … 28

3-3-1- مقدمه … 28

3-3-2- مکانیزم های برداشت ماده در ماشین کاری التراسونیک … 29

3-3-3- تاثیر پارامترهای مختلف ماشین کاری التراسونیک در ماشین کاری سرامیک ها … 31

3-3-3-1- ابزارها و دانه های ساینده … 31

3-3-3-2- شکل و هندسه ابزار … 31

3-3-3-3- دامنه ی ارتعاشات … 31

3-3-3-4- نیروی وارد شده روی ابزار … 31

3-3-3-5- سرعت چرخشی ابزار چرخان … 31

3-4- سنگزنی ارتعاشی چرخان … 31

3-4-1- معرفی فرآیند … 31

3-4-2- تاثیر پارامترهای فرایند در ماشین کاری سرامیک ها … 31

3-4-3- سنگزنی صفحه ای آلتراسونیک چرخشی … 34

3-5- ماشینکاری به کمک ارتعاشات … 35

3-5-1- مقدمه … 35

3-5-2- امتیازات فرآیند ماشینکاری به کمک امواج آلتراسونیک … 35

3-5-2-1- کار سختی در عملیات ماشینکاری … 36

3-5-2-3-  بررسی ساختار مواد و کیفیت سطح … 37

3-5-2-3- اثر ارتعاش آلتراسونیک بر تنش های پسماند … 38

3-6- انواع ارتعاشات ابزار … 39

3-6-1- ماشینکاری ارتعاشی یک بعدی … 40

3-6-2- ماشین کاری ارتعاشی دو بعدی … 43

3-7- انواع فرآیندهای ماشینکاری ارتعاشی از لحاظ مقدار فرکانس … 46

فصل چهارم آماده سازی فرایند … 47

4-1- مقدمه – اجزای مجموعه ی ارتعاشی … 48

4-1-1- ایجاد جریان الکتریسیته با فرکانس بالا … 49

4-1-2- تولید ارتعاشات اولتراسونیک توان بالا … 50

4-1-3- هورن … 53

4-1-3-1- طراحی هورن … 53

4-1-3-2- فرکانس طبیعی هرن … 53

4-1-3-3- جنس هورن … 54

4-1-3-4- طول هورن … 54

4-1-3-5- اندازه ی بزرگترین قطر هورن … 54

4-1-3-6- شکل سطح مقطع هورن … 55

4-1-3-7- دامنه ارتعاش هورن … 55

4-1-3-8- گیره بندی هورن … 56

4-2- آماده سازی فرآیند جهت آزمایش … 57

4-2-1- مجموعه ی التراسونیک و ملحقات مورد استفاده … 57

4-2-2- هورن مورد استفاده در آزمایش ها … 58

4-2-3- ابزار مورد استفاده … 59

4-2-4- بستن قطعه کار … 60

فصل پنجم : انجام آزمایش ها و نتایج … 61

5-1- مقدمه … 62

5-2- طراحی آزمایش … 62

5-3- انجام آزمایش … 63

5-3-1- بررسی تاثیر حضور یا عدم حضور ارتعاشات آلتراسونیک بر نیروی برش در سرعت های برشی مختلف در تراشکاری اکسید آلومینیوم (پیشروی : mm/rev.08) … 63

5-3-1-  تراشکاری اکسید آلومینیم با دور rpm30 و پیشروی mm/rev.08 … 64

5-3-1-2- تراشکاری اکسید آلومینیوم با دور rpm 43 و پیشروی mm/rev.08 … 65

5-3-1-3- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور rpm60  و پیشروی mm/rev.08 … 66

5-3-2- بررسی تاثیر حضور یا عدم حضور ارتعاشات آلتراسونیک بر نیروی برشی در پیشروی های مختلف در تراشکاری اکسید  آلومینیوم (سرعت برش rpm 30 🙂 … 67

5-3-2-2-  تراشکاری اکسید آلومینیم بادور rpm30 و پیشروی mm/rev.11 68 …

5-3-2-3- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور rpm30 و پیشروی mm/rev.18 … 69

5-3-3- بررسی تاثیر حضور یا عدم حضور ارتعاشات آلتراسونیک بر نیروی برش در پیشروی های مختلف در تراشکاری شیشه سرامیک (دور rpm30)  … 70

5-3-3- بررسی تاثیر حضور یا عدم حضور ارتعاشات آلتراسونیک بر نیروی برش در  پیشروی های مختلف در تراشکاری شیشه سرامیک (دور rpm30) … 70

5-3-3-1- تراشکاری شیشه سرامیک با دور rpm30 و پیشروی mm/rev.08 … 70

5-3-3-2- تراشکاری شیشه سرامیک با دور rpm30 و پیشروی mm/rev.12 … 70

5-3-3-3- تراشکاری شیشه سرامیک با دور rpm30 و پیشروی mm/rev.24 … 72

5-3-3-4- تراشکاری شیشه سرامیک با دور rpm30 و پیشروی mm/rev.32 … 73

5-3-4- آزمایش بررسی ظاهری میزان سایش ابزار در شرایط تراشکاری ارتعاشی و تراشکاری معمولی در تراشکاری اکسید آلومینیم …. 74

5-3-4-1- روش انجام آزمایش …. 74

5-3-5- مقایسه ظاهری سطوح ماشینکاری شده …. 78

5-3-5-1- مقایسه ظاهری سطح قطعه ی سرامیکی سیلیسیم کار باید در دو حالت حضور ارتعاشات آلتراسونیک و عدم حضور ارتعاشات آلتراسونیک …. 78

5-3-5-2- مقایسه ظاهری سطح قطعه ی سرامیکی آلومینا در حالتهای تراکاری معمولی و تراشکاری ارتعاشی …. 80

5-3-6- مقایسه صافی سطح در تراشکاری سرامیک های آلومینا، شیشه سرامیک، کاربید تنگستن دردو حالت حضور ارتعاشات آلتراسونیک و بدون ارتعاشات آلتراسونیک در سرعت های پیشروی مختلف …. 82

5-3-6-2- مقایسه صافی سطح در تراشکاری آلومینا در دو حالت حضور ارتعاشات آلتراسونیک و بدون ارتعاشات آلتراسونیک در سرعت های پیشروی مختلف …. 83

5-3-6-3- مقایسه صافی سطح در تراشکاری شیشه سرامیک در دو حالت حضور ارتعاشات آلتراسونیک و بدون ارتعاشات آلتراسونیک در سرعت های پیشروی مختلف – عمق برش : 0.02 میلیمتر، مقدار سرعت برشی : 30 دور بر دقیقه … 83

5-3-6-4- مقایسه صافی سطح در تراشکاری کاربید تنگستن در دو حالت حضور ارتعاشات آلتراسونیک و بدون ارتعاشات آلتراسونیک در سرعت های پیشروی مختلف …. 48

5-4- بررسی نتایج …. 84

5-4-1- نیروهای برشی …. 85

5-4-2- صافی سطح … 85

5-4-3- عمر ابزار …. 86

فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادات … 87

نتیجه گیری و پیشنهادات … 88

منابع و مراجع : … 90

فهرست تصاویر

شکل 2-1- الف و ب در گیری دانه هابا سطح ماشین کاری شونده …  18

شکل 2-2- فرزکاری صفحه ای از جنس سرامیک آلومینا بوسیله ی جت آب [9] … 21

شکل 2-3- اصول  فرآیند تراشکاری به کمک لیزر … 23

شکل 3-1- انواع مکانیزم های برداشت ماده در ماشینکاری التراسونیک [9] … 30

شکل 3-2- اصول سنگزنی ارتعاشی چرخان … 33

نمودار 3-1- کار سختی در عملیات ماشینکاری  … 36

شکل 3-3- الف صافی سطح و شکل ب عدم گردی حاصل از دو فرآیند تراشکاری معمولی وp=0.8MMS=UAT [31]0.05MM/REV,V=17M/MIN, … 37

شکل 3-4- زبری سطح حاصل از دو فرآیند تراشکاری معمولی و آلتراسونیک در سرعت های مختلف  … 38

(UVC) ULTRASONIC VIBRATION CUTTING [31]. … 38

شکل 3-5- سیستم مختصات در حرکت ابزار نسبت به قطعه کار [14] … 40

شکل 3-6- تماس براده با ابزار در ماشینکاری ارتعاشی یک بعدی [15] … 40

شکل 3-7- مسیر حرکت ابزار در ماشین کاری ارتعاشی یک بعدی [15]  …41

شکل 3-8- مراحل ماشینکاری ارتعاشی یک بعدی [14] … 42

شکل 4-1- اجزای یک اب زار تراشکاری ارتعاشی … 49

شکل 4-2-  تولید فرکانس آلتراسونیک بوسیله ژنراتور … 49

شکل 4-3- ترانسدیوسر مگنتوستریکتیو [20] … 51

شکل 4-4- ترانسدیوسر پیزوالکتریک [26] … 52

شکل 4-5- انتخاب طول هورن مناسب … 55

 شکل 4-6-  تعیین محل گره بر روی طول هورن … 56

شکل 4-7- مجموعه ی تولید کننده ی ارتعاشات الف- اجزاء داخلی ژنراتور ب-  ژنراتور … 57

شکل 4-8- محل گیره بندی در هورن مورد استفاده در آزمایش ها … 58

شکل 4-9- موقعیت نسبی قطعه کار نسبت به ابزار … 59

شکل 4-10- دستگاه دینانومتر مورد استفاده در آزمایش … 60

شکل 5-1- ابزار جدید از جنس الماس چند کریستاله … 75

شکل 5-2- ابزار پس از تراشکاری التراسونیک … 76

شکل 5-3- ابزار پس از تراشکاری معمولی … 77

شکل 5-4- سطح تراشکاری معمول شده … 78

شکل 5-5- سطح تراشکاری التراسونیک شده (عاری از شیارهای طولی متناوب) … 79

شکل 5-6- سطح تراشکاری معمولی شده … 80

شکل 5-7- سطح ماشینکاری شده به روش تراشکاری به کمک التراسونیک (عاری از شیارهای طولی متناوب) … 81

شکل 5-8- سمت راست تصویر  سطح تراشکاری ارتعاشی شده و سمت چپ ماشینکاری نشده … 81

شکل 5-9- مقایسه براده برداری در فلزات و سرامیک ها A) براده برداری در فلزات. B) براده برداری در سرامیک ها [32] … 86

فهرت نمودارها و جدول :

نمودار 2-1- روند تولید یک قطعه ی سرامیکی [8] … 10

نمودار 3-1- کار سختی در عملیات ماشینکاری …. 36

نمودار 3-2- نمودار سیکل  کاری برای ماشینکاری ارتعاشی یک بعدی [14] …. 43

نمودار 3-7- مسیر حرکت ابزار در ماشین کاری ارتعاشی دو بعدی [14] …. 45

نمودار 3-8- مسیر حرکت ابزاردر ماشین کاری ارتعاشی دو بعدی [14] …. 45

نمودار 5-1- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور RPM30 و پیشروی MM/REV08…. 64

نمودار 5-2- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور RPM43 و پیشروی MM/REV08…. 65

نمودار 5-3- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور RPM60 و پیشروی MM/REV08…. 66

نمودار 5-4- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور RPM30 و پیشروی MM/REV08…. 67

نمودار 5-5- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور RPM30 و پیشروی MM/REV11…. 68

نمودار 5-6- تراشکاری اکسید آلومینیم با دور RPM30 و پیشروی MM/REV18…. 69

نمودار 5-7- تراشکاری شیشه سرامیک با دورRPM30 و پیشروی MM/REV08…. 70

نمودار 5-8- تراشکاری شیشه سرامیک با دور RPM30 و پیشروی MM/REV12…. 71

نمودار 5-9- تراشکاری شیشه سرامیک با دور RPM30 و پیشروی MM/REV24…. 72

نمودار 5-10- حالت تراشکاری شیشه سرامیک با دور RPM30 و پیشروی MM/REV32…. 73

جدول 5-1- صافی سطح حاصل از تراشکاری قطعه ی سرامیکی از جنس آلومینا … 82

جدول 5-2- صافی سطح حاصل از تراشکاری قطعه ی سرامیکی از جنس آلومینا … 83

جدول 5-3- صافی سطح حاصل از تراشکاری قطعه ی سرامیکی از جنس شیشه سرامیک … 84

جدول 5-4- صافی سطح حاصل از تراشکاری قطعه ی سرامیکی از جنس تنگستن کارباید … 84


مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید