لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

کامپوزیت کاربید تنگستن - کبالت از مواد بسیار مهم صنعتی است که از آن در ساخت قالبهای برشی کاربایدی و ابزارهای برشی و قطعات تحت فرسایش خطوط تولید استفاده زیادی می شود. برای ماشینکاری این ماده در میان روشهای سنتی ماشینکاری، تنها سنگ زنی پاندولی آنهم با استفاده از سنگ سمباده های مخصوص و گرانقیمت و با وجود محدودیت در انتخاب پارامترهای ماشینکاری (انتخاب شکلهای ساده قطعه کار و سرعت برداده برداری پایین) مقدور می باشد. در میان روشهای جدید ماشینکاری روش تخلیه الکتریکی بهترین آنهاست، لیکن فرآیند ماشینکاری بویژه با ماشینهای حفره ساز بسیار ناپایدار بوده و توام با پالسهای مدار باز، اتصال کوتاه و آرک می باشد. این آزمایش نشان می دهد که ماشینکاری انواع مختلف کاربید تنگستن - کبالت، با زمانهای مختلف روشنی پالسهای مدار باز با بیش از 50% بالاترین و جرقه های آرک و شبه آرک به صورت مساوی و مقدار تقریبی کمتر از 15% پایین ترین مقادیر مختلف زمان روشنی پالس را دارا می باشند. افزایش زمان روشنی پالس ناپایداری فرآیند را در ماشینکاری انواع مختلف کاربید تنگستن - کبالت افزایش می دهد در اثر افزایش زمان روشنی پالس، بافت سطحی تقریبا در کلیه نمونه های کاربید تنگستن - کبالت درشت تر می شود که نشانه ذوب، ملحق شدن و انجماد مجدد حجم زیادتری از ماده روی سطح قطعه کار است. وجود کبالت در تمامی نواحی بافت سطحی ماشینکاری شده نشانه انجماد مجدد کبالت بر روی سطح قطعه کار یا آلیاژ شدن آن با کاربید تنگستن یا تنگستن است. در اثر حذف کاربید تنگستن و کبالت از منطقه آرک حفره ای جهت جایگزینی و رشد کربن ایجاد شده و نتیجتا زمینه را برای وقوع پدیده آرک فراهم می آورد. این مقاله ضمن بررسی علل ناپایداری در ماشینکاری کاربید تنگستن، پیشنهاداتی در جهت حذف و یا تعدیل آنها ارایه می کند.

کاربید سیلیسیم از جمله مواد سرامیکی است که در صنایع مدرن به سرعت جایگزین مواد فلزی می شود لذا ماشینکاری آن ضرورت بیشتری پیدا کرده است. و مقاومت سایشی بالای این ماده باعث شده که از میان روشهای مختلف ماشینکاری سنتی، تنها روش سنگ زنی آنهم به وسیله چرخهای سمباده مخصوص گرانقیمت و با وجود محدودیت در انتخاب پارامترهای ماشینکاری (انتخاب شکلهای ساده قطعه کار و سرعت براده برداری پایین) میسر باشد. در میان روشهای غیر سنتی ماشینکاری، روش EDM یکی از مهمترین آنها و شاید تنها روش ماشینکاری این ماده است. با وجود این به علت وقوع پدیده ای موسوم به آرک، به هنگام ماشینکاری ناپایداری در فرآیند بوجود می آید و ضمن نفوذ کربن در قطعه کار و تاثیر شدید بر کیفیت بافت سطحی، سرعت باربرداری کاهش می یابد. این آزمایش نشان می دهد که در زمان های مختلف روشنی پالس و در شرایط تغییر تعداد ترانزیستور در مدار درصد جرقه های آرک با حدود %60 بیشترین درصد پالسها و درصد پالسهای مدار باز با کمتر از %20 کمترین درصد پالسها می باشد در حالیکه درصد جرقه های عادی کم و نزدیک به درصد پالسهای مدار باز است. تصاویر SEM از سطح ماشینکاری شده، وجود سیلیکون خالص را نشان می دهد که به دلیل مقاوم بودن سیلیکون در مقابل جریان الکتریسیته می تواند یکی از عوامل ناپایداری فرآیند باشد. از طرف دیگر حرارت ایجاد شده در بدنه کاربید سیلیسیم به ویژه در نزدیکی سطح ماشینکاری شده می تواند باعث پیدایش لایه نازک بخار در سطح شود که این پدیده به نوبه خود می تواند سبب تشکیل کانال پلاسمای گشاد که دارای رشد سریع می باشد گردد. در نتیجه وقوع این پدیده جرقه های آرکی ایجاد می شود.این مقاله ضمن بررسی علل ناپایداری ماشینکاری کاربید سیلیسیم به روش EDM، راه حلهایی جهت حذف و یا تعدیل آنها ارایه می کند.

براساس نتایج پژوهش های انجام گرفته بیش از 50% هزینه تمام شده قطعات سرامیکی مربوط به هزینه­ ی ماشینکاری می باشد، این درحالیست که در مورد نیترید سیلیسیم (Si3N4) که یکی از مهمترین سرامیک های مهندسی است، این مقدار تا 80% گزارش شده است. این سرامیک ترکیبی از خواص مطلوب مانند مقاومت به سایش، خوردگی و سختی بالا را دارا می باشد. با توجه به فرسایش زیاد ابزار در ماشینکاری سرامیک ها، استفاده از روش های سنتی ماشینکاری مناسب نیستند. فرآیند ماشینکاری تخلیه ­ی الکتریکی روشی است که می تواند تمامی مواد رسانا را بدون توجه به خواص مکانیکی و متالورژیکی ماشینکاری نماید، اما ماشینکاری سرامیک های نارسانا از جمله نیترید سیلیسیم بصورت معمول با این روش امکان پذیر نمی باشد. لذا در این تحقیق جهت انجام ماشینکاری تخلیه الکتریکی این سرامیک از روش الکترود کمکی استفاده شده است بدین صورت که پس از ساخت نمونه های سرامیکی، پوشش دولایه مس-کربن و تک لایه مس بر روی نمونه ها قرار داده شد و قطعات با موفقیت ماشینکاری شدند. جهت بررسی بیشتر از سطح حفره ماشینکاری شده توسط میکروسکپ الکترونی تصویربرداری انجام گرفت و الگوی توزیع عناصر نیز تهیه گردید. نتایج نشان دهنده افزایش نرخ براده برداری در حالت پوشش دولایه نسبت به پوشش تک لایه می باشد. همچنین پس از اتمام ماشینکاری، از سطح قطعات سرامیکی و ابزار مس، آنالیز EDX انجام شد که نشان دهنده وجود عناصر کربن و مس در سطح ماشینکاری شده می باشد. علاوه بر این، فرسایش نسبی ابزار مسی در حالت پوشش دولایه کمتر می باشد.

در این مقاله توزیع حرارت در سطح قطعه کار در ضمن تخلیه الکتریکی واحد توسط نرم افزار Fluent شبیه سازی شد. برای این منظور از خواص ترمودینامیکی میانگین برای جنس قطعه کار و شعاع شار گرمایی با توزیع گاوسین برای منبع حرارتی و اعمال شرط مرزی جابجایی آزاد در سطح بالایی قطعه کار استفاده شد. در نهایت از روی پروفیل توزیع دما در قطعه کار استیل P20 حجم گودال بدست آمد و با داده های تجربی مقایسه شد. سیال دی الکتریک مورد بررسی کروسن انتخاب شده است. در تمامی شبیه سازی های صورت گرفته، گرمای نهان ذوب ماده در نظر گرفته شده است که باعث کاهش خطای محاسبات نرخ براده برداری شده است. مقایسه نشان داد که بر خلاف نظریات ارائه شده در مدل های پیشین، کسر انرژی منتقل شده به قطعه کار و مایع دی الکتریک با توجه به شرایط ماشین کاری متغیر است و با افزایش شدت جریان ورودی و مدت زمان روشنی پالس، کسر انرژی منتقل شده به قطعه کار افزایش می یابد. همچنین با استفاده از توزیع دمایی در زیر گودال ایجاد شده، به بررسی اثرات تغییرات ساختاری ایجاد شده بر روی صافی سطح پرداخته شد. با افزایش شدت جریان حجم منطقه انتقال افزایش و باعث تغییرات ساختاری و تغییر خواص ترمودینامیکی قطعه کار می شود و باعث کاهش صافی سطح قطعه کار ماشین کاری شده می شود.

در این پژوهش تاثیر ارتعاش آلتراسونیک بر روی دو جنس متفاوت قطعه کار (به صورت مقایسه ای) در زمان های روشنی پالس (Ti) و شدت جریانهای مختلف (I) در فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM) مورد بررسی قرار گرفته است. جنس قطعات ماشین کاری شده، فولاد ابزار 13AISI H و فلز جوش 4 FWمی باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد ارتعاشات آلتراسونیک قطعه کار مستقل از جنس آن، باعث افزایش نرخ براده برداری ، کاهش فرسایش نسبی ابزار و کاهش صافی سطح می گردد. هم چنین نتایج نشان می دهد تاثیر ارتعاشات آلتراسونیک در میزان افزایش نرخ براده برداری و مقدار کاهش فرسایش نسبی ابزار در ماشین کاری فلز جوش FW4بیش از فولاد ابزار AISI H13 است.

در این مقاله یکی از جدیدترین فرآیندهای ماشین کاری تحت عنوان ماشین کاری تخلیه الکتریکی خشک که از مهمترین تفاوت های آن در مقایسه با تخلیه الکتریکی معمولی استفاده از دی الکتریک گازی و سرعت دوران الکترود ابزار می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن ولتاژ دهانه ماشین کاری، جریان، زمان روشنی و خاموشی پالس، فشار گاز دی الکتریک و سرعت دوران الکترود به عنوان متغیرهای ورودی موثر در فرآیند، بهینه سازی به روش سطح پاسخ برای بهبود ماشین کاری از نظر نرخ باربرداری صورت پذیرفته است. با توجه به انجام و تحلیل آزمایشات می توان نتیجه گرفت هرچه ولتاژ دهانه ماشین کاری ، جریان، نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس، فشار گاز ورودی و سرعت دوران الکترود بیشتر باشند نرخ باربرداری بیشتر خواهد بود و برای زمان روشنی پالس یک مقدار بهینه وجود دارد که بسته به شرایط آزمایش تعیین می گردد. همچنین نرخ بار برداری در این فرآیند در مقایسه با ماشین کاری تخلیه الکتریکی معمولی در شرایط یکسان بهبود یافته است.

صافی سطح یکی از مهمترین پارامترهای ماشینکاری است که نقش بسزایی در کیفیت محصولات مهندسی ایفا می کند. یک سطح با کیفیت خوب، باعث بهبود مقاومت خستگی، خوردگی و مقاومت به سایش قطعه کار می شود. از طرفی افزایش سرعت ماشینکاری و کاهش زمان ماشینکاری از دیگر مطلوبیت های سازندگان می باشد که به منظور کاهش هزینه اقتصادی و افزایش نرخ تولید به دنبال آن می باشند. با توجه به اهمیت این دو موضوع، داشتن سطحی خوب با هزینه کم مستلزم شناخت صحیحی از پارامترهای ماشینکاری وایرکات می باشد که دراین مقاله تاثیر پارامترهای توان، زمان خاموشی پالس، ولتاژ و سرو ولتاژ را بر روی تنگستن کارباید بررسی خواهیم کرد. 

در این تحقیق سه سری آزمایش های ماشینکاری تخلیه الکتریکی بر روی ترکیب بین فلزی تیتانیوم آلومیناید گاما انجام می شود. در سری اول با تغییر جریان پالس و زمان روشنی پالس در فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی و در سری دوم آزمایش های ماشینکاری با تغییر اندازه و غلظت ذرات پودر آلومینیوم مخلوط شده در سیال دی الکتریک، مشخصات خروجی نرخ براده برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح ارزیابی می شوند. در سری سوم آزمایش ها، بعد از تعیین غلظت و اندازه ذارت بهینه پودر آلومینیوم، جریان و زمان روشنی پالس، دقیقا در همان سطوحی که آزمایش های ماشینکاری بدون پودر انجام شده بودند، تغییر داده می شوند و نرخ براده برداری ارزیابی می گردد. در نهایت نرخ براده برداری در هر دو فرآیندهای بدون پودر و همراه با پودر بهینه مقایسه می شوند. با افزایش غلظت ذرات پودر آلومینیوم، نرخ سایش ابزار و زبری سطح تا حد بهینه ای کاهش و سپس افزایش می یابند. برای پودر با اندازه ذرات µ m 2 و µ m 20، با افزایش غلظت پودر آلومینیوم در سیال، نرخ براده برداری ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد، در حالی که برای اندازه ذرات µ m 63، با افزایش غلظت پودر آلومینیوم، نرخ براده برداری کاهش می یابد. حداقل و حداکثر افزایش نرخ براده برداری در شرایط بهینه فرآیند همراه با پودر در مقایسه با فرآیند بدون پودر به ترتیب 32% و 88% می باشد. با افزایش انرژی تخلیه الکتریکی، افزودن پودر آلومینیوم تاثیر کمتری بر افزایش فرکانس جرقه زنی و به تبع آن افزایش نرخ براده برداری دارد