تبلیغات
وب سایت تخصصی نقشه کشی صنعتی - علل نیاز به فرایندهای پیشرفته ماشینكاری AMPs

هدف از راه اندازی این وب سایت این است که گامی در پیشرفت دانشجویان رشته نقشه کشی صنعتی برداشته باشیم

حمید رضا بوچانی

جستجو

 

علل نیاز به فرایندهای پیشرفته ماشینكاری AMPs

1389/07/22   18:58


برای دیدن خلاصه مطالبی در خصوص علل نیاز به فرآیند های پیشرفته ماشینکاری AMPS به ادامه مطلب بروید

برگرفته از کتاب فرآیندهای پیشرفته ماشینکاری مهندس سالار فتحی - مهندس بهزاد فریور - دکتر نصراله بنی مصطفی عرب

صنایع پیشرفته تكنولوژیكی نظیر هوانوردی، راكتورهای هسته‌ای، خودروسازی و... همواره به موادی نیاز دارند كه از نسبت «استحكام به وزن» بالایی برخوردار باشند (آلیاژهای مقاوم در برابر دماهای بالا). پژوهشگران علم مواد نیز موادی را به‏وجود می‌آورند كه دارای استحكام، سختی و چقرمگی بالاتر و همچنین خواص متنوع دیگر باشند. این امر، به رشد و توسعه جنس ابزار برش بهتر منجر شده و از كاهش بهره‌وری پیشگیری می‌كند.

در فرایندهای ماشینكاری سنتی، افزایش سختی جنس قطعه كار، باعث كاهش سرعت برش اقتصادی می‌شود. دست‌یابی به جنس ابزاری سخت و مقاوم كه بتواند موادی نظیر تیتانیوم، فولاد زنگ‌نزن، نیمونیك‌ها و دیگرآلیاژهای مشابه با مقاومت حرارتی و استحكام بالا (HSTR) [2]، كامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف، استلیت‌ها (آلیاژهایی با پایه كبالت)، سرامیك‌ها و آلیاژهایی را كه ماشینكاری آنها مشكل است، در سرعت‌های برش اقتصادی برش بزند، دیگر امكان‌پذیر نیست. تولید شكل‌های پیچیده در چنین موادی با استفاده از روش‌های سنتی، بسیار مشكل است. نیازهای دیگر كه در سطحی بالاتر قرار می‌گیرند، عبارتند از: پرداخت بهتر، مقادیر كمترتلرانس‌ها، نرخ تولید بالاتر، شكل‌های پیچیده، انتقال اتوماتیك داده‌ها و ساخت در مقیاس‌های بسیار كوچك (مینیاتوری). ایجاد سوراخ (با زوایای ورودی كم، غیردایره‌ای، با اندازه‌های میكرونی، نسبت ابعادی زیاد، تعداد زیادی سوراخ ریز در یك قطعه كار، سوراخ‌های منحنی شكل، سوراخ بدون پلیسه و ...) در موادی كه سخت ماشینكاری می‌شوند، موارد دیگری است كه فرایندهایی مناسب را می‌طلبد. ویژگی‌های یادشده، عموماً در محصولاتی موردنیاز هستند كه در صنایعی نظیر هوافضا، راكتورهای هسته‌ای، موشك‌ها، توربین‌ها، خودروها و... استفاده می‌شوند. برای پاسخگویی به این نیازها، انواع دیگر از فرایندهای ماشینكاری با عنوان فرایندهای غیرسنتی یا به بیانی صحیح‌تر، فرایندهای پیشرفته ماشینكاری، رشد و توسعه یافته‌اند.


براساس آنچه گفته شد، نیاز به ماشین‌های ابزار و فرایندهایی كه بتوانند به دقت و سهولت هرچه بیشتر شكل‌های پیچیده و دقیق را در موادی با كمترین قابلیت ماشینكاری ایجاد كنند، بشدت احساس می‌شود.

شكل1: نمایی از یك ماشین واترجت (WJM)


 

علاوه بر این، ماشین‌های ابزار باید به سادگی قابل انطباق با اتوماسیون باشند. برای دست‌یابی به این مهم، تاكنون تعدادی از فرایندهای برداشت ماده، با هدف استفاده به صورت تجاری، توسعه داده شده‌اند. از آنجا كه در این روش‌ها، از ابزار سنتی برای بریدن مواد استفاده نمی شود، آنها را غیرقراردادی[3] نیز می‌نامند. در این فرایند برای برداشت ماده از قطعه كار از انرژی به صورت مستقیم استفاده می‌شود. دامنه كاربرد فرایندهای جدید ماشینكاری توسط خواص قطعه كار، مانند هدایت الكتریكی و حرارتی، دمای ذوب، معادل الكتروشیمیایی و... تعیین می‌شود. بعضی از این روش‌های جدید می‌توانند نقاطی از قطعات كار را ماشینكاری كنند كه دسترسی به آنها با روش‌های قراردادی ماشینكاری، امكان‌پذیر نیست. استفاده از این روش‌ها در كارگاه‌ها، افزایش اجتناب‌ناپذیر و مطلوبی داشته است. اهمیت این فرایندها با توجه به انجام ماشینكاری دقیق و یا فوق دقیق، بسیار بیشتر می‌شود. «تانی گوچی» به این نتیجه رسید كه دقت‌های بالا را نمی‌توان با روش‌های قراردادی ماشینكاری به دست آورد زیرا در آنها، ماده به شكل براده برداشته می‌شود. با این وجود، چنین دقت‌هایی را می‌توان با استفاده از برخی روش‌های پیشرفته ماشینكاری به دست آورد كه در آنها، ماده به شكل اتم‌های جدا یا مولكول‌های جدا و یا گروهی از اتم‌ها و مولكول‌ها، برداشته می‌شود.

فرایندهای پیشرفته ماشینكاری را می‌توان به سه گروه اصلی: ماشینكاری مكانیكی، ترموالكتریكی و الكتروشیمیایی طبقه‌بندی كرد (شكل2). هیچ یك از این فرایندها، تحت تمام شرایط و حالات ماشینكاری، بهترین روش نیستند. بعضی از آنها فقط برای مواد هادی الكتریسته استفاده می‌شوند و از برخی دیگر می‌توان برای مواد رسانا و غیررسانای الكتریسته، استفاده كرد. عملكرد بعضی از این روش‌ها در ماشینكاری موادی مانند آلومینیم كه هدایت حرارتی بسیار بالایی دارد، چندان مناسب نیست. همچنین، هر كدام از فرایندها، ویژگی‌های منحصر بفرد خود را دارند. بنابراین، انتخاب فرایند ماشینكاری مناسب برای وضعیتی خاص (یا نیازهای محصول) بسیار مهم است.

شكل2: طبقه‌بندی روش‌های پیشرفته ماشینكاری





فرایندهای پیشرفته ماشینكاری

روش‌های پیشرفته ماشینكاری مكانیكی، نظیر: ماشینكاری با جت ذرات ساینده یا جت سایشی (AJM)، ماشینكاری فراصوتی (USM)، ماشینكاری با جت آب (WJM)، با موفقیت‌های محدودی توسعه داده شده‌اند. در این فرایندها، از انرژی جنبشی (K.E) ذرات ساینده یا جت آب، برای برداشت ماده از قطعه كار استفاده می‌شود. ماشینكاری با استفاده از جت آب و ذرات ساینده (AWJM) نیز از انرژی جنبشی (K.E) ذرات ساینده همراه با جت آب، استفاده می‌كند. پرداخت‌‌كاری با استفاده از ذرات ساینده مغناطیسی (MAF) روش دیگری است كه در آن، از برس ساینده مغناطیسی برای كاهش ناهمواری‌های موجود بر سطوحی كه قبلاً ماشینكاری شده‌اند، استفاده می‌شود. بتازگی، فرایند پرداخت‌كاری جدیدی به نام ماشینكاری با جریان ذرات ساینده (AFM) گسترش یافته است. با این وجود، عملكرد این روش‌ها به سختی، استحكام و دیگر خواص فیزیكی و مكانیكی قطعه كار بستگی دارد. نكته موردنیاز، توسعه روشی (روش‌هایی) است كه عملكرد آن مستقل از خصوصیات فیزیكی، متالوژیكی و مكانیكی قطعه كار باشد. روش‌های ترموالكتریكی قادرند بر برخی موانع غلبه كنند. بنابراین، از فرایندهای ترموالكتریكی و همچنین فرایندهای الكتروشیمیایی، بیشتر و بیشتر در صنایع فلزكاری استفاده می‌شود.



در روش‌های ترموالكتریكی، انرژی یا به صورت گرما (ماشینكاری با قوس پلاسما-PAM) یا به صورت نور (ماشینكاری با اشعه لیزر- LBM) و یا بمباران الكترونی (ماشینكاری با اشعه الكترونی-EBM) تأمین می‌شود. در این شیوه، انرژی بر محدوده‌ای كوچك از قطعه كار متمركز شده كه منجر به ذوب، یا ذوب همراه با تبخیر می‌شود. PAM، به عنوان فرایند ماشینكاری خشن، شناخته شده است. LBM و EBM برای ایجاد برش‌ها و سوراخ‌های دقیق و ظریف، مناسب هستند. ماشینكاری با تخلیه الكتریكی (EDM) قادر به ماشینكاری اقتصادی و با دقت بالای مواد است. از این روش، به طوری گسترده برای ماشینكاری مواد سخت و چقرمه، اما هادی الكتریسیته استفاده می‌شود. با این وجود، فرایند یادشده در مواردی كه پرداخت سطح خیلی خوب، صدمه كم به سطح ماشینكاری شده و نرخ برداشت ماده (MRR) زیاد موردنیاز است، مناسب نیست. بنابراین، حتی فرایندهای پیشرفته ماشینكاری (AMPs) مكانیكی و ترموالكتریكی نیز، راه‌حلی رضایت‌بخش برای برطرف كردن برخی مشكلات ماشینكاری موادی كه ماشینكاری آنها مشكل است، ارائه نمی‌دهند.

ماشینكاری شیمیایی (ChM) فرایند حكاكی یا كنده‌كاری شیمیایی[4] است، كه به دلیل MRR بسیار پایین و مشكلات موجود در یافتن محلول شیمیایی مناسب برای حكاكی قطعه كار، كاربردهایی بسیار محدود دارد. از سوی دیگر، ماشینكاری الكتروشیمیایی (ECM) كاربردهایی بسیار گسترده دارد. این فرایند در واقع فرایند حل شدن كنترل شده «آند» با MRR بالا است كه به هیچ یك از خواص فیزیكی و مكانیكی قطعه كار بستگی ندارد، اما قطعه كار باید از نظر الكتریكی رسانا باشد. در این روش سایش ابزار، تنش‌های پسماند و صدمه حرارتی در قطعه كار ایجاد نمی‌شود و لبه‌های ماشینكاری شده نیز فاقد پلیسه هستند. با این وجود، اكثر فرایندهای پیشرفته ماشینكاری نمی‌توانند به طور كامل جایگزین فرایندهای قراردادی ماشینكاری شوند. ماشینكاری بیوشیمیایی (BM) فرایندی در حال پیشرفت است كه به منظور ماشینكاری پلاستیك‌های تجزیه‌پذیر[5] به كار می‌رود و كاربردهایی بسیار محدود دارد.

بهترین عوامل به هنگام انتخاب یك فرایند، عبارتند از: قابلیت فرایند، عوامل فیزیكی، شكلی كه باید ماشینكاری شود، خواص جنس قطعه كار، و مقرون به صرفه بودن فرایند.



فرایندهای مختلط (تركیبی)

به منظور افزایش توانمندی‌های فرایندهای ماشینكاری، دو و یا بیش از دو فرایند ماشینكاری با یكدیگر تركیب می‌شوند تا از مزایای هر یك، بتوان بهره برد. مثلاً، سنگ‌زنی قراردادی یا معمولی، پرداخت سطح خوب و مقادیر تلرانس پایینی دارد، اما قطعات ماشینكاری شده توسط آن، دارای پلیسه، منطقه متأثر از حرارت و تنش‌های پسماند هستند. از آنجا كه قطعات ماشینكاری شده به روش الكتروشیمیایی، فاقد چنین عیوبی هستند، فرایندی مختلط به نام سنگ‌زنی الكتروشیمیایی (ECG) رشد و توسعه داده شده است. به همین ترتیب، فرایندهای مختلط دیگری نظیر ماشینكاری الكتروشیمیایی جرقه‌ای (ECSM) [6]، ماشینكاری الكتروشیمیایی قوسی (ECAM) [7]، سنگ‌زنی سایشی با تخلیه الكتریكی (EDAG) [8] و ... نیز ایجاد شده‌اند.




منابع

1. كتاب فرایندهای پیشرفته ماشینكاری –دكتر نصراله بنی مصطفی عرب- بهزاد فریور- سالار فتحی-1383- انتشارات آزاده


2. Jain V.K.,"Advanced Machining Technology", Allied Publishers Limited, 2002.

3. Pandey P.C "Modern Machining Processes "Tata McGraw-Hill,1980.

4. Kalpakjian Serope, "Manufacturing Engineering and Technology" Addison-Wesley-1995.

نوشته شده توسط : حمید رضا بوچانی