مطالعه تجربی آسیب‌های زیرسطحی و مکانیزم‌های باربرداری در فرآیند فرزکاری با جت آب و ساینده بر روی سرامیک آلومینیوم اکسید

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

10.22044/jsfm.2020.8942.3026

چکیده

ماشینکاری مواد ترد مثل سرامیک آلومینیوم اکسید به دلیل سختی و مقاومت سایشی زیاد، آسیب‌های زیرسطحی وارده و کیفیت سطحی پایین قطعات، توسط روشهای سنتی بسیار دشوار بوده و به دلیل سایش شدید ابزار برشی بسیار پرهزینه می‌باشد. در این میان، ماشینکاری با جت آب و ساینده به دلیل عدم وجود تنشهای حرارتی، نیروی بسیار کم وارد به قطعه کار، عدم تماس مستقیم بین ابزار و قطعه کار، عدم نیاز به تیز کردن ابزار و سازگاری با محیط زیست، کاربرد زیادی در برشکاری مواد سخت و شکننده دارد. لذا در این تحقیق به مطالعه تجربی فرآیند فرزکاری با جت آب و ساینده بر روی سرامیک آلومینیوم اکسید پرداخته شده است. در این راستا تأثیر پارامترهای ورودی از قبیل فشار جت آب، سرعت پیشروی، درصد وزنی ذرات ساینده و فاصله نازل از سطح قطعه کار، بر روی آسیبهای زیرسطحی و مکانیزم‌های باربرداری (میکرو برش و میکرو شکست) تحلیل شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، مکانیزم غالب براده‌برداری برای سرامیک آلومینیوم اکسید میکرو شکست میاشد که در آن، عملیات براده‌برداری از طریق ایجاد میکرو ترک‌ها و تشکیل میکرو چاله‌هایی صورت میپذیرد که در ناحیه‌ای پایین‌تر از عمق برخورد ذرات ساینده ایجاد می‌شوند. همچنین مشاهده گردید که با افزایش مقدار فشار، کاهش سرعت پیشروی، کاهش فاصله نازل و افزایش درصد وزنی ذرات ساینده، احتمال تشکیل ترک-های زیرسطحی بیشتر میگردد. بر اساس نتایج آنالیز واریانس، مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار بر عمق آسیب‌های زیرسطحی به ترتیب عبارتند از فشار جت آب، درصد وزنی ذرات ساینده، سرعت پیشروی و فاصله نازل از سطح قطعه کار.

کلیدواژه‌ها


[1] مهرور ع، باستی ع، جمالی ع (1396) بهینه­سازی       چندهدفه پارامترهای ماشینکاری الکتروشیمیایی با استفاده از روش رویه پاسخ. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه­ها و   شاره­ها 60-49 :(4)7.

[2] موسوی س ح، داودی ب (1396) تأثیرات خنک­کاری برودتی و روانکاری بر با نانوسیال بر زبری سطح و سایش ابزار در تراشکاری سوپر آلیاژ A286. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 85-73 :(4)7.

[3] فاضل ر، جلیلی م­م، ابوطالبی م­م (1396) تعیین نواحی پایداری برای ارتعاشات سنگ و قطعه کار در عملیات سنگ­زنی پلانچ با استفاده از مدل سه بعدی قطعه کار. مجله علمی پژوهشی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 82-67 :(30)7.

[4] امیرآبادی ح، فورگی نژاد ا، احمدی مجاوری م (1393) برشکاری آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V با فرآیند جت آب همراه ذرات ساینده و بهینه­سازی مشخصه­های هندسه شکاف برش. مجله مهندسی مکانیک مدرس 72-67 :(16)14.

[5] امیرآبادی ح، خلیلی ک، فورگی نژاد ا، آشوری ج          (1392) مدلسازی برش شیشه با جت آب همراه با ذرات ساینده توسط شبکه عصبی و بهینه­سازی زبری سطح با استفاده از الگوریتم کرم شب­تاب. مجله مهندسی مکانیک مدرس 123-134 :(8)13.

[6] Prabhuswamy NR, Srinivas S, Vasli A, Sheshashayan MV, Venkatesh S, Roongta Y (2018) Machinability studies of aluminium 6061 cut by abrasive water jet. Mater Today-Proc 5(1): 2865-2870.

[7] Uhlmann E, Flögel K, Kretzschmar M, Faltin F (2012) Abrasive waterjet turning of high performance   materials. Proc CIRP 1: 409-413.

[8] Kartal F, Yerlikaya Z, Gökkaya H (2017) Effects of machining parameters on surface roughness and macro surface characteristics when the machining of Al-6082 T6 alloy using AWJT. Mesurement 95: 216-222.

[9] Lehockáa D, Klichb J, Foldynab J, Hlocha S, Hvizdošc P, Fidesc M, Botkoa F, Cáracha J (2016) Surface integrity evaluation of brass CW614N after impact of acoustically excited pulsating water jet. Procedia Engineer 149: 236-244.

[10] Hejjaji A, Zitoune R, Crouzeix L, Roux SL,  Collombet SL (2017) Surface and machining induced damage characterization of abrasive water jet milled carbon/epoxy composite specimens and their impact on tensile behavior. Wear 376: 1356-1364.

[11] Putz M, Rennau A, Dix M (2018) High precision machining of hybrid layer composites by abrasive waterjet cutting. Proc Manuf 21: 583-590.

[12] Kumar Srivastava A, Naga A, Dixit AR, Tiwari S, Scucka J, Zelenak M, Hlochd S, Hlavacek P (2017) Surface integrity in tangential turning of hybrid MMC A359/B4C/Al2O3 by abrasive waterjet. J Manuf Process 28: 11-20.

[13] Liu D, Huangn C, Wang J, Zhu H, Yao P, Liu ZW (2014) Modeling and optimization of operating parameters for abrasive waterjet turning alumina ceramics using response surface methodology combined with Box–Behnken design. Ceram Int 40: 7899-7908.

[14] Kumara N, Shukla M (2011) Finite element analysis of multi-particle impact on erosion inabrasive waterjet machining of titanium alloy. J Comput Appl Math 236: 4600-4610.

[15] Liu D, Huang C, Zhu H, Wang J, Yao P (2016) Investigation on material   response to  ultrahigh velocity impacton ceramics by micro particle. Tribol Lett 64:43.

[16] Shahverdi H, Zohoor M, M.mousavi S (2011) Numerical simulation of abrasive water jet cutting process using the SPH and ALE methods. Int J Adv Des Manuf Tech 5:43-50.

[17] Feng Y, Jianming W, Feihong L (2012) Numerical simulation of single particle acceleration process by SPH coupled FEM for abrasive waterjet cutting.  Int J Adv Manuf Tech 59: 193-200.

[18] Guo L, Deng S, Yang X (2016) Numerical simulation of abrasive water jet cutting chemical pipeline based on SPH coupled FEM. Chem Engineer Trans 51: 73-78.

[19] Gudimetal P, Yargadda PKDV (2007) Finite element analysis of the interaction between an AWJ particle and a polycrystalline alumina ceramic. J Achiev Mater Manuf Engineer 23: 7-14.

[20] Mieszala M, Torrubia PL, Axinte DA, schwiedrzik JJ, Guo Y, Mischler S, Mischler J, Philippe L (2017) Erosion mechanisms during abrasive waterjet machining: Model microstructures and single particle experiments. J Mater Process Tech 247: 92-102.

[21] Mardi KB, Dixit AR, Mallick A, Pramanik A, Ballokova B, Hvizdos P, Foldyna J, Scucka J,  Hlavacek P, Zelenak M (2017) Surface integrity of Mg-based nanocomposite produced by abrasive water jet machining (AWJM). Mater Manuf Process 32(15): 1707-1714.

[23] Amirabadi H, Shafiei Alavijeh M (2017) Modeling and optimizing lapping process of 440C steel by Neural Network and Multi-objective particle swarm optimization algorithm. Modares Mechanical Engineering 17(8): 201-212.