زبان خود را انتخاب کنید

086-42344006
09100517935

info@petrofond.it

دانلود بروشور

تمامی حقوق محفوظ است.

اثرات روش های خنک کننده و شرایط برش بر روی طول عمر ابزار در فرز نهایی آلیاژ تیتانیوم - بخش اول

ماشینکاری تیتانیوم به دلیل تأثیر منفی شدید آن بر روی عمر ابزار ، در درجه اول به دلیل تولید دمای بالا و چسبندگی شدید در منطقه برش ، چالش بزرگی برای ابزارهای برش ایجاد می کند. بنابراین ، از روشهای مختلف تهیه مایع خنک کننده به طور گسترده ای برای بهبود فرایند ماشینکاری استفاده می شود. با توجه به این امر ، عمر ابزار و نیروی برش بر اساس تکنیکهای برش خشک ، خنک کننده سیلی و حداقل میزان روغن کاری (MQL) بررسی می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که ماشینکاری MQL می تواند به طور چشمگیر و قابل اعتمادی باعث بهبود عمر ابزار و کاهش نیروی برش به دلیل اثر روانکاری و خنک کنندگی بهتر شود.

اثرات روش های خنک کننده و شرایط برش بر روی طول عمر ابزار در فرز نهایی آلیاژ تیتانیوم - پارت 1
EFFECTS OF COOLANT SUPPLY METHODS AND CUTTING CONDITIONS ON TOOL LIFE IN END MILLING TITANIUM ALLOY
J. Sun, Y. S. Wong, M. Rahman, Z. G. Wang, K. S. Neo, and C. H. Tan
(بخش اول)
ترجمه : مهسا میرزایی

ماشینکاری تیتانیوم به دلیل تأثیر منفی شدید آن بر روی عمر ابزار ، در درجه اول به دلیل تولید دمای بالا و چسبندگی شدید در منطقه برش ، چالش بزرگی برای ابزارهای برش ایجاد می کند. بنابراین ، از روشهای مختلف تهیه مایع خنک کننده به طور گسترده ای برای بهبود فرایند ماشینکاری استفاده می شود. با توجه به این امر ، عمر ابزار و نیروی برش بر اساس تکنیکهای برش خشک ، خنک کننده سیلی و حداقل میزان روغن کاری (MQL) بررسی می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که ماشینکاری MQL می تواند به طور چشمگیر و قابل اعتمادی باعث بهبود عمر ابزار و کاهش نیروی برش به دلیل اثر روانکاری و خنک کنندگی بهتر شود.
معرفی
 ابزارهای برش به دلیل دمای بالا برش ، و چسبندگی شدید در ابزار / رابط تراشه و ابزار / رابط قطعه کار ، در ماشینکاری آلیاژهای تیتانیوم به سرعت سایش پیدا می کنند. برای دستیابی به درک بهتر فرایند سایش ابزار ، مطالعه بیشتر مورد نیاز است. در.زمینه آلیاژهای تیتانیوم به طور گسترده ای از آلیاژهای موتور هوایی با خواص مقاومت در برابر دما و سختی استفاده می شوند. اگرچه این خصوصیات در کاربردهای عملی مطلوب هستند ، اما چالش بزرگی را برای ابزارهای برش ایجاد می کنند Ezugwu گزارش داد که تقریباً 80٪ از گرمای حاصل از ماشینکاری تیتانیوم به داخل ابزار منتقل می شود ، در حالی که این نسبت هنگام ماشینکاری فولاد تنها 50٪ است. از طرف دیگر ، رسانایی گرمایی فولاد در حدود 6 برابر آلیاژهای تیتانیوم است. هر دو منجر به غلظت دمای بالا در ناحیه برش می شوند ، که این باعث کاهش قدرت اتصال بستر ابزار می شود و در نتیجه سایش ابزار تسریع می شود. بعلاوه ، آلیاژهای تیتانیوم می توانند با بیشتر مواد ابزار بیش از 500 درجه سانتیگراد واکنش نشان دهند و تمایل به جوشکاری با ابزار برش دارند. این  امر منجر به خرد شدن سریع ، تغییر شکل پلاستیک و خرابی فاجعه بار ابزار در فرایند ماشینکاری آن می شود. برای دستیابی به خنک سازی کافی در منطقه برش و میزان سایش کمتر ابزار ، این مطالعه با هدف بررسی تأثیر سه روش تأمین خنک کننده (هوا ، خنک کننده و مه) بر عمر ابزار در فرزکاری نهایی آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V  صورت گرفته و در این تحقیق از فناوری روان کننده  با کمترین مقدار (MQL) استفاده شده است که می تواند استفاده از مایع برش را به حداقل برساند و اثر خنک کننده را بهبود بخشد.
روشهای تأمین خنک کننده
به منظور بهبود عمر ابزار در ماشینکاری تیتانیوم ، از مایع برش برای کاهش دما و تنش ها در لبه برش استفاده می شود. مایع برش نه تنها به عنوان خنک کننده عمل می کند بلکه به عنوان روان کننده نیز عمل می کند. در این کار سه نوع روش تأمین خنک کننده مورد بحث قرار گرفته است: برش خشک (هوا) ، خنک کننده سیلی (خنک کننده) و فناوری MQL (غبار) . به دلیل هزینه ماشینکاری کمتر و آلودگی محیط زیست ، از برش خشک هنوز  هم در ماشینکاری تیتانیوم استفاده می شود. بسته به قطعه کار ماشینکاری ، می توانید تا 17٪ صرفه جویی کنید. حذف حرارت کافی و جلوگیری از تجمع گرما از نیازهای اساسی برش خشک است. با این حال ، توانایی خنک کننده پایین هوا در حذف گرما در برش خشک تیتانیوم بی اثر است. در خنک سازی سیلی، مقدار زیادی ماده خنک کننده و روان کننده با فشار کم در منطقه برش شستشو داده می شود تا گرمای برش تولید شده از بین برود. این فرض بر این اساس است که مقدار بیشتری روان کننده برای فرایند برش بهتر خواهد بود. با این حال ، اثربخشی آن فقط به شرایط کم سرعت محدود می شود و تأثیر منفی آن بر محیط نیز توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. به منظور به حداقل رساندن این تأثیر ، منطقی ترین مرحله کاهش مصرف مایع برش است.
MQL  یک گزینه مناسب است که می تواند شکاف بین خنک کننده سیلی و برش خشک را کاهش دهد. ثابت شده است که در آسیاب و فرز موفقیت آمیز است. با استفاده از مقدار بسیار کمی آب و روغن محلول ، MQL با استفاده از جریان هوای فشرده باعث تشکیل غبار روغن و هدایت آن در لبه برش می شود. این غبار روغنی قادر است به رابط ابزار تراشه و قطعه کار نزدیک شود ، بنابراین اصطکاک و نیروهای مولفه تولید شده در حین ماشینکاری را کاهش می دهد. کاهش دما در منطقه برش با تبخیر و بخار آن حاصل می شود که با خنک کننده سیل متفاوت است. مزیت MQL در این موارد نهفته است:
1. قطر کمتر غبار روغن می تواند سطح تماس رابط ابزار تراشه و قطعه کار را افزایش دهد و در نتیجه اثر خنک کننده و روان کننده را افزایش دهد.
2. ذرات با اندازه فوق العاده ریز می توانند به آرامی به لبه برش نفوذ کنند ، که می تواند گرمای برش را از بین ببرد و استفاده از مایع برش را کاهش دهد.
تنظیمات تجربی و استفاده از ابزار
راه اندازی و روش آزمایش
 راه اندازی آزمایشی
این آزمایشات بر روی دستگاه فرز V55 Makino انجام شده است. قطعه کار مورد استفاده در این آزمایش یک میله مستطیل شکل 124 * 114 * 55 میلی متر از آلیاژ Ti-6Al-4V است. اینسرتی نوع Sumitomo CHE 2000 از مواد H1 (ابزار کاربید) و شکل لبه A است ، که دارای سختی گرم مناسب برای مقاومت در برابر دمای بالا تولید شده در ماشینکاری تیتانیوم است. تحت ماشینکاری تیتانیوم ، درجه حرارت روی سطح چنگک حتی با سرعت برش متوسط ​​می تواند بالای K 1400 باشد. یک ماده ابزار باید سختی کافی داشته باشد تا شکل خود را در این دما حفظ کند ، از این رو یک  اینسرتی با "" سختی گرم مناسب "ضروری است. خاصیت ماده اینسرتی H1 در جدول 1 با هدایت گرمایی بیشتر و مقاومت در برابر شکست نشان داده شده است. سرعت برش پیشنهادی این اینسرتی در ماشینکاری تیتانیوم 40–150 متر بر دقیقه و سرعت خوراک 0.03–0.15 میلی متر بر دندانه است.

سایش ابزار با استفاده از میکروسکوپ اندازه گیری Deltronic اندازه گیری می شود و عکس SEM توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی JSM-5500 گرفته شده است. سطح سایش در هر آزمایش با استفاده از میکروسکوپ ابزارساز بررسی و اندازه گیری می شود بدون اینکه اینسرتی دستگاه را از دارنده CTH20 جدا کنند.
خنک کننده سیل و مه
 EcoCool S-CO5 ، یک ماده خنک کننده کاملاً مصنوعی محلول در آب حاوی گلیکول به عنوان ماده روان کننده در خنک سازی سیلی در غلظت حجمی 1:20 استفاده می شود. خاصیت آن در جدول 2 نشان داده شده است. این ماده از خاصیت جلوگیری از خوردگی و سازگاری خوب با پوست ، دارای کف کم ، خاصیت  ترکنندگی و برافروختگی مناسب برخوردار است. از Ebara Atomizer برای تولید مه غلیظ روغن ذرات بسیار ریز استفاده می شود و از روغن نباتی در این فناوری MQL استفاده می شود زیرا در مقایسه با خنک کننده های معمولی برای اپراتور بی ضرر است. مقدار بسیار کمی مایعات برش برای نیازهای MQL توسط سیستم Ecomist در طول آزمایش با 0.52 MPa تأمین می شود.
سیستم Ecomist ،(Ebara Corporation) ژاپنی،  یک مولد غبار روغن ذرات فوق العاده ظریف است که می تواند ذرات بسیار ریز مخلوط روغن و هوا را از یک جفت نازل خارج کننده تأمین کند ، در حالی که روغن برش را در سطح 2 تا 10 میلی لیتر بر ساعت تخلیه می کند. قطر روغن غبار در حدود 3.7 میلی متر است و ویژگی روغن گیاهی به روش MQL در جدول 3 ذکر شده است. شرح تنظیم آزمایشی در شکل 1 آورده شده است.



اندازه گیری نیروی برش

اندازه گیری نیروی برش
 برای اندازه گیری نیروهای برش از دینامومتر 3 جزئی کوانتزر Kistler  (نوع A 9253)  استفاده می شود. قطعه کار بر روی دینامومتر نصب شده است. سیگنال به دست آمده از این دینامومتر ابتدا از طریق یک تقویت کننده بار منتقل می شود ، و سپس به طور مداوم در یک دستگاه ضبط Sony Instrumentation Cassette PC208AX ضبط می شود. سیگنال ضبط شده از طریق سیستم جمع آوری داده PC-Scan 2 در 4kHz  نمونه برداری می شود.
سایش ابزار در پایان فرزکاری
معیارهای سایش ابزار و عمر ابزار
در ماشینکاری تیتانیوم ، سایش در لبه برش جزئی بسیار کم است تا تأثیر قابل توجهی در عمر ابزار در ماشینکاری تیتانیوم داشته باشد. میزان سایش در صورت پهلو بسیار بیشتر از صورت چنگک برای سه روش تأمین خنک کننده است. بنابراین ، رد یا از بین رفتن ابزار با استاندارد ISO 8688-2 (9) تعیین می شود: (3) خرد کردن بیش از حد = پوسته پوسته شدن یا شکستگی لبه برش. به طور کلی ، عمر ابزار با دو روش اندازه گیری می شود: زمان ماشینکاری و حجم مواد خارج شده در فرآیند برش. در این مطالعه ، از هر دو آنها برای ارزیابی عملکرد روشهای تأمین خنک کننده در شرایط مختلف برش استفاده می شود.
فرایند سایش ابزار
سایش ابزار فرایندی پویا و مبتنی بر مکانیزم فوق الذکر است:
در ابتدا ، یک لبه برش تیز به سرعت ساییده می شود و یک زمین سایش محدود در صورت پهلو ایجاد می شود. سپس ، سایش با سرعت یکنواختی برای مدت نسبتاً طولانی ادامه می یابد. سرانجام سرعت سایش افزایش یافته و تجزیه سریع رخ می دهد. در مرحله اولیه برش ، سایش در قسمت پهلو مانند شکل 2 (a) یکنواخت است. برش بیشتر باعث می شود که سایش بینی سریعتر از صورت پهلو مانند شکل 2 (ب) افزایش یابد ، زیرا درجه حرارت برش بالاتر و استرس ایجاد شده در صورت پهلو نزدیک به قسمت بینی است. حداکثر سایش پهلو در دماغه عامل کنترل عمر ابزار برای سه روش تأمین خنک کننده است.