زبان خود را انتخاب کنید

086-42344006
09100517935

info@petrofond.it

دانلود بروشور

تمامی حقوق محفوظ است.

تأثیر سیستم خنک کننده خودکار بر ناهمواری سطح در حین ماشینکاری آلیاژ آلومینیوم

 برای ارتقا روند تولید پایدار ، استفاده از خنک کننده در حین ماشینکاری باید کنترل شود تا آلودگی محیط زیست و مشکلات بهداشتی کاهش یابد. علاوه بر این ، مقدار خنک کننده مورد استفاده در روش مرسوم بسیار زیاد است که باعث افزایش هزینه تولید می شود. اعتقاد بر این است که برای حل مشکلات ، میزان تأمین خنک کننده در طی فرآیند ماشین کاری باید کاهش و کنترل شود. هدف از این مطالعه بررسی اثربخشی و عملکرد یک سیستم عرضه خودکار خنک کننده با استفاده از PLC برای کنترل میزان تأمین خنک کننده از طریق کنترل زمان به منظور به حداقل رساندن استفاده از مایع برش است. عملکرد سیستم خنک کننده خودکار بر اساس زبری سطح هنگام ماشینکاری آلیاژ آلومینیوم ارزیابی شده و نتایج به دست آمده با سیستم خنک کننده غرقابی معمولی مقایسه شده است . شواهد تجربی نشان می دهد که زبری سطح برای تأمین خنک کننده خاموش 5 ثانیه بالاتر از روش خنک کننده غرقابی متداول است در حالی که زبری سطح برای خنک کننده خاموش خاموش 10 ثانیه ای تا 20 ثانیه ای تا حد زیادی بهبود یافته و بسیار بهتر از روش خنک کننده غرقابی معمولی است. با این حال ، نتایج ناهمواری برای تأمین خنک کننده خاموش 25 ثانیه ای اندکی از منبع خنک کننده خاموش 20 ثانیه ای بدتر است اما هنوز هم از روش خنک کننده معمولی غرقابی بهتر است. نتایج این کار تحقیقاتی نشان داد که سیستم تأمین خودکار خنک کننده می تواند جایگزین روش خنک کننده متداول در جریان عملیات ماشینکاری شود بدون اینکه هیچ تأثیر منفی قابل توجهی بر نتیجه زبری سطح داشته باشد. 

ترجمه : مهسا میرزایی
مقدمه
 برش مایعات در نهایت فرآیند ماشینکاری با هدف افزایش بهره وری نقش مهمی دارد. هنگام استفاده از مایع برش ، کیفیت سطح ماشینکاری شده می تواند افزایش یابد و ساییدگی ابزار کاهش یابد .
بیشتر از مایعات برش برای افزایش قابلیت تراش از طریق روغنکاری مناطق تماس بین سطح چنگک و تراشه ها و کاهش اصطکاک و از بین بردن گرمای تولید شده از منطقه برش در نتیجه تغییر شکل شدید پلاستیک استفاده میشود .
تقریباً 85٪ مایعات برش دهنده که در سراسر جهان استفاده می شود ، روغنهای پایه نفت هستند. حتی اگر استفاده از مایع برش مزیت عملکرد ماشینکاری را تسهیل کند ، گزارش شده است که استفاده از مایع برش اثرات منفی زیادی بر محیط ایجاد می کند که این امر از اشکال های استفاده از آن است. حدود 80٪ از کل موارد ، مربوط به سرایت کارگران به دلیل تداخل پوست با اپراتور با مایعات برش دهنده است. علاوه بر این ، استفاده زیاد از مایعات برش دهنده سمی و قابل تجزیه بیولوژیکی کمتر می تواند باعث مشکلات شدید سلامتی مانند عفونت های تنفسی ، سرطان ریه ، بیماری های پوستی و ذاتی و همچنین مشکلات فنی و محیطی بیشماری شود .
 انواع ریسک شغلی مرتبط با برش مایعاتی که در طی ماشین کاری منتقل می شوند و در آنها آئروسل تشکیل می شود ، نشان می دهد که این خطرها بی شمار و گسترده بوده است. علاوه بر این ، هزینه های قطع و دفع مایعات با توجه به هزینه تولید کل قابل اغماض نیست .
علاوه بر این ، اعتقاد بر این است که تنها مقدار کمی از خنک کننده در برنامه سیستم خنک کننده نقش دارد. بنابراین ، یافتن راهی برای تولید محصولات با استفاده از روشها و فرآیندهای پایدار که استفاده از مایعات برش در عملیات ماشینکاری را به حداقل می رساند ، مهم است.
ماشینکاری خشک یکی از گزینه های برش سبز است زیرا مایع برش در طی این فرآیند استفاده نمی شود.
اگرچه مزایای استفاده از ماشینکاری خشک وجود دارد مانند اینکه می تواند در شرایط کم سرعت برش عمر ابزار را افزایش دهد ، اما این شرایط می تواند منجر به تولید کم و همچنین گرم شدن بیش از حد ابزارهای برش شود.
این باعث سایش ابزار در ابزارهای برش می شود .
 علاوه بر این ، اصطکاک زیاد بین ابزار و قطعه کار می تواند منجر به افزایش دما شود و در نهایت منجر به مقادیر بالاتر اکسیداسیون ، سایش و انتشار می شود .
 علاوه بر این ، گرمای بیش از حد موجود در قطعه کار در نتیجه تحمل فشار زیاد و آسیب متالورژی ، عملیات کلی را مختل می کند. لازم به ذکر است که حتی اگر استفاده از برش خشک مزایایی را از نظر پایداری و هزینه ایجاد کند ، برخی از مواد قطعه کار وجود دارد که خشک کردن آنها به سختی انجام می شود.
استفاده از آلیاژ تیتانیوم ، آلیاژ نیکل ، فولادهای سخت شده و آلیاژ آلومینیوم هنوز برای خنک سازی و روانکاری به کاهش سایش ابزار ، خراب شدن سطح سطح و تشکیل لبه ساخته شده کمک می کند.
روغن کاری غرقابی رایج ترین روش کاربردی است که برای ماشین کاری این فولادها استفاده می شود زیرا این روش می تواند جریان پایدار مایعات را تحویل دهد. در حین ماشینکاری ، جریان خنک کننده به طور مداوم توسط G-code تعبیه شده در سیستم کنترل عددی کامپیوتر (CNC) کنترل می شود ، که جریان مایع خنک کننده را از زمان شروع فرآیند ماشین کاری تا چرخه کامل فراهم می کند.
استفاده بیش از حد از مایع خنک کننده غرقابی شده نه تنها تأثیر منفی به آلودگی محیط زیست و مشکلات بهداشتی می دهد بلکه هزینه تولید را نیز برای مدیریت دفع ایجاد می کند.
برای ارتقا روند تولید پایدار ، باید از استفاده از ماده خنک کننده در حین ماشینکاری کاسته شود. معرفی حجم کنترل خودکار خنک کننده ممکن است منجر به استفاده خنک کننده کافی شود اما در ماشینکاری نیز عملکرد خوبی دارد. در این مقاله فرآیند ماشینکاری با سیستم تأمین خنک کننده خودکار با کمک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) ارائه می شود.
هدف اصلی این مقاله معرفی نوآوری جدید برای کمک به کنترل خنک کننده علاوه بر کنترل کننده در داخل سیستم CNC است. برای ارزیابی های اولیه ، زبری سطح بین سیستم تأمین خودکار خنک کننده و سیستم خنک کننده متداول هنگام ماشینکاری آلیاژ آلومینیوم مقایسه شده است و نتیجه هر دو شرایط به تفصیل توضیح داده شده است.
دوم روش تجربی
 الف – در راستای توسعه سیستم یک سری آزمایشات روی دستگاه فرز CNC با سرعت اسپیندل 1500 دور در دقیقه ، سرعت تغذیه 250 میلی متر در ثانیه و عمق برش 0.5 میلی متر انجام شد.
قطعه کار مورد استفاده آلومینیوم بوده و به صورت بلوک مستطیلی mm 150 150 mm x 50 mm x تهیه شده است. شکاف فرآیند فرز با استفاده از تأمین خودکار خنک کننده و سیستم آب گرفتگی به طور جداگانه انجام شد تا عملکرد هر دو روش خنک کننده مقایسه شود.
در روش تأمین خودکار خنک کننده ، سیستم با استفاده از Keyence Programmable Logic Circuit (PLC) کار می کرد. مایعات برش اعمال شده برای هر دو روش شناخته شده به عنوان Al Soluble Extra و ابزار برش انتخاب شده High Speed ​​Steel  است. توسعه سیستم خودکار تأمین خنک کننده به دو قسمت اصلی تقسیم می شود: توسعه نرم افزار و توسعه سخت افزار. در توسعه نرم افزار ، نمودار نردبانی با استفاده از نرم افزار CX برنامه نویس مدل CP1E و CPU نوع N40 طراحی می شود.
سپس برنامه بین دستگاه PLC و CNC واسط می شود تا با تنظیم زمان جریان در حین کار ماشین کاری ، میزان خنک کننده را کنترل کند. سرانجام ، با استفاده از CX-Simulator که یک ابزار شبیه سازی نردبان و بدون PLC است ، این برنامه اشکال زدایی می شود و برای آزمایش عملکرد سیستم استفاده می شود. شکل 1 نمودار نردبان توسعه یافته در PLC را نشان می دهد.
 
شکل 1: شماتیکی از نمودار نردبانی در نرم افزار CX Programmer
توسعه سخت افزار اساساً به دو قسمت الكتريكي و مكانيكي تقسيم مي شود. در بخش الکتریکی ، اساساً چهار جز الکتریکی که منبع تغذیه 220 ولت ، رله ، Omron PLC و دکمه سوئیچ ON / OFF هستند ، با هم مرتبط هستند.
یک جریان متناوب که به منبع تغذیه 220 ولت عرضه می شود ، هدف اصلی تبدیل جریان از AC به DC است. شکل 2 قسمت برق و سیم کشی سیستم را نشان می دهد.
 
شکل 2: بخش برق و سیم کشی سیستم
در قطعات مکانیکی ، یک کوپلینگ از طریق SOLIDWORKS طراحی شده است که شامل ورودی کوچکی است که به اتصالات پنوماتیک با قطر 8 میلی متر متصل است در حالی که از خروجی بزرگتر برای اتصال به شیر با قطر 24.38 میلی متر استفاده شده است.  شکل 3 اتصال قطعات مکانیکی در سیستم خودکار تأمین خنک کننده را نشان می دهد.
 
شکل 3: اتصال قطعات مکانیکی سخت افزار
 
ب. راه اندازی آزمایشی قبل از شروع ماشین کاری ، ماده خنک کننده با برخی از مکعب های یخ مخلوط شده است تا ظرفیت خنک کننده را افزایش دهد. سپس عملکرد سیستم تأمین خودکار خنک کننده با اتصال سیستم تأمین کننده خنک کننده خودکار به دستگاه CNC بررسی شد و موقعیت نازل به موقعیت خاص تنظیم می شود که خنک کننده را قادر می سازد تا به منطقه برش و رابط تراشه ابزار برسد. شکل 4 موقعیت نازل نصب شده بر روی دستگاه فرز CNC را نشان می دهد.
 
شکل 4: قطعه مکانیکی نصب شده روی دستگاه CNC
شکل 5 روند ماشینکاری را با سیستم تأمین خودکار خنک کننده متصل به دستگاه فرز CNC نشان می دهد. آزمایشات برای 5 ، 10 ، 15 ، 20 و 25ثانیه از زمان فاصله انجام می شود.
 
شکل 5: فرآیند ماشینکاری با سیستم خودکار تأمین خنک کننده
شکل 6 نتیجه فرآیند فرزکاری شده روی بلوک آلومینیوم را نشان می دهد. هر بازه زمانی سه بار در حال اجرا است و با قلم نشانگر آبی ضبط می شود. پس از انجام تمام آزمایشات ، از دستگاه تست زبری سطح برای بدست آوردن مقادیر زبری سطح هر برش استفاده می شود.
 
شکل 6: فرآیند فرزکاری روی بلوک آلومینیوم انجام می شود
نتیجه و بحث
 نتیجه بدست آمده برای زبری سطح با استفاده از دفترچه راهنمای Mitutoyo Surface Roughness Tester SJ-310 اندازه گیری می شود
نتیجه بدست آمده برای زبری سطح با استفاده از کتابچه راهنمای Mitutoyo Surface Roughness Tester SJ-310 اندازه گیری شده و در جدول 1 جدول بندی شده است.
جدول 1: متوسط زبری سطح بدست آمده
 
با توجه به چهار نمودار از شکل 7 تا شکل 10 ، به وضوح مشاهده می شود که نتایج آزمایشات زبری برای 5 تا 20 ثانیه­­­ به شدت در الگوی کاهش یافته است اما در 25 ثانیه کمی افزایش می یابد. در حقیقت ، نتایج زبری 10 تا 25 ثانیه بهتر از نتیجه آزمایش غرقابی است ، به جز آزمایش 5 ثانیه.
از مشاهدات گفته شده در بالا ، مقادیر زبری برای آزمون 5 ثانیه بالاتر از آزمون غرقابی معمولی است و این بدان معناست که بافت سطح آزمون 5 ثانیه نسبت به آزمایش تحت غرقابی درشت تر است. بر اساس بررسی های کارلوس و همکاران [9] ، مقادیر زبری بدست آمده توسط آزمون غرقابی معمولی کمتر از قرائت بدست آمده توسط روش MQL بود. نتیجه آزمایش 5 ثانیه شاید یافته های بیانچی و همکاران را برآورده کند. این بیشتر به دلیل متداول بودن روش غرقابی است که جریان زیادی از مایعات برش را در منطقه برش فراهم می کند و تراشه های قطر داخلی قطعه کار می توانند به طور کامل حذف شوند. با این حال ، در روش پیشنهادی این کار تحقیقاتی با تأمین خنک کننده های خاموش 5 ثانیه ، مقدار کمی جریان شدید هوا انرژی کافی برای از بین بردن خراش ها و تراشه های برش از منطقه برش را ندارد. علاوه بر این ، مقدار کمی از مایعات برش اتمی شده با تراشه ها و شرایط دوغاب مخلوط شده است. شاید این کیفیت قطعه کار را بدتر کرده و منجر به افزایش مقادیر زبری سطح شود. این تخریب مقادیر زبری سطح بدست آمده توسط روش پیشنهادی با تأمین خنک کننده های خاموش و روشن 5 ثانیه نسبت به سیستم غرقابی متداول را توضیح می دهد. با این حال ، برای یافتن علت واقعی ، باید این وضعیت بیشتر روشن شود.
 
شکل 7: نمودار رسم شده بر اساس داده های آزمایش 1
 
شکل 8: نمودار رسم شده بر اساس داده های آزمایش 2
   
شکل 9: نمودار رسم شده بر اساس داده های آزمایش 3
 
شکل 10: نمودار رسم شده بر اساس میانگین داده ها از آزمایشات کلی
مقادیر زبری به طور قابل توجهی از 10 به 20 ثانیه کاهش یافته و کمترین مقدار زبری متعلق به 20 ثانیه این بررسی قبلی را تأیید می کند که MQL نسبت به روش خنک کننده معمولی زبری سطح بهتری را ارائه می دهد. Kedare  و همکاران ادعا کردند که شاخص اساسی ماشینکاری که باید کنترل شود ، دمای ماشینکاری در منطقه برش MQL است. عمدتاً از طریق کاهش دما برش می توانست اثرات مطلوبی را ایجاد کند. علاوه بر این ، Lajis  و همکاران  دریافت که وقتی تراشه ها از ابزاری خارج می شوند که در آن تماس تراشه تا حدی الاستیک است ، MQL  با اثر مویرگی قادر به تهیه خنک کننده در مقدار کم به منطقه تماس الاستیک بود. این احتمالاً با خنک کننده موثرتر در منطقه ماشینکاری ارائه می شود. از این رو ، این توضیح می دهد که مقادیر زبری سطح توسط روش پیشنهادی با دامنه 10 تا 20 ثانیه عرضه خنک کننده های خاموش در مقایسه با روش خنک کننده معمولی بسیار بهتر است.
نتیجه
بر اساس این آزمایش ، نتایج بدست آمده اساساً طبق آنچه از نظر نظری پیش بینی شده است پیروی می کند که هر چه فواصل زمانی تأمین مایع خنک کننده بیشتر باشد ، زبری سطح به دست آمده بهتر است.
با این حال ، عملکرد برای تامین خنک کننده های خاموش 5 ثانیه از عملکرد خنک کننده معمولی بدتر است. این شاید به این دلیل باشد که در 5ثانیه خاموش ، مقدار کمی هوای شدید انرژی کافی برای از بین بردن خراش ها و تراشه های برش دهنده از منطقه برش را ندارد. زبری سطح به دست آمده از 10 تا 20 ثانیه منبع خنک کننده خاموش ، زبری سطح بهتری را در مقایسه با روش خنک کننده غرقابی متداول فراهم می کند. علاوه بر این ، تامین کننده خنک کننده های خاموش 20 ساله بهترین عملکرد زبری سطح را در آزمایش کلی فراهم می کند. با فرض اینکه مقادیر زبری سطح حاصل از روش پیشنهادی با تأمین خنک کننده های خاموش 25 ثانیه باید بسیار بهتر از 20 ثانیه باشد. با این حال ، مقادیر زبری حاصل از اقدام پیش بینی شده بالاتر است. این وضعیت ممکن است به دلیل فرسودگی یا کند بودن ابزار برش باشد پس از چندین آزمایش و آزمایشاتی که باعث شده روند برش به درستی انجام نشود.
 ترجمه شده از مقاله:

 The Effect Of Automated Coolant System On Surface Roughness During Machining Aluminium Alloy
Farizan Md Nor, Fairul Azni Jafar, Chee Kai Sin, Mohd Hadzley Abu Bakar, Ahamad Zaki Mohamed Noor