77 ST-37 نشریه تخصصی مکانیک کاربردي دوره شماره 1 اسفندماه 1390 از صفحه 77 تا 85 تحلیل فرسایش ابزار در ماشینکاري فولاد 2 چکیده 3 2 1* رمضانعلی مهدوي نژاد محمد خواجه افضلی و عنایت االله دزیانی 1 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک - پردیس دانشکده هاي فنی - دانشگاه تهران دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک - پردیس دانشکده هاي فنی دانشگاه تهران 3 عضو هیي ت علمی دانشکده فنی شهید منتظري مشهد (تاریخ دریافت 88/4/23 تاریخ دریافت روایت اصلاح شده 89/8/18 تاریخ تصویب 90/12/10) در فرآیند ماشینکاري فرسایش نسبی ابزار تلرانس ابعادي و کیفیت سطحی و مکانیکی قطعه به عنوان پارامترهاي مهم خروجی ماشینکاري مطرح هستند. در این فرآیند حفظ کیفیت سطحی و مکانیکی مستقیما به ویژگی ابزار و حفظ آن در روند ماشینکاري بستگی دارد و همچنین می توان گفت که دو عنصر ابزار و قطعه کار به عنوان عوامل برشی اثرات متقابل بر یکدیگر دارند به طوري که بسیاري از پارامترهاي ماشینکاري از جمله سرعت برشی و فرسایش ابزار بدین اثرات وابسته اند. در این تحقیق با نگرش به نقش سرعت برشی در فرآیند ماشینکاري و تاثیر آن در فرسایش ابزار HSS و بر اساس اطلاعات به دست آمده بهترین سرعت برشی براي اینکه ابزار مذکور بیشترین عمر را داشته باشد جستجو شده است. ماشینکاري در دو مرحله کلی حشک و با استفاده از مواد خنک کننده انجام شده به طوري که در هر مرحله با انتخاب سرعت برشی به عنوان پارامتر تغییر سایر پارامترهاي ماشینکاري ثابت فرض شدهاند. با استفاده از نتایج حاصل از ماشینکاري و معادلات تي وریک موجود طول عمر ابزار برشی بررسی شده است. نتایج حاصل نشان میدهد که عمرابزار در ماشینکاري خشک براي سرعت برشی کمتر از 20(m/min) با آهنگ زیادي افزایش مییابد اما سرعت ماشینکاري به همان نسبت کاهش می یابد. همچنین عمرابزار از سرعت 20(m/min) تا 40 ( m/min )کم شده و در سرعت هاي بالاتر به شدت کاهش می یابد بنابراین سرعت برشی در محدوده بین (m/min) 20 تا 30(m/min) بهینه است. در ماشینکاري با مواد خنک کننده عمرابزار براي سرعت برشی کمتر از 30(m/min) به شدت افزایش یافته ودر محدوده 30(m/min) تا 50(m/min) کاهش یافته و در سرعت هاي بالاتر به شدت کاهش می یابد بنابراین بهترین سرعت براي طول عمر بهینه ابزار در محدوده (m/min) 30 تا 40(m/min) می باشد. واژههاي کلیدي : معکوس کننده گودال فرسایش آستانه فرسایش تراشکاري مواد خنک کننده مقدمه پیش بینی عمر ابزار و تعیین موقعیت آن در فرآیند ماشینکاري از مباحث مهم در طراحی یک ابزار برشی مناسب محسوب می شود به طوري که با شناسایی دقیق پارامترهاي مو ثر بر فرسایش ابزار می توان طول عمر آن را افزایش داده و در نتیجه هزینه ماشینکاري را تقلیل داد. زانگ و همکارانش در سال 2006 مکانیزم سایش ابزار را براي سه جنس متفاوت مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل نشان میدهد که مکانیزم سایش براي ابزار و قطعه کار WC/Steel بر مبناي فرسایش اصطکاکی بوده در حالی که براي ابزار و قطعه کار PCBN/hardening - steel سایش به صورت شیمیایی انجام می شود همچنین بیشتر سایش براي این دو جنس در اثر حرارت و دما بوده در حالی که براي PCD نیاز به تحقیقات بیشتر است تا بتوان احاطه مکانیزم سایش را بیان کرد[ 1 ]. باري و همکارانش در سال 2001 مکانیزم سایش ابزار CBN/TiC را در ماشینکاري AISI 4340 چهارگانهاي در نرخ سایش ابزارهاي برشی بررسی کرده و تغییرات CBN/TiC در سه حالت مختلف مشاهده نمود. در بررسی سطح گودال 1 فرسایش فاز TiC بالاي فاز CBN برآمده شده است به 2 طوري که روي این ابزار تکههاي چسبنده (BUL) که ترکیبی از Al-Si-Mn-S-Fe هستند قابل مشاهده است [2]. یکی از روشهاي نمایش و مشاهده سایش استفاده از یک مدل ریاضی می باشد در این روش سیگنالهاي نیرو که داراي اطلاعات درباره فرآیند می باشند بهترین گزینه براي نمایش سایش ابزار هستند. روش کار به این صورت است که آستانه فرسایش و نسبت نیروها در موقعیت هاي کاري متفاوت از طریق آزمایش جمع شده و مدل ریاضی براي آستانه سایش پیش بینی می شود[ 3 ]. در سال 2008 مایتی معادله عمر ابزار را در ماشینکاري با حرارت بالا براي فولاد منگنز دار سخت شده به دست آورد این Email: mahdavin@ut.ac.ir 88013029 فاکس : 61114013 * نویسنده مسي ول : تلفن :
نشریه تخصصی مکانیک کاربردي دوره شماره 1 اسفندماه 1390 78 معادله با استفاده از آنالیز رگرسیون به [4]. دست آمد چودهاري در سال 2004 با استفاده از یک مدل ریاضی و مقایسه آن با نتایج آزمایشی آستانه سایش را در ابزار برشی HSS اندازه گیري نمود. این مدل ریاضی با استفاده از ضریب نفوذ نرخ ضریب سایش و بارهاي وارده میتواند سایش را بررسی کند. این مدل با نتایج آزمایشی در حدود 98 درصد مطابقت داشت[ 5 ]. در سال کانتی در 2002 فرآیند تراشکاري با دستگاه CNC یک رابطه بین منطقه سایش و نیروهاي برشی پیدا کرد. در این آزمایش منطقه سایش به کمک دستگاه بافت سطح و با استفاده از نرمافزار Form TalysurfTM series اندازهگیري شد. همچنین یک مدل ریاضی براي درك بهتر بین روابط منطقه سایش و نیروهاي ماشینکاري را نشان داد این مدل که به کمک نرم افزار MATLAB ایجاد شده بود و نشان داد که افزایش منطقه سایش در اثر افزایش منطقه تماس بین ابزار و قطعه کار به وجود می آید[ 6 ]. از جمله موارد مهم و تاثیر گذار در عمر ابزار دما سرعت برشی پیشروي و عمق براده می باشد که در این بررسی در نظر گرفته شده اند در تحقیق حاضر آزمایشات عملی در دو مرحله انجام شد مرحله اول ماشینکاري خشک و در مرحله دوم ماشینکاري با مواد خنک کننده که در هر مرحله چهار سرعت برشی بررسی میشود براي تنظیم هر سرعت برشی روي دستگاه تراش 3 از دستگاهی بنام معکوس کننده استفاده می شود که با استفاده از این دستگاه و با تغییر فرکانس ورودي به ماشین تراش میتوان دور ماشین را تغییر داده و دور مورد نظر را روي آن تنظیم بدین ترتیب می توان یک سرعت برشی ثابت را روي دستگاه تنظیم کرد به طوري که سایر پارامترها ثابت فرض میشوند. پارامترهاي ماشینکاري در جدول( 1 ) نشان داده شده است لازم به ذکر است در مواردي که قطر قطعه کار کم می شود باید با افزایش دور ماشین سرعت برشی را ثابت نگه داشت حال پس از اینکه قلم شروع به کار می کند به محض اینکه عمر آن به پایان برسد زمان آن با دورسنج تعیین شده و نمودار عمر آن رسم می شود. در سرعت هاي برشی پایین که قلم بر اثر فرسایش از بین می رود در صورت مشاهده گودال 4 فرسایش و آستانه فرسایش عملیات متوقف میگردد و با استفاده از میکروسکوپ عمق گودال در لبه براده و پهناي فرسایش در لبه آزاد اندازهگیري میشوند. همچنین میتوان با استفاده از میکروسکوپ از نوك ابزار تصاویر میکروسکوپی لازم را تهیه نمود. شرح آزمایش براي بررسی سایش نیاز به تجهیزات است تا بتوان سایش را در ابزار برشی اندازه گیري کرد بدین منظور تجهیزات به کار رفته به همراه مشخصات آنها در زیر آمده که عبارتند از: دستگاه تراش TN-50BR 2 با طول مترکه ساخت کارخانه ماشین سازي تبریز-ایران است 5 دستگاه معکوس کننده (VFD) مدل LGکه ig5 درواقع تغییر دور دستگاه به همین دستگاه انجام می شد. دور سنج مدل ig5-lg صورت دلخواه توسط که از این دستگاه براي تعیین دور دستگاه تراش استفاده می شود. میکروسکوپ مدل N5253 که از این دستگاه براي بزرگنمایی نوك قلم, اندازه گیري پارامترهاي لازم از جمله عمق گودال پهناي گودال پهناي آستانه فرسایش و از طریق دوربین دیجیتال براي عکس برداري استفاده می شود. بزرگنمایی میکروسکوب 50 برابر بوده و همچنین این دستگاه داراي میز محرك و گردان است و دقت حرکت میز آن 0.005 میلیمتر است و از طریق بالا و پایین کردن عدسی تمرکز انجام می شود. ابزار برشی (HSS) 6 که عناصر آلیاژي بکار رفته در آنها عبارتند از تنگستن(در حدود %18 ) و کرم (در حدود %4). این فولادها ممکن است کبالت وانادیم و یا مولیبدن هم داشته باشد. فولاد St-37 که داراي استحکام کششی 350Mpa و درصد تغییر طول نسبی شکست %25 می باشد. ماده خنک کننده درصد روغن می باشد. که مخلوط میلگرد مورد آزمایش داراي طول است. تي وري سایش درصد آب و 5 95 و قطر 50cm 60mm روابط بین نرخ سایش و بار وارده به صلبیت تغییر شکل ذرات سایش وابسته است به طوري که روابط نرخ سایش حجمی نرخ سایش حجمی به صورت رابطه اي
79 تحلیل فرسایش ابزار... بیان می شود[ 5 ]: (1) که در آن Vc N Z H و m به ترتیب سختی نسبی ابزار - قطعه کار ضریب سایش بار وارده به سطح سرعت سایش ثابت وابسته با طبیعت لایه هاي برداشته شده میباشد. از رابطه محاسبه نمود: (2) θ f R (2) Z 0 می توان ضریب سایش را و U به ترتیب ثابت وابسته به جنس ابزار و قطعه کار ثابت گازها دماي مطلق انرژي فعال است. براي مناطق غیر حساس دمایی ضریب سایش متوسط به صورت زیر محاسبه می شود. (3) θ) f ) avg دماي سایش متوسط است (4) در این رابطه d به ترتیب سرعت برشی f Vc پیشروي عمق برش و ضرایب نتایج آزمایش تعیین می شوند. نحوه آزمایش γ β آزمایش ها در دو حالت انجام شد: ماشینکاري خشک ثابتهایی هستند که از ماشینکاري با سرعت هاي برشی مختلف انجام شد. جدول (1) مقادیر آزمایش ماشینکاري را نشان می دهد. به همراه پارامترهاي هاي جدول : 1 مقادیر آزمایشات به همراه پارامترهاي ماشینکاري. آزمایش سرعت برشی (m/min) پیشروي عمق بار ap (mm) af (mm/rev) زاویه براده γ زاویه آزاد α 8 0 14 0 1 0.11 20 1 8 0 14 0 1 0.11 30 2 8 0 14 0 1 0.11 40 3 8 0 14 0 1 0.11 4 8 0 14 0 1 0.11 60 5 8 0 14 0 1 0.11 120 6 شکل (1) هندسه ابزار برشی را نشان می دهد. شکل 1: شماي مشخصات ابزار برشی. قابل توضیح است که زاویه تنظیم اصلی همان زاویه لبه برنده اصلی به محور طولی قطعه کار و همچنین زاویه تنظیم فرعی همان زاویه بین لبه برنده فرعی با امتداد طولی قطعه کار میباشد. لازم به ذکر است که براي تنظیم ماشین روي سرعت برشی مشخص 20m/min ابتدا سرعت دورانی ماشین را با توجه به همین سرعت برشی پیدا کرده و سپس ماشین روي این سرعت دورانی تنظیم می شود. براي این تنظیم لازم است که فرکانس ورودي به ماشین تنظیم شود. به طوري که با استفاده از روابط موجود و با دردست داشتن سرعت دورانی فرکانس متناظر محاسبه میشود و حال با استقاده از دورسنج سرعت دورانی اسپیندل کنترل می شود در صورت وجود اختلاف باید در فرکانس ورودي تغییرات ایجاد شود. پس از تنظیم پارامترهاي مشخص روي ماشین تاثیر سرعتهاي برشی بررسی می شود. براي هر بار تنظیم باید ابزار برشی تعویض گردیده و زوایاي آن مطابق پارامترهاي ثابت آزمایش باشد. همچنین باید شرایط کاري براي هر آزمایش و براي بررسی هر سرعت مانند همدیگر باشد. در هنگام محاسبه عمر ابزار با توجه به مشاهداتی که در حین آزمایش شد عمر ابزار براورد شد به عنوان مثال ابزارهایی که در اثر حرارت از بین می رفتند نوك آنها کاملا برداشته میشد و دیگر قابل استفاده نبود بنابراین در همین لحظه عمر ابزار پایان یافته زمان آن ثبت میشد. براي ابزار هاي که در اثر فرسایش از بین می روند ملاك پایان عمر آنها مطابق با مقادیر استاندارد بود که در مرجع [8] ذکر شده است. در جدول (2) میزان عمر ابزار براي هر سرعت برشی و در شرایط بدون دست آمده است. مواد خنک کننده به در این قسمت ابزار براي سرعت هاي برشی 120- m/min در اثر حرارت از بین رفته و براي سرعت برشی m/min 30 در اثر حرارت و سایش و براي سرعت برشی
80 m/min 20 ابزار در اثر سایش از بین رفته است. منحنی تغییرات عمر ابزار براي ماشینکاري خشک و بر حسب زمان به صورت شکل (2) است. نشریه تخصصی مکانیک کاربردي دوره شماره 1 اسفندماه 1390 جدول 2: میزان عمر ابزار براي هر سرعت برشی. عمرابزار (min) 0.0167 1. 167 27 255 سرعت برشی (m/min) 120 30 20 شکل 3 : تصویر میکروسکوپی لبه براده در ماشینکاري خشک و در سرعت برشی( 20(m/min. شکل : 2 منحنی تغییرات طول عمر ابزار بر حسب زمان. معادله تغییرات طول عمر ابزار برشی بر حسب زمان از رابطه زیر به دست می آید. V c.t (0.15) =cte (5) در این رابطه عبارت سرعت برشی V c وt (m/min) طول عمر ابزار بر حسب دقیقه می باشد. عدد [7] 0.15 با توجه به نوع ابزار و نوع ماشینکاري انتخاب شده است. با توجه به نتایج به دست آمده از آزمایش, ثابت معادله عدد به دست میآید زیرا سرعت برشی و زمان پایان عمر ابزار مشخص است بنابراین این دو را در داده و عدد رابطه (5) قرار حاصل می شود. لذا در آزمایشات این تحقیق میتوان معادله زیر را به منظور تعیین طول عمر ابزار مورد استفاده قرار داد. سایش از موارد مهم در کاهش عمر ابزار می باشد. V c.t (0.15) = (6) شکل (3) تصویر میکروسکوپی سطح براده ابزار را که در اثر سایش از بین رفته نشان می دهد. در این قسمت ابزار دیگر در اثر حرارت از بین نرفته بلکه در اثر کار زیاد سایش باعت از کار افتادگی ابزار شده است. لازم به ذکر است که ابزار در سرعت برشی 20(m/min) حدود 240 ساعت زمان خالص ماشینکاري داشته است. حال براي اندازهگیري پهناي گودال و عمق گودال با استفاده از میکروسکوپ عدسی میکروسکوپ را بر روي نوك ابزار تمرکز داده تا بتوان سطح بالاي گودال را کاملا شفاف دید. سپس محور قاي م میکروسکوپ را به پایین حرکت داده تا بتوان عمق گودال را شفاف دید حال میتوان میزان حرکت محور قاي م میکروسکوپ را یادادشت کرده و به عنوان عمق گودل آن را نوشت. براي اندازه گیري پهناي گودال هم میتوان با استفاده از حرکت هاي افقی میز که مدرج شده است پهناي گودال را اندازه گیري کرد. جدول (3) مربوط به اندازه گیري در سطح براده بوده که در آن عمق و پهناي گودال در سرعت برشی =20(m/min) V c اندازه گیري شده اند. جدول 3 :پارامترهاي اندازه گیري شده در سطح براده براي 20 زمان 240 ساعت. سرعت برشی V c (m/min) پهناي گودال در سطح براده (mm) C w 0.705 0.22 (3) عمق گودال در سطح براده (mm) k t در شکل (4) تصویر سطح آزاد ابزار موجود در شکل می باشد که در آن پهناي آستانه فرسایش اندازه گیري شده است مقادیر پهناي آستانه فرسایش اندازه گیري شده در جدول (4) آمده است.
تحلیل فرسایش ابزار... 81 در خصوص اثر نوك ابزار بر روي الگوي سطح ماشینکاري شده مطالعات زیادي انجام گرفته و نشانگر آن است که هندسه نوك ابزار تاثیر به سزایی در کیفیت سطح حاصل دارد[ 10 ]. جدول 5: طول عمر ابزار براي سرعت هاي برشی مختلف. شکل 4 :تصویر میکروسکوپی لبه آزاد در ماشینکاري خشک در سرعت برشی.20(m/min) نحوه اندازه گیري پهناي فرسایش و بیشه پهناي فرسایش به کمک میز افقی میکروسکوپ که مدرج شده است انجام شد. جدول 4: پارامترهاي اندازه گیري شده در سطح ازاد براي زمان 20 240 ساعت. 0.03 0.26 پهناي فرسایش در سطح ازاد (mm) V b عمرابزار (min) 0.05 0.47 34 341 سرعت برشی (m/min) 120 60 30 منحنی تغییرات طول عمر ابزار بر حسب زمان در شکل (5) آمده است. بیشینه پهناي فرسایش (mm) V bmax ماشینکاري با استفاده از مواد خنک کننده در این مرحله عملیات ماشینکاري مشابهه حالت قبل ولی با حضور مواد خنک کننده انجام می شود. ویژ گیهاي مواد خنک کننده که مخلوط آب وصابون یا همان آب با روغن است که در قسمت شرح آزمایش آمده است. سرعتهاي برشی -30--60-120(m/min) طریقه محاسبات مانند ماشینکاري خشک است. بوده و پس از تنظیم پارامترهاي ثابت روي ماشین تاثیر سرعتهاي برشی بررسی شده است. در این حالت طول عمر ابزار را می توان بر مبناي اثرات مکانیکی (سایش) و حرارتی بررسی کرد در صورتی که ابزار در اثر حرارت از بین برود نوك ابزار سیاه شده و نوك ان از بین می رود. معیار پایان عمر ابزار در اثر سایش با توجه به مقادیر استانداردي هستند که در مراجع ذکر شده است[ 7 ] به عنوان مثال براي ابزار HSS معیار پایان عمر ابزار در اثر سایش زمانی است که V b 0.3 میلیمتر برسد[ 9 ]. (پهناي آستانه فرسایش) به جدول (5) عمر ابزار را براي ماشینکاري با استفاده از مواد خنک کننده نشان میدهد. شکل 5: منحنی تغییرات طول عمر ابزار درماشینکاري با مواد معادله کننده به صورت خنک کننده. طول عمر ابزار در ماشینکاري با مواد خنک معادله صورت زیر خواهد بود[ 11 ]: 5 بوده که پس از اصلاح به V c.t (0.15) =70 (7) در این رابطه V c سرعت برشی بر حسب (m/min) و t طول عمر ابزار بر حسب دقیقه می باشد عدد 70 با توجه به نتایج آزمایش ها به دست آمده است. شکل 6 : تصویر میکروسکوپی لبه ابزار در ماشینکاري با مواد خنک کننده در سرعت برشی( 30(m/min.
نشریه تخصصی مکانیک کاربردي دوره شماره 1 اسفندماه 1390 82 در شکل (6) تصویر میکروسکوپی از سطح آزاد ابزار که در آن پهناي آستانه فرسایش اندازه گیري شده است نشان می دهد. پهناي فرسایش حاصل از اندازه گیري در لبه آزاد ابزار در جدول (6) آمده است. جدول 6: پارامترهاي اندازه گیري شده در سطح آزاد براي زمان 341 دقیقه. 30 0.2 0.395 پهناي فرسایش در سطح ازاد (mm) V b بیشینه پهناي فرسایش (mm) V bmax شکل (7) تصویر میکروسکوپی لبه براده ابزار می باشد که در آن عمق گودال فرسایش اندازه گیري شده را نشان میدهد. شکل 8 : تصویر میکروسکوپی لبه آزاد در ماشینکاري با مواد خنک کننده در سرعت برشی( (m/min. جدول 8 : پارامترهاي اندازه گیري شده در سطح ازاد براي زمان 34 دقیقه. 0.395 - پهناي فرسایش در سطح ازاد (mm) V b بیشینه پهناي فرسایش (mm) V bmax در شکل (9) تصویر لبه براده می باشد که اطلاعات آن در جدول (9) میباشد. شکل 7 : تصویر میکروسکوپی لبه براده در ماشینکاري با مواد خنک کننده با سرعت برشی( 30(m/min. پهناو عمق گودال در لبه براده ابزار که با استفاده از میکروسکوپ نوري اندازه گیري شده در جدول (7) آمده است. جدول 7 : پارامترهاي اندازه گیري شده در سطح براده براي 30 زمان 341 دقیقه. 0.625 0.14 پهناي گودال در سطح براده (mm) C w عمق گودال در سطح براده (mm) k t شکل 9 : تصویر میکروسکوپی لبه براده در ماشینکاري با مواد خنک کننده در سرعت برشی( (m/min. جدول 9: پارامترهاي اندازه گیري شده در لبه براده براي زمان 34 دقیقه. پهناي گودال در سطح براده (mm) C w عمق گودال در سطح براده (mm) k t 0.5 0.18 شکل تصویر (8) میکروسکوپی تصویر لبه آزاد ابزار میباشد که پارامترهاي اندازه گیري شده در آن در جدول (8) آمده است.
83 تحلیل فرسایش ابزار... بررسی روند ایجاد گودال و آستانه فرسایش در استفاد از مواد خنک کننده به منظور مشاهده بهتر فرسایش در ابزار در حالت براي یک سرعت برشی مشخص روند ایجاد گودال و آستانه فرسایش در ماشینکاري با مواد خنک کننده بررسی شد علت انتخاب این سرعت این بود که با توجه به نتایج سرعت هاي قبلی قطعا در این سرعت گودال و آستانه فرسایش در ابزار ایجاد میشد همچنین این سرعت تا اینجا بررسی نشده بود. بدین طریق که در طی مراحل ماشینکاري وضعیت نوك ابزار توسط اخذ تصاویر میکروسکوپی مورد ابزار قرار می گیرد لازم به ذکر است که این مرحله با سرعت برشی ) (m/min V c 40= انجام شده است. جدول (10) نتایج حاصل از آزمایش را نشان می دهد. شکل 11: منحنی تغییرات آستانه فرسایش بر حسب زمان. جدول 10: نتایج حاصل آزمایش از ایجاد گودال و آستانه فرسایش. زمان( min ) K T (mm) V B (mm) C w (mm) 56 0.03 0.21 0.6 شکل 12: منحنی تغییرات پهناي گودال فرسایش بر حسب زمان. همچنین پهناي آستانه و گودال فرسایش در این مرحله از آزمایش اندازه گیري شده است. اشکال (11) و (12) به ترتیب تغییرات پهناي آستانه فرسایش و پهناي گودال فرسایش را نشان می دهند. پاره اي از اطلاعات مربوط به وضعیت نوك ابزار در سرعت برشی (m/min) 40 و از زمان هاي کار کرد 56 min و 111min در جدول (12) آمده است. 74 0.08 0.25 0.63 90 0.1 0.31 0.64 111 0.12 0.38 0.65 130 0.14 0.39 0.66 شکل (10) رفتار عمق گودال فرسایش را در در زمان هاي مختلف و در سرعت برشی (m/min)40 نشان می دهد. جدول 11 : وضعیت نوك ابزار در سرعت برشی (m/min) 40. عمق گودال فرسایش kt (mm) زمان( min ) پهناي گودال فرسایش C w (mm) پهناي آستانه فرسایش V c (mm) 56 0.03 0.6 0.21 111 0.12 0.65 0.38 شکل 10: منحنی تغییرات عمق گودال فرسایش بر حسب زمان. تصاویر میکروسکوپی حاصل از نتایج جدول (11) براي سطوح براده و آزاد ابزار در اشکال (13) و (14) آمده است.
نشریه تخصصی مکانیک کاربردي دوره شماره 1 اسفندماه 1390 (b) 84 (a) (a) شکل 13 :تصاویر میکروسکوپی سطح براده در ماشینکاري مواد. خنک کننده در سرعت برشی 40m/min ( a ):سطح براده پس 56 دقیقه کارکرد ( b ):سطح ازاد پس از 56 دقیقه کارکرد (b) شکل 14 :تصاویر میکروسکوپی سطح براده در ماشینکاري بحث مواد. خنک کننده در سرعت برشی 40m/min ( a ):سطح براده پس 111 دقیقه کارکرد ( b ):سطح ازاد پس از 111 دقیقه کارکرد در حقیق حاضر ماشینکاري فولاد با ابزار ST-37 برشی HSS در دو حالت استفاده و بدون استفاده از ماده خنک کننده صورت گرفته است. شکل (2) تغییرات طول عمر ابزار را بر حسب زمان نشان می دهد. با توجه به این شکل طول عمر ابزار در سرعت هاي برشی بالا کاهش یافته و در سرعت برشی (m/min) 20 بیشینه است. علت این امر آن است که با افزایش سرعت برشی تمرکز حرارت در نوك ابزار بیشتر شده و فرسایش آن شدت می یابد. تصاویر میکروسکوپی اشکال ضمن تایید این (4) و (3) مطلب نشان میدهند که اگرچه عامل اصلی فرسایش در سرعت هاي بالا تمرکز انرژي حرارتی است لیکن این عمل به علت سست شدن مرز دانه ها و رهایی توده هایی از ماده صورت میگیرد. شکل (5) نشان میدهد که با استفاده از مواد خنک کننده به میزان قابل توجهی میتوان طول عمر ابزار را افزایش داد. زیرا در این حالت حرارت متمرکز در جبهه پیشانی ابزار از طریق انتقال حرارت با مایع خنک کننده دفع شده و توده هاي ماده ابزار استحکام خود را تا حدودي حفظ می کنند به طوریکه پایداري عمر ابزار تا سرعت برشی 40 m/min نسبت به حالت قبل افزایش می یابد. شکل میکروسکوپی 6 مطلب فوق را تایید میکند با توجه به این شکل عدم حضور گودال مذاب نسبت به حالت قبل نوید کم شدن نقش حرارت در حذف توده هاي ماده ابزار می باشد. با توجه به شکل (10) میتوان گفت که تا زمان 60 دقیقه عمق گودال با آهنگ رشد کمتري پیش می رود اما از زمان 60 دقیقه به بعد آهنگ رشد عمق گودال بیشتر میشود تا اینکه در زمان 75 دقیقه دوباره کاهش می یابد. ملاحظه می شود که در شکل (11) پهناي آستانه فرسایش با افزایش زمان بیشتر می شود و به روند صعودي خود ادامه می دهد. در شکل (12) پهناي گودال فرسایش از زمان دقیقه 55 به بعد شروع می شود و در 140 دقیقه به بیشینه خود میرسد. در این نمودار از زمان 60 تا 75 دقیقه آهنگ رشد پهناي گودال زیاد است اما از زمان 80 دقیقه این رشد کاهش می یابد. نتیجهگیري در این تحقیق وضعیت فرسایش نوك ابزار در ماشینکاري با استفاده از ماشینهاي تراش و در حضور و عدم حضور مایع خنک کننده مورد برسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از ماشینکاري نشان میدهد که ابزار در سرعتهاي برشی بالا در اثر حرارت و گرماي زیاد از بین میرود و در سرعت هاي برشی پایین در اثر فرسایش از بین میرود و همانطور که ملاحظه شد ابزاري که در اثر فرسایش از بین میرود عمر بیشتري دارد بنابراین با انتخاب یک سرعت برشی مشخص می توان از ابزار hss استفاده بهینه را برد. با توجه به شکل (2) می توان نتیجه گرفت که عمر قلم براي سرعت برشی کمتر از 20(m/min) به شدت افزایش می یابد اما نرخ براده برداري و سرعت ماشینکاري به همان نسبت کاهش مییابد و همچنین عمر ابزار از سرعت 20(m/min) تا
تحلیل فرسایش ابزار... 40(m/min) کم شده و در سرعت هاي بالاتر به شدت کاهش مییابد بنابراین بهترین سرعت برشی در محدوده بین ( 20(m/minتا (m/min) 30 است. در ماشینکاري با مواد خنک کننده با توجه به شکل 85 شدت افزایش یافته و همچنین عمر ابزار از سرعت 30(m/min) تا 50(m/min) کاهش یافته و در سرعت هاي بالاتر به شدت کاهش مییابد بنابراین بهترین سرعت در محدوده بین ( 30(m/minتا( 40(m/min است. (5) عمر ابزار براي سرعت برشی کمتر از 30(m/min) به مراجع 1 - Arsecularatne, J. A., Zhang, L. C. and Montross, C. (2006). "Wear and tool life of tungsten carbide, PCBN and PCD cutting tools." International Journal of Machine Tools & Manufacture Vol. 46, PP. 482 491. 2 - Barry, J. and Byrne, G. (20001). "Cutting tool wear in the machining of hardened steels.part II: cubic boron nitride cutting tool wear." Wear 247, PP. 152 160. 3 - Choudhury, S. K.and Kishore, K. K. (2000). "Tool wear measurement in turning using force ratio." International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 40, PP. 899 909. 4 - Maity, K. P. and Swain, P. K. (2008). "An experimental investigation of hot-machining to predict tool life." Journal of Materials Processing Technology, Vol. 198, PP. 344 349. 5 - Choudhury, S. K. and Srinivas, P. (2004). "Tool wear prediction in turning." Journal of Materials Processing Technology, 153 154, PP. 276 280. 6 - Sumit Kanti Sikdar, Mingyuan Chen, (2002). "Relationship between tool flank wear area and component forces in single point turning." Journal of Materials Processing Technology, Vol. 128, PP. 210 215. 7 جفري ب. وینستون اي.ن "مبانی ماشینکاري و ماشین هاي ابزار" چاپ اول نشر دانشگاهی تهران 1378. 8 - Childs, T. (2000). "metal machining theory and applications." University of Leeds, UK,. 9 - Alden Kendall, A. (1992). "Friction and wear of cutting tools and cutting tool materials." ASM Handbook, Vol. 18, PP. 609-620. 10 - Holmberg, K. and Matthews, A. (1994). Coatings tribology, Properties, techniques and applications in Surface Engineering, Ed: D. Dowson, Elsevier. 11 - Dipl.-Ing, Schmidt,c. (2003). "Tool Wear Prediction and Verification in Orthogonal Cutting.,May 20. 1 - Crater wear 2 - Built up layer 3 - Inverter 4 - Flank wear 5 - Variable-Frequency-Drive 6 - High Speed Steel واژه هاي انگلیسی به ترتیب استفاده در متن