ارائه‌کننده: محمد شادمانی

استاد راهنما: دکتر امیر راستی

استاد ناظر داخلی: دکتر حامد دیلمی عضدی

استاد ناظر خارجی: دکتر احسان خواصی

تاریخ: 1405/07/22

ساعت: 10:00

مکان: دانشکده مهندسی مکانیک، طبقه اول، کلاس 154

چکیده:

در فرایندهای ماشین‌کاری، کنترل شرایط حرارتی و اصطکاکی ناحیه برش نقش مهمی در بهبود کیفیت سطح، کاهش سایش ابزار و افزایش پایداری فرایند دارد. روانکاری کمینه (MQL) به‌عنوان یکی از روش‌های جایگزین روانکاری غرقابی، با کاهش قابل‌توجه مصرف سیال برشی، امکان استفاده هدفمند از روانکار را فراهم می‌کند. بااین‌حال، محدودیت در اتمیزاسیون مناسب سیال و انتقال مؤثر قطرات به فصل مشترک ابزار و قطعه‌کار، از چالش‌های اصلی این روش محسوب می‌شود. در پژوهش حاضر، سامانه روانکاری کمینه به کمک ارتعاشات التراسونیک تحت میدان الکترواستاتیک (UEMQL) با هدف بهبود فرایند تشکیل قطرات، افزایش قابلیت انتقال و رسوب روانکار در ناحیه برش و ارتقای شاخص‌های سلامت سطح طراحی و ساخته شد. در این سامانه، از مجموعه مبدل پیزوالکتریک و هورن التراسونیک برای بهبود اتمیزاسیون سیال و از میدان الکترواستاتیک برای تأثیرگذاری بر حرکت و هدایت قطرات روانکار استفاده شد. همچنین مجموعه تأمین و کنترل سیال، هوای فشرده و نگهدارنده قابل‌تنظیم هورن در ساختار دستگاه یکپارچه گردید تا امکان مقایسه عملکرد روش‌های مختلف روانکاری فراهم شود.

 به‌منظور ارزیابی عملکرد سامانه ساخته‌شده، آزمایش‌های فرزکاری روی فولاد آلیاژی AISI 4340 با استفاده از پنج سیال شامل آب خالص، روغن سنتتیک، سیال نیمه‌سنتتیک، روغن معدنی و روغن گیاهی در سه روش روانکاری کمینه متداول (MQL)، روانکاری کمینه به کمک ارتعاشات التراسونیک (UMQL) و روش ترکیبی ارتعاشات التراسونیک و میدان الکترواستاتیک (UEMQL) انجام شد. در این آزمایش‌ها، شاخص‌های سلامت سطح شامل زبری متوسط Ra، حداکثر ارتفاع پروفیل زبری Rz، زبری سه‌بعدی Sa و میکروسختی سطحی و زیرسطحی مورد ارزیابی قرار گرفتند. همچنین تغییرات میکروسختی تا عمق 80 میکرومتر زیر سطح بررسی شد.

 در ادامه، اثر سرعت دورانی اسپیندل و پیشروی به ازای هر دندانه بر خروجی‌های ماشین‌کاری در شرایط UEMQL با استفاده از تحلیل واریانس، نمودارهای اثرات اصلی و مدل‌های رگرسیونی تحلیل شد. به‌منظور ارزیابی کیفی بافت سطح و بررسی آثار ناشی از فرایند براده‌برداری نیز از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده گردید. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که استفاده از ارتعاشات التراسونیک و میدان الکترواستاتیک تأثیر قابل‌توجهی بر بهبود شاخص‌های زبری سطح داشته است.

 میانگین پارامتر Ra در روش‌های MQL، UMQL و UEMQL به ترتیب برابر با 1.120، 0.727 و 0.498 میکرومتر به دست آمد که نشان‌دهنده کاهش 55.5 درصدی زبری در روش UEMQL نسبت به MQL است. همچنین میانگین پارامتر Rz از 4.902 میکرومتر در روش MQL به 2.153 میکرومتر در روش UEMQL کاهش یافت که معادل بهبود 56.1 درصدی است. در مورد زبری سه‌بعدی Sa نیز میانگین مقدار از 1.583 به 0.676 میکرومتر کاهش یافت و بهبود 57.3 درصدی حاصل شد. در میان سیالات مورد بررسی، روغن گیاهی در روش UEMQL با مقادیر Ra برابر با 0.288، Rz برابر با 1.231 و Sa برابر با 0.384 میکرومتر بهترین عملکرد را نشان داد. در مقابل، آب خالص در روش MQL نامطلوب‌ترین کیفیت سطح را ایجاد کرد. همچنین مشخص شد که تأثیر میدان الکترواستاتیک به نوع سیال وابسته بوده و در روغن معدنی، میزان بهبود ناشی از افزودن میدان نسبت به سایر سیالات روغنی محدودتر بوده است.