بررسی ماشینکاری با حداقل MQL میزان روانکار
اسلاید 1: بررسی ماشین کاری با حداقل میزان روانکار MQLگردآورنده: محمد صادق شفیعی نیکاستاد راهنما: دکتر عبدالواحد کمیبهار 94
اسلاید 2: چند سالی است که متخصصان ساخت و تولیدی، پتانسیل های ماشین کاری خشک(و نزدیک خشک) را کشف کرده انداستفاده از اینسرت در ماشین کاری خشک، اغلب با پیامدهای هزینه ای و سلامتی ناشی از استفاده از خنک کار، مرتبط می شود. در بیشتر فرایندهای ساخت و تولیدی، کل هزینه استفاده از خنک کار چندین مرتبه بیش از هزینه استفاده از ابزارهای برشی است
اسلاید 3: پیش از ورود به محیط ماشین کاری خشک و یا حتی ماشین کاری MQL (حداقل استفاده از روانکار)، چندین عامل است که باید در نظر گرفته شود. از نقطه نظر ابزار، در استفاده از خنک کار چه چیزی مشاهده می شود؟ بدون در نظر گرفتن هر تصمیمی پیرامون کاربرد خنک کار در هر کارگاه یا در یک ماشین خاص، در صورتیکه برای بهبود عملکرد ابزار حذف استفاده از خنک کاری را در نظر بگیریم، چه اتفاقی رخ می دهد؟کلید بهره گرفتن از تراشکاری بدون خنک کار برای ابزراهای خاصی، بر روی فهم این موضوع بنا شده است که حرارت بر روی این فرایندچه تأثیری دارد
اسلاید 4: تاثیر حرارت درماشینکاری به سادگي مي توان گفت که حرارت دوست ابزار است، اما حرارت بيش از حد دشمن ابزار است. از طريق ترکيبي از انرژي (که از طريق اسپيندل/سرعت برشي توليد مي شود) و هندسه ابزار، منطقه برشي به دمايي مي رسد که ماده قطعه کار به نقطه تسليم رسيده و جدايش، يا براده، مي تواند به خوبي شکل گيرد. حرارت بيشتر در ناحيه برش، باعث مي شود که براده راحت تر جدا شود؛ ولي حرارت خيلي زياد، نه تنها مي خواهد که براده را از قطعه کار جدا کند، بلکه از ابزار نيز براده برداري خواهد شد. نوسان از داغي به سردي، دشمن ابزار است. ابزارها داراي سختي بسيار بالايي هستند – و سيکل حرارتي مي تواند ترکهاي حرارتي ميکروسکوپي بر روي لبه ابزار ايجاد نمايد، که به شکست سريع ابزار منجر خواهد شد.
اسلاید 5: در سال 1990 در آلمان حدود 60000 تن ماده خنک کننده ((Cooling Lubricant غير محلول در آب و حدود 30000تن خنک کننده محلول در آب مورد استفاده قرار گرفته ، و با فرض اينکه خنک کننده هاي محلول در آب با غلظت 4 تا 5 درصد تهيه شده باشند ، سالانه در اين کشور حدود 650000 تن مواد خنک کننده آلاينده در محيط زيست رها مي شوند. امروزه فرآيند برش متحول شده است به نحوي که قوانين و اخطار هاي قانوني جهت حفظ محيط زيست نقش مهمي را در تدوين فرآيند ها ايفا مي کند . افزايش کيفيت برش از طريق کاربرد مواد خنک کننده با توجه به هزينه هاي حفاظت از محيط زيست تنظيم گشته و به خطر افتادن سلامت کارگران( حساسيتها و صدمات پوستي) به خاطر روغن ها و امولسيون ها نبايستي فراموش گردد.هزینه های مالی و تاثیرات زیست محیطی استفاده از روانکار:
اسلاید 6: هنگام تشخيص فرايندهايي که در آنها ابزار بدون استفاده از خنک کار بهتر کار خواهد کرد، به دو معيار اصلي توجه داشته باشيد: زمان تماس کوتاه در برش سيکل حرارتي لبه برنده مثل ابزارهاي فرزکاري قابل تعويض يا برش منقطع در تراشکاري .برخی از کاربردهایی که تشخیص آنها آسان است عبارتند از: فرایند پیچ تراشی تک لبه در فولادهای آلیاژی، کاربردهای تراشکاری پرداختی در صورتی که ابزار تنها برای چند ثانیه در عمل برش شرکت کند، و فرایندهای فرزکاری قابل تعویضی که در آنها براده ها براحتی بدون کمک گیری از پاشش خنک کار، منطقه برش را ترک می کنند. در مواد چسبنده مثل فولاد ضد زنگ آستنيتي و آلومينيوم در حاليکه ممکن است ابزار در حالت خشک بهتر کار کند اغلب، براده ها به سطح پرداخت شده چسبيده يا به آن جوش مي خورند. در اين موارد، خنک کار تنها راه جلوگيري از وقوع اين شرايط است.
اسلاید 7: ابزار هاي برشي براي تراشکاري و فرزکاري خشک امروزه ابزارهاي برشي پيشرفته مانند ابزارهاي کاربايد روکش دار، سرمتها، سراميک ها، CBN امکان برش خشک را فراهم مي کنند . کارايي سطح بالاي کاربايد هاي جديد و کامل امکان تراشکاري و فرزکاري خشک را حتي روي مواد فولادي فراهم مي سازند . از طريق زير لايه و روکش هاي جديد و اصلاح شده ، مقاومت در برابر سايش و دما در ابزار هاي کاربايد روکش دار تا حد قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد . در تراشکاري ، کاربايد هاي با روکش سراميکي (اکسيد آلومينيوم) به عنوان سپر حرارتي عمل مي نمايند و مقاومت خاصي در برابر دماهاي بالا دارند.
اسلاید 8: توضیحاتسرامیکها (ceramics )ابزارهای مدرن با سختی بسیار بالا که ماده اصلی آنها AL2O3 می باشد و برای ماشینکاری قطعات سخت کاری شده در سرعت های برشی بالا استفاده می شوند. عیب این ابزارها شکنندگی آنها است . که می توان برای رفع این نقیصه سیلسیوم کارباید به ماده اضافه شود.CBN ابزارهایی با سختی نزدیک به الماس که به علت گرم سختی بالا ٰ مقاومت در برابر اکسید اسیون و شکنندگی خوب مناسب جهت مواد سخت آهنی هستند .Cermet ابزار پیشرفته ای که دارای محاسن ابزار سرامیک است ولی مشکل شکنندگی ندارد . فلز نگهدارنده آن نیکل و ماده اصلی آن TiN/Tic PCD ابزاری از جنس ذرات الماس در اندازه 25 میکرون با سختی بسیار زیاد مناسب برای ماشینکاری آلومینیم با درصد بالای سیلسیم - مواد غیر فلزی ساینده و پلاستیک در سرعت های برشی بالا.
اسلاید 9: پیچ تراشی ابزارهای تک لبه ای پیچ تراشی که پروفیل 60 درجه استاندارد ایجاد می نمایند، اغلب در صورتی که بدون خنک کار استفاده شده باشند، بطور مشخصی طول عمر بیشتری از خود نشان داده اندشیار تراشی فرایندهای شیار تراشی باریک – مثل شیارهای خار حلقوی – خیلی اوقات بدون استفاده از خنک کار بهتر بوده اند.ابزارهای فرزکاری قابل تعویض به خاطر سیکل حرارتی مکرر ناشی از برش و عدم برش، تقریباً تمام ابزارهای فرزکاری قابل تعویض، ترجیح داده می شود تا در صورت امکان بدون خنک کار کار کنند.فرایند هایی که معمولا خشک انجام میشوند:
اسلاید 10: فرایندهای تراشکاری پرداختی با زمان تماس کوتاه در مواردی که «زمان در حال تماس» ابزار کوتاه باشد وماده بطور خاص «چسبنده» نباشد، در صورتی که ابزارها بدون خنک کار تراشکاری کنند، عموماً دارای طول عمر بیشتری بوده و پرداخت سطح بهتری ایجاد می کنند.ابزارهای سوراخکاری تقریباً همیشه به خنک کار نیاز دارند. تا براده ها را از داخل سوراخ به بیرون هدایت کنند .سوراخکاری خشک با ابزارهای تنگستن کارباید اغلب روی چدن خاکستری موفقیت آمیز بوده است . ولی سوراخکاری خشک روی فولاد نیازمند مطالعات بیشتری روی ابزار است زیرا این ابزار به شدت گرم می شود بنحوی که اصطکاک بین ماده و ابزار را تغییر می دهد.که البته می توان از سیستم MQL ( ماشین کاری با حد اقل روانکار ) استفاده نمود . که این مورد در مورد قلاویز کاری و حدیده کاری نیز صدق می کند
اسلاید 11: مثال کاربردي:1- در تراشکاري خشن يک قطعه به نام Fork-shaped sliding piece به خاطر استفاده از ابزاري با روکش اکسيد آلومينيوم ديگر نيازي به امولسيون نيست. در آزمايشهاي مشترک مصرف کننده و شرکت ابزار ساز سرعت پيشروي از 0.34 به 0.5 ميليمتر بر دور افزايش يافت. بدين طريق زمان واقعي برش و زمان تاثير مستقيم حرارت 28 درصد کاهش يافت. 2- در یک مثال دیگر در تراشکاری یک چرخ ترن از جنس فولاد C60 با استفاده از ابزاری با گرید CW2 هیچ نیازی به روانکاری نیست . در این مثال ابزاری با یک زیر لایه جدید پیشرفته کارباید و یک روکش چند لایه سرامیکی در شرایط برشی یکسان ماشینکاری خشک را بدون کاهش عمر ابزار امکان پذیر ساخته است.
اسلاید 12: خطرات ناشي از استفاده از خنک ساز زيادي به قرار زير است :اکسيداسيونآسيب وارد شدن به بدن انسانپوسيدگي و آسيب به بدنه ماشينافزايش هزينه هاخطر آتش سوزي در بعضي سيالات خنک ساز
اسلاید 13: حال میدانیم که در چه مواقعی میتوان ماشینکاری بصورت خشک صورت گیرد ولی همیشه نمیتوان سیال را حذف کرد و باید متحمل هزینه های شویم که بخش قابل توجهی از هزینه های تولید را شامل میشوند هزینه های روانکار( پرسنل 14٪ - سرویس 11٪ - تمیز کاری 4٪ - الکتریسته 3٪ - دفع پسماند 59٪ هزینه های ساخت ( خنک کاری 17٪ - هزینه های عمومی 27٪ - ابزار 8٪ - ماشین ابزار 39٪ -پرسنل 9٪هزينه توليد يک ميلنگ در يک کارخانه خودروسازي در کشور آلمان:
اسلاید 14: همانطور که مشاهده کردید 17% از هزینه های تولید در این محصول خاص شامل هزینه های روانکار میشود که علاوه بر این آلودگیها و اثرات زیست محیطی نیز مهم میباشدراه حل چیست؟؟
اسلاید 15:
اسلاید 16:
اسلاید 17:
اسلاید 18:
اسلاید 19:
اسلاید 20: در این قسمت به بررسی تاثیر سیستم حداقل روانکار روی عناصر ماشینکاری میپردازیم که توسط شرکت انجام شده است:Unistاولین عنصر حساس:روانکارانتخاب درست روانکار بسیار مهم است در مقاله ای که اخیرا چاپ شد محققان میزان کم پوشش اب روی سطح اب را نشان دادند همچنین در روغن ها نیز میزان تر شوندگی متفاوت است در روغن های این شرکت که ارگانیک میباشند میزان تر شوندگی بهتری نسبت به روغن های معدنی از خود نشان میدهند این به دلیل وجود مولکولها با بارهای مخالف است که باعث ایجاد یک لایه ی نازک روی قطعه کار میشوند
اسلاید 21: دومین عنصر حساس:کاربرددومین نقطه قوت این روش استفاده ی دقیق سیال است.برای اینکه روانکاری موثر واقع شود لازم است مایع روانکار بین لبه ی برش و قطعه کار قرار گیرد با مقدار کم روانکار اصطکاک کاهش پیدا نمیکند و دما در ابزار بالا میرود هدف این روش این است که لایه ی نازکی از روغن روی سطح قطعه کار ایجاد کند تا با استفاده از حداقل روانکار بیشترین تاثیر را داشته باشد.در بعضی از کاربرد ها دسترسی به محل برش امکان پذیر نمیباشد مانند فرایند سوراخکاری که با ایجاد سوراخ روی مته این امکان را فراهم میکنیممیزان هوا نقش مهمی را دارد میزان زیاد هوا ممکن است باعث ایجاد مه شود.1هدف این است که هوا به میزانی استفاده شود که روغن را به سطح ابزار برساند 1.Too much air flow may cause misting
اسلاید 22: عمر ابزار:مطالعات زیادی در این مورد شده است که در اینجا به اختصار به نتایج نهایی بدست امده از این تحقیقات بسنده میکنیم:پوشش ابزار در 1600 سوراخ نصف شده است نسبت به این روش.(شکل لبه ی برش را مشاهده کنید)در یک تحقیق دیگر با دریل عمودی تعداد سوراخهایی که با ابزار کاربایدی انجام شد از 2743سوراخ به 10550سوراخ افزایش یافت که این یعنی یک رشد 380%!!یک کاربر دیگر افزایش 41% را در استفاده در دستگاه های سی ان سی گزارش داده است.
اسلاید 23:
اسلاید 24:
اسلاید 25: مثالی ملموس تر از نتایج بررسی عمر ابزار بر اساس عرض استانه فرسایش در یک پژوهش دیگر:
اسلاید 26: شکل يک اينسرت پس از انجام عمليات ماشينکاري به مدت 45 دقيقه تحت شرايط ماشينکاري خشک و تر و حداقل استفاده از روانکار
اسلاید 27:
اسلاید 28:
اسلاید 29: انحراف ابعادی مشاهده شده بعد از عمليات تراشکاري يک ميله تحت شرايط ماشينکاری خشک و تر و حداقل استفاده از روانکار
اسلاید 30: در این بخش نتایج نهایی یک مقاله روی صافی سطح را مشاهده میکنیم:
اسلاید 31: نتایج صافی سطح بدست امده از ازمایشی دیگر
اسلاید 32: حال که با فواید روش حداقل خنک کار اشنا شدیم به بررسی مکانیزم کار آن میپردازیم:
اسلاید 33: در این سیستم به علت سادگی میتوان با حداقل امکانات یک سیستم حداقل روانکار را حتی بصورت دست ساز درست کرد که در خیلی از کارهای تحقیقاتی که دانشگاهیان انجام میدهند بجای خرید سیستم آن را درست میکنند که یک نمونه از آن را که دانشجویان هندی ساخته اند میبینید:
اسلاید 34: اگر به صورت ساده بخواهیم روش کار این سیستم را شرح دهیم میتوان گفت این سیستم با مخلوط کردن هوا و روغن و پاشش آن توسط نازل بر روی قطعه کار میکند که چون هوا را که توسط پمپ باد تولید شده است با روغن مخلوط میکند با استفاده از میزان کمی روغن فشاز بالای را تولید میکند که باعث میشود روانکار به اکثر نقاط قطعه کار برسد(تقریبا شبیه سیستم کارواش کار میکند)نکته جالب این است که میزان روغن مصرفی در این سیستم 2-20 میلی لیتر در ساعت است!!! به همین دلیل است که به سیستم حداقل روانکار نزدیک خشک نیز میگویند.
اسلاید 35:
اسلاید 36: در این قسمت با محصولات شرکت های مختلف آشنا میشویم همچنین مشخصات کلی از قبیل کشور سایت شماره تلفن و...شرکت ها:
اسلاید 37: اولین شرکتی که به محصولات آن پرداخته ایم شرکت است که به دلیل کامل بودن کاتالوگ این شرکت ارا در ابتدا معرفی میکنیم که با مدارات هیدرولیک سیستم های حداقل روانکار آشنا شویم :SKF
اسلاید 38:
اسلاید 39:
اسلاید 40:
اسلاید 41:
اسلاید 42:
اسلاید 43:
اسلاید 44:
اسلاید 45:
اسلاید 46:
اسلاید 47:
اسلاید 48:
اسلاید 49:
اسلاید 50:
اسلاید 51:
اسلاید 52:
اسلاید 53:
اسلاید 54:
اسلاید 55:
اسلاید 56:
اسلاید 57:
اسلاید 58:
اسلاید 59:
اسلاید 60:
اسلاید 61:
اسلاید 62:
اسلاید 63:
اسلاید 64:
اسلاید 65:
اسلاید 66:
اسلاید 67:
اسلاید 68: متاسفانه کاتالوگ این شرکت که یکی از شرکت های بزرگ در این زمینه است در دسترس نبود و تنها به نمونه ای از سیستم پرتابل آن بسنده میکنیم که قابلیت نصب آسان این سیستم را به وضوح نشان میدهد:
اسلاید 69:
اسلاید 70:
اسلاید 71:
اسلاید 72: همانطور که در اسلاید های بعدی خواهیم دید این شرکت ساده ترین نوع سیستم حداقل روانکار را تولید میکند
اسلاید 73:
اسلاید 74:
اسلاید 75:
اسلاید 76:
اسلاید 77: چند نمونه از قیمت تجهیزات سیستم حداقل روانکار:
اسلاید 78: 1.علی رضا میر باقری سهیل نیشابوری محمد امین شادمانی مجله فنی مهندسی ساخت و تولید شماره 25“ اشنایی با روش های نوین روانکاری و خنک کاری”2.رحمت اله پریشانی-علی ارچنگی-حسین صالحی “ماشینکاری خشک و ماشینکاری با حداقل استفاده از روانکار” [3].Technical report-Improving tool life with MQL report coutesy UNIST[4].Paul Ward, CEO of Kuroda Jena Tec Holdings Ltd – a subsidiary of KurodaPrecision Industries Ltd of Japan– describes how energy and consumable costscan be reduced without comprising machining performance.[5].Alan richter “Tool Spray “MARCH 2008[6].M.Z.A.Yazdi,C.H.CheHaron,J.A.Ghani,G.A.Ibrahim,,A.Y.M.Said”Surface integrity of Inconel 718 when finish turning with PVD coated carbide tool under MQL “[7].Salman Pervaiz, Ibrahim Deiab, Essam Moustafa Wahba,Amir,Rashid,Mihai Nicolescu“A coupled FE and CFD approach to predict the cutting tool temperatureprofile in machining”References:
اسلاید 79: [8].Skf catalogue[9].Noamist mql catalogue[10].Guhring catalogue[11].Accu-Lube catalogue[12].Indu-Lube catalogue[13].www.ebay.com
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.