زمان خاموشی پالس
(µs)
ولتاژ گپ
(v)
مقدار
۶
۳۵
۵
۸۰
دامنه اطمینان برای مقدار بهینه به‌دست‌آمده، با سطح اطمینان ۹۰%، ۶۴۶/۰± است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
۴-۴- بررسی تاثیر جنس ابزار
در این بخش نرخ براده‌برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح به دست آمده با دو ابزار مسی و برنجی در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک مقایسه می‌شود.
۴-۴-۱- تاثیر جنس ابزار بر نرخ براده‌برداری
شکل (۴-۷) نشان می‌دهد که در سطوح انرژی مختلف فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک، ابزار مسی نرخ براده‌برداری بیشتری نسبت به ابزار برنجی دارد. مقاومت الکتریکی[۶۱] بیشتر ابزار برنجی در مقایسه با ابزار مسی، موجب ممانعت بیشتر در مقابل عبور جریان و انتقال کمتر جریان الکتریکی به فاصله گپ ماشینکاری می‌شود و در نتیجه مقدار انرژی تخلیه کاهش می‌یابد و مقدار ماده کمتری از سطح قطعه‌کار جدا می‌شود و منجر به نرخ براده‌برداری کمتر می‌شود. همچنین رسانایی حرارتی بیشتر ابزار مسی در مقایسه با ابزار برنجی، موجب انتقال بیشتر حرارت تولیدی در ابزار (به دلیل جرقه زنی در سطح ابزار) به محیط اطراف و قطعه‌کار می‌شود که می تواند نرخ براده‌برداری را بیشتر کند.
شکل ۴ -۷- مقایسه نرخ براده‌برداری به دست آمده با دو ابزار مسی و برنجی در سطوح انرژی تخلیه مختلف.
۴-۴-۲- تاثیر جنس ابزار بر نرخ سایش ابزار
شکل (۴-۸) نشان می‌دهد که با بهره گرفتن از ابزار برنجی در همه سطوح انرژی تخلیه فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک، نرخ سایش ابزار بیشتری در مقایسه با ابزار مسی به دست می‌آید. چون فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی یک فرایند حرارتی است، می‌توان این‌چنین در نظر گرفت که دمای ذوب بیشتر جنس ابزار، به نرخ سایش ابزار کمتری منجر می‌شود. محدوده دمایی ذوب ابزار برنجی کمتر از ابزار مسی است و در نتیجه مقدار برنج ذوب و تبخیر شده در طو ل جرقه‌زنی، بیشتر از ابزار مسی است. همچنین مقاومت الکتریکی بیشتر ابزار برنجی موجب برخورد بیشتر الکترون‌ها با اتم‌های سازنده ابزار می‌شود که دمای ابزار را افزایش می‌دهد و از طرفی، رسانایی حرارتی کمتر ابزار برنجی در مقایسه با ابزار مسی، موجب جذب بیشتر حرارت توسط ابزار می‌شود که این عامل نیز، دمای ابزار را بالا می‌برد و در نتیجه نرخ سایش ابزار به دست آمده با ابزار برنجی بیشتر از ابزار مسی می‌باشد. ابزار مسی که رسانایی حرارتی بیشتری دارد، می‌تواند شک‌های حرارتی[۶۲] را از روی ابزار رها کند، همچنین مس چقرمگی کافی را برای نگه‌داشتن ماده ابزار در کنار هم دارد. بنابراین، نرخ سایش ابزار مسی کمتر از ابزار برنجی می‌باشد.
شکل ۴-۸- مقایسه نرخ سایش ابزار به دست آمده با دو ابزار مسی و برنجی در سطوح انرژی تخلیه مختلف.
۴-۴-۳- تاثیر جنس ابزار بر زبری سطح
شکل (۴-۹)، زبری سطح به دست آمده با دو ابزار مسی و برنجی را در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک، در سه سطح از انرژی تخلیه، نشان می‌دهد. در سطوح انرژی تخلیه پایین، استفاده از ابزار مسی موجب انتقال بهتر انرژی الکتریکی به قطعه‌کار شده و ابعاد حفرات ایجاد شده در سطح قطعه‌کار افزایش می‌یابد و در نتیجه در سطوح انرژی تخلیه پایین، زبری سطح به دست آمده با ابزار مسی بیشتر از ابزار برنجی است. در سطوح انرژی تخلیه بالا، با توجه به سایش بیشتر ابزار برنجی در مقایسه با ابزار مسی، براده‌ها و مواد جدا شده از ابزار برنجی، به مقدار بیشتری در فاصله گپ ماشینکاری معلق می‌شوند، در نتیجه آلودگی گپ ماشینکاری افزایش یافته و احتمال تولید پالس آرک بیشتر می‌شود و بنابراین در سطوح انرژی تخلیه بالا، زبری سطح به دست آمده از ابزار برنجی بیشتر از ابزار مسی است.
شکل ۴-۹- مقایسه زبری سطح به دست آمده با دو ابزار مسی و برنجی در سطوح انرژی تخلیه مختلف.
۴-۵- مقایسه فرایند‌های ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، خشک و نیمه خشک
نرخ براده‌برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح سه فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، خشک و نیمه خشک در شکل (۴-۱۰- الف، ب و ج) مشاهده می‌شود.
مطابق شکل و در سطوح انرژی تخلیه بالا، فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی دارای بیشترین نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار است و فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک کمترین زبری سطح را ایجاد می‌کند. استحکام[۶۳] نفت سفید به‌عنوان سیال دی‌الکتریک در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی بیشتر از مخلوط آب دی‌یونیزه و هوا به‌عنوان سیال دی‌الکتریک در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک است و دیرتر یونیزه می‌شود و در نتیجه انرژی الکتریکی بیشتری به گپ ماشینکاری منتقل شده و مقدار ماده بیشتری از ابزار و قطعه‌کار برداشته می‌شود و به همین دلیل، نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی در سطوح انرژی تخلیه بالا، بیشتر از سایر فرآیندها است. همچنین در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی در سطوح انرژی تخلیه بالا، حفره‌های بزرگتر و عمیق‌تری در سطح ماشینکاری شده تشکیل شده و زبری سطح به دست آمده نسبت به فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک بیشتر است. اگرچه یونیزاسیون و شکست دیرتر نفت سفید به عنوان سیال دی‌الکتریک می‌تواند منجر به گسترش کانال پلاسما و کاهش نرخ براده‌برداری شود، اما ویسکوزیته بیشتر نفت سفید در مقایسه با مخلوط آب دی‌یونیزه و هوا، موجب محدود شدن بیشتر کانال پلاسما می‌شود و بدین ترتیب انرژی الکتریکی بیشتری در ناحیه کوچکی متمرکز شده و مواد بیشتری از قطعه‌کار و ابزار برداشته می‌شود.
شکل ۴-۱۰- (الف) نرخ براده‌برداری، (ب) نرخ سایش ابزار و (ج) زبری سطح، به دست آمده با فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، نیمه خشک و خشک در سطوح انرژی تخلیه کم، متوسط و زیاد.
بنابراین در سطوح انرژی تخلیه بالا، با توجه به بیشتر بودن استحکام و ویسکوزیته نفت سفید، نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی بیشترین است. همچنین در این سطح از انرژی تخلیه، فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک دارای بیشترین زبری سطح و کمترین نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار است، چون در این فرایند، ویسکوزیته سیال دی‌الکتریک (هوا) کم است و در نتیجه شکست دی‌الکتریک سریع‌تر رخ داده و انرژی کمتری به فاصله گپ منتقل می‌شود و مکانیزم‌های برداشت ماده از قطعه‌کار و ابزار مثل ذوب و تبخیر ضعیف‌تر می‌باشند.
در سطوح انرژی تخلیه پایین که انرژی کمتری به فاصله گپ منتقل می‌شود و تاثیر استحکام و ویسکوزیته سیال دی‌الکتریک کمتر است، فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک دارای بیشترین نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار و کمترین زبری سطح می‌باشد. چون اکسیژن موجود در هوا از طریق یک واکنش گرمازا حرارت بیشتری تولید می‌کند و همچنین، دفع مواد مذاب از فاصله گپ ماشینکاری توسط مخلوط آب دی یونیزه و هوای با فشار بالا، بهتر صورت می‌گیرد و احتمال ایجاد جرقه آرک کمتر شده و نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار افزایش و زبری سطح کاهش می‌یابد. در این سطح از انرژی تخلیه فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک هیچ ماده‌ای از قطعه‌کار جدا نکرد.
مطابق شکل (۴-۱۰)، با افزایش سطح انرژی تخلیه، نرخ براده‌برداری، نرخ سایش ابزار و زبری سطح بدست آمده در هر سه فرایند افزایش می‌یابند، چون با افزایش انرژی تخلیه منتقل شده به گپ ماشینکاری، مقدار حرارت بیشتری تولید شده و در نتیجه مقدار ماده ذوب و تبخیر شده از سطح قطعه‌کار و ابزار بیشتر می‌شود. همچنین در سطوح انرژی بالاتر، ابعاد حفره‌های تولید شده در سطح قطعه‌کار افزایش یافته و زبری سطح بیشتری به دست می‌آید.
۴-۶- تاثیر اعمال میدان مغناطیسی
۴-۶-۱- تاثیر میدان مغناطیسی بر نرخ براده‌برداری
شکل (۴-۱۱) نمودارهای مقایسه‌ای اثر اصلی مربوط به نرخ براده‌برداری را در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک، در حضور میدان مغناطیسی و بدون میدان مغناطیسی نشان می‌دهد. همانطوریکه در این شکل نشان داده شده است، نرخ براده‌برداری به دست آمده از فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک به کمک میدان مغناطیسی، در همه موارد بیشتر از نرخ براده‌برداری به دست آمده از این فرایند بدون استفاده از میدان مغناطیسی است. در اثر اعمال میدان مغناطیسی به محدوده گپ در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک، بیشترین مقدار بهبود در نرخ براده‌برداری ۶۰% و کمترین مقدار بهبود در نرخ براده‌برداری ۳۰% مشاهده شد. دلایل افزایش نرخ براده‌برداری این فرایند در اثر اعمال میدان مغناطیسی به فاصله گپ ماشینکاری را می‌توان بصورت زیر دسته‌بندی کرد:
- میدان مغناطیسی می‌تواند به بهبود دفع براده‌ها از گپ ماشینکاری کمک کند. به همین دلیل پایداری فرایند بهبود یافته و بنابراین بازده ماشینکاری افزایش می‌یابد و نرخ براده‌برداری بیشتر می‌شود.
- در فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک به کمک میدان مغناطیسی، با توجه به اینکه نیروی مغناطیسی مماس بر کانال پلاسما عمل کرده و از گسترش آن جلوگیری می‌کند، فشار در کانال پلاسما افزایش می‌یابد و میانگین مسیر حرکت آزاد یون‌ها کاهش می‌یابد و در نتیجه چگالی کانال پلاسما افزایش می‌یابد. افزایش چگالی کانال پلاسما منجر به افزایش نرخ براده‌برداری می‌شود.
- افزایش فشار کانال پلاسما و کاهش میانگین مسیر حرکت آزاد یون‌ها، موجب افزایش تعداد یونیزاسیون (α) در فاصله گپ می‌شود که با رابطه (۴-۳) محاسبه می‌شود:
α = PA (۴-۳)
در رابطه بالا A و B ثابت‌های گاز، P فشار کانال پلاسما و E میدان الکتریکی در فاصله گپ می‌باشد.
همچنین، میدان مغناطیسی می‌تواند با رها کردن یون‌ها و الکترون‌های در حال دوران از هسته اتمهایشان، یونیزاسیون را بیشتر کند. با توجه به اینکه کانال پلاسما دربردارنده یون‌هاست، با اعمال میدان مغناطیسی به فاصله گپ ماشینکاری، تشکیل کانال پلاسما تسریع می‌شود و زمان تاخیر جرقه کاهش می‌یابد و نرخ براده‌برداری بیشتر می‌شود.
- با اعمال میدان مغناطیسی به فاصله گپ ماشینکاری، برخورد بین ذرات در کانال پلاسما افزایش می‌یابد و این، به یونیزاسیون بیشتر و شکست سریع‌تر دی‌الکتریک منجر می‌شود. رابطه (۴-۴) نشان می‌دهد که افزایش یونیزاسیون به شکست سریع‌تر دی‌الکتریک منجر می‌شود:
