دانلود مقاله تأثیر ریزساختار آلیاژ بر روی کارایی ساخت ماشینی EDM ریز

اختصاصی از فی توو دانلود مقاله تأثیر ریزساختار آلیاژ بر روی کارایی ساخت ماشینی EDM ریز دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده: ساخت ماشینی تخلیه برقی (EDM) یک فرآیند الکتریکی-حرارتی است. وقتی که ویژگی میکرو دارای همان اندازه برابر با ریزساختار آلیاژ است، کارایی ساخت ماشینی EDM میکرو بعلت تفاوت بین خصوصیات حرارتی دانه بلوری و خصوصیات محدوده بلوری تغییر پیدا میکند، و منجر به ابعاد غیر مطلوب و فرآیند ساخت ماشینی ناپایدار می گردد. برای افزایش دقت ساخت ماشینی و کارایی EDM میکرو، لازم است که تأثیر ریزساختار آلیاژ بر روی کارایی ساخت ماشینی EDM میکرو را درک کنیم. در این مطالعه، حفره های میکرو در آلیاژ تیتانیوم با بلورهای متعادل، مس، نیکل، آلیاژ نیکل-مس و فولاد ضد زنگ با دانه های بزرگ شده ایجاد شدند. میانگین مقادیر مختلف و توزیع در میزان های حذف مواد و فواصل تخلیه الکتریکی متغیر است، که نشان میدهد که کارایی ساخت ماشینی EDM میکرو تحت تأثیر ریزساختار آلیاژ قرار می گیرد.
کلمات کلیدی: ساخت ماشینی میکرو، EDM، ریزساختار آلیاژ، خصوصیات حرارتی، رسانایی گرمایی
1- مقدمه
فرآیندهای ساخت ماشینی میکرو بطور گسترده برای به حداقل رساندن محصولات مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از عوامل حاکم بر فرآیند انتخاب مواد ساخته شده با ماشین مانند سرامیک، پلیمر یا آلیاژ است. در آلیاژ ها، دانه های بلورین در حین انجماد تشکیل می گردند. در شرایط مختلف تشکیل آلیاژ، ترکیبات شیمیایی، اندازه دانه ها و جهت یابی آنها متغیر است و نشاندهنده خصوصیات مکانیکی مختلف و خصوصیات فیزیکی مانند مقاومت در مقابل فرسایش، دمای بالا و خوردگی شیمیایی است. بنابراین آنها در سیستم الکترومکانیکی (MEMS) استفاده می گردند.
در ساخت ماشینی متعارف، مواد ساخته شده توسط ماشین بصورت متجانس فرض می گردند. وقتی که یک ویژگی به اندازه میکرومتر کاهش داده می شود، یا همان اندازه ریزساختار آلیاژ، خصوصیات ریزساختار آلیاژ ممکن است بر روی کارایی ساخت ماشینی تأثیر بگذارد. در برشکاری میکرو، خصوصیات مواد حجیم ممکن است معتبر نباشد. وقتی که ضخامت تراشه برش داده نشده کاهش می یابد، فشار جریان نیروی برشی مواد تا حد زیادی افزایش می یابد. اثبات شده است که محدوده های دانه ها، معایب بلوری و ناخالصیها در حین تغییر شکل پلاستیک نقش مهمی در فرآیند لغزش ایفا میکنند. وقتی که ابزار برشکاری در محدوده های بلورین حرکت میکند، شرایط ساخت ماشینی تغییر پیدا میکند و سبب تغییر در نیروی برشی، لرزش ابزار و پوشش ابزار تسریعی می گردد.
ساخت ماشینی تخلیه الکتریکی (EDM) یک فرآیند الکتریکی-حرارتی است که توسط آن، هرگونه مواد رسانا را صرف نظر از سختی آن، میتوان حذف کرد. در مته کاری حفره های ریز توسط EDM، نتایج ماشینی مانند میزان حذف مواد، نسبت پوشش الکترود و فاصله تخلیه الکتریکی در دامنه معینی در همان شرایط ماشینی معین تغییر پیدا میکند. ترک های بزرگی را میتوان در حفره های ریز ایجاد شده پیدا کرد، که ممکن است در حین تشکیل تراشه رخ دهد. ریزساختار مواد هم بر روی حداقل اندازه ماشینی در EDM میکرو همراه با انرژی پالس تخلیه الکتریکی و تنش پس مانده مواد ساخته شده توسط ماشین تأثیر می گذارد. همچنین اثبات شده است که سرعت ساخت ماشینی با جهتیابی بلورین در شرایط پایانی تغییر پیدا میکند. اندازه دانه کاربید تنگستن ممکن است حداقل قطر میله را با EDM میکرو محدود کند. این عوامل نشان میدهند که نتایج ماشینی رابطه نزدیکی با ریزساختار مواد دارند وقتی که ویژگی اندازه به درجه میکرومتر کاهش داده می شود.
در EDM میکرو، پدیده های فیزیکی بسیاری مانند رسانایی گرمایی، الکتریسیته، نور، الکترومغناطیس و پلاسما در این فرآیند مورد نیاز هستند. اگرچه خصوصیات تصادفی EDM میکرو منجر به تغییر کارایی ساخت ماشینی می گردد، با اینحال بخشی از خطای بعدی ویژگی های میکرو ایجاد شده ممکن است توسط ریزساختار مواد ساخته شده توسط ماشین ایجاد گردد.

برای بالا بردن دقت ماشینی و کارایی، باید تأثیر ریزساختار آلیاژ بر روی کارایی ساخت ماشینی و خصوصاً ساختار بلوری آلیاژ بر روی میزان حذف مواد و فاصله تخلیه الکتریکی EDM میکرو را درک کنیم. این امکان وجود دارد که ابعاد ویژگی های میکرو را در مقاومت مورد نیاز با رجوع به الکترود با یک اندازه دقیق کنترل کنیم. فرآیند ماشینی صاف را می توان توسط انتخاب پارامترهای ماشینی مناسب بر اساس دانش تأثیر ریزساختار مواد بر روی کارایی ماشینی انجام داد.

در این مقاله، تأثیر ریزساختار مواد بر روی کارایی ماشینی EDM میکرو از دیدگاه رسانایی گرمایی مورد مطالعه قرار می گیرد. آزمایش های گسترده توسط ایجاد حفره های ریز در مواد مختلف انجام می شود. نتایج ماشینی مانند میزان حذف مواد و فاصله تخلیه الکتریکی ارزیابی می گردد. خلاصه اینها در بخش پایانی بیان می گردد.

2. رسانایی گرمایی و خصوصیات گرمایی مواد در EDM
در EDM، مواد توسط انرژی گرمایی ایجاد شده توسط پالس های تخلیه الکتریکی حذف می گردد. مدل حذف مواد EDM بر اساس معادلات دیفرانسیل برای رسانایی گرمایی در مواد جامد بشرح زیر می باشد:

که T توزیع دما، r محور شعاعی، z محور عمودی، t زمان و ضریب پخش گرمایی مواد ساخته شده توسط ماشین است ( که رسانایی گرمایی مواد ساخته شده توسط ماشین، چگالی مواد ساخته شده توسط ماشین و گرمای خاص مواد ماشینی است).
شکل 1 رسانایی گرمایی EDM را نشان میدهد. توزیع دما در مواد ساخته شده توسط ماشین در معادله 2 بیان شده است.

که T توزیع دما، دمای پیرامونی، q گدازای گرمای مجرای پلاسما، تابع خطای مکمل است.
گدازای گرما q بصورت زیر بیان می گردد

که F شکست انرژی انتقال داده شده به ماده ساخته شده توسط ماشین، v ولتاژ تخلیه الکتریکی در امتداد فاصله، i جریان تخلیه الکتریکی، شعاع مجرای پلاسما است. در شرایط ماشینی یکسان، و t را می توان ثابت فرض کرد. وقتی که دما به نقطه ذوب ماده می رسد، روابط شعاع حفره تخلیه الکتریکی و خصوصیات مواد را می توان توسط معادله 4 بدست آورد. بنابراین میزان حذف مواد و فاصله تخلیه الکتریکی را هم می توان بدست آورد.

در EDM متعارف، مواد ساخته شده توسط ماشین بصورت همگن فرض می شود. اندازه ویژگی ایجاد شده نسبت به اندازه ریزساختار در آلیاژ خیلی بزرگتر است. محاسبه میزان حذف مواد و فاصله تخلیه الکتریکی بر اساس خصوصیات مواد حجیم می باشد. وقتی که این ویژگی به درجه میکرومتر کاهش داده می شود، مواد ممکن است خصوصیات همگنی را خصوصاً در حالت آلیاژ ساخته شده ماشینی توسط EDM میکرو از خود نشان دهند. در حین تشکیل یک دانه در آلیاژ، یک ذره با بالاترین دمای ذوب ابتدا به جامد تبدیل می شود، و هسته دانه را تشکیل میدهد. با کاهش دما، اطراف دانه شکل می یابد. بنابراین خصوصیات مواد دانه و محدوده مانند رسانایی گرمایی، نقط ذوب و چگالی متفاوت خواهد بود.

در ساختار بلوری آلیاژ، حجم دانه ها و محدوده های آنها با هم متفاوت است، و منجر به تأثیر مختلفی بر روی کارایی ساخت ماشینی می گردد. در مواد همگن، رسانایی گرمایی مؤثر را می توان بصورت زیر بیان کرد:

که رسانایی گرمایی مرثر، رسانایی گرمایی دانه، رسانایی گرمایی اطراف دانه، شکستگی حجم محدوده دانه و شکستگی حجم دانه است ( در اینجا، ). بعلت ترکیبات شیمیایی مختلف در محدوده و دانه، رسانایی گرمایی آنها با هم متفاوت است، که بر روی کارایی ساخت ماشینی EDM میکرو تأثیر می گذارد.
3. آزمایشات و سنجش نتیجه
3.1 ساخت ماشینی مس، نیکل و آلیاژ مس-نیکل
برای مطالعه تأثیر ریزساختار مواد بر روی کارایی ماشینی، آزمایشات گسترده ای توسط ایجاد حفره های ریز در مواد مختلف با استفاده از ماشین EDM میکروی افقی انجام می شود. الکترودها با استفاده از میکروسکوپ نوره به اندازه مطلوب آماده می شوندو تفاوت قطر الکترود و قطر حفره میکرو برای محاسبه فاصله تخلیه الکتریکی بکار می رود و سپس زمان ساخت ماشینی ثبت می گردد. سطح ماده ساخته شده توسط ماشین جلا داده می شود و سیاه قلم کاری می شود تا ریزساختار آلیاژ مشاهده گردد و موقعیت حفره ریز در دانه بلوری یا محدوده با استفاده از میکروسکوپ فلزنگاری ثبت گردد.
برای مطالعه کارایی ساخت ماشینی تأثیر یافته توسط خصوصیات مواد، سه نوع مواد از مس الکترولیت (Cu)، نیکل الکترولیت (Ni) و آلیاژ مس-نیکل انتخاب شد. خصوصیات مواد در جدول 2 لیست بندی شده اند. می توان مشاهده کرد که بیشتر خصوصیات مواد آلیاژ مس-نیکل بین خصوصیات مس و نیکل است. کارایی ساخت ماشینی EDM میکرو در آلیاژ مس-نیکل می تواند بین خصوصیات مس و نیکل باشد.

بر اساس مدل نشان داده شده در شکل 1، دمای محدوده حفره به نقطه ذوب می رسد. برای تحلیل کمی روابط اندازه حفره و پارامترهای مواد در جدول 2، متغیرهای گدازای گرمایی q و زمان تخلیه الکتریکی t بعنوان اعداد ثابت ساده سازی می شوند چون از همان شرایط ساخت ماشینی در آزمایشات استفاده می شود. در EDM میکرو، زمان تخلیه الکتریکی در درجه نانوثانیه قرار دارد (در اینجا، ). گدازای گرمایی دامنه های منحنی ها را در شکل 2 تغییر میدهد (در اینجا، ). مقدار کمتر از 1 است. بنابراین، حداکثر مقدار در طرف چپ نزدیک هر اوج در یک منحنی در شکل 2 قرار دارد. می توان بوضوح مشاهده کرد که شعاع حفره در مواد مختلف برای مس، نیکل، و مس-نیکل از بزرگ تا کوچک متغیر است. بعبارت دیگر، میزان حذف مواد و فاصله تخلیه الکتریکی از درجه یکسانی پیروی می کنند.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  12  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید