مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیر افزودن نانوذرات گرافیت در روانساز بر کیفیت سطحی و سایش ابزار فولاد ماشینکاری شده 16MnCr5

نویسندگان
بهزاد اویشن 1
رحیم صمد زمینی 2
1 گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع علمی کاربردی ماشین سازی، تبریز، ایران
چکیده
تحقیق حاضر به بررسی تاثیر استفاده از نانوذرات گرافیت با اندازه دانه بندی متوسط 400 نانومتر و خلوص 99.9% در سیال برشی بر فرایند ماشینکاری فولاد 16MnCr5 پرداخته است. ماشینکاری در سه عمق براده برداری 1، 2 و 3 میلیمتر و سه سرعت پیشروی 0.15، 0.25 و 0.35 میلیمتر بر دور با استفاده از سیال برشی معمولی و سیال برشی حاوی نانوذرات گرافیت انجام پذیرفته است. بررسی‌های ریزساختاری سطوح ماشینکاری شده، بررسی تغییرات سختی از سطح براده برداری شده به سمت مرکز قطعه و آزمایش‌های صافی سطح و سایش ابزار همگی برای بررسی جنبه‌های مختلف قابلیت ماشینکاری انجام پذیرفته‌اند. نتایج نشان داده است صرف نظر از عمق براده برداری و سرعت پیشروی، استفاده از نانوذرات گرافیت در سیال برشی در تمامی شرایط ماشینکاری به علت کاهش اصطکاک بین ابزار و قطعه کار، کاهش حرارت تولیدی و کاهش نیروی براده برداری سبب کاهش سایش ابزار و بهبود صافی سطح شده است. بیشترین و کمترین میزان کاهش وزن ابزار برشی در حضور نانوذرات گرافیت به ترتیب 0.022 و 0.002 گرم بوده است. بعلاوه صافی سطح قطعات تحت بیشترین عمق براده برداری و سرعت پیشروی از Ra=4.79 میکرومتر در حضور سیال برشی آب صابون معمولی به Ra=3.29 میکرومتر در حضور نانوذرات گرافیت کاهش یافته است. همچنین نتایج بررسی‌های ریزساختاری موید این واقعیت بوده که استفاده از نانوذرات گرافیت به کاهش جهت‌گیری‌های ریزساختاری، کاهش شدت کارسختی و همچنین کاهش ضخامت لایه متاثر از تنش ایجاد شده در سطح قطعه کار انجامیده است.
کلیدواژه‌ها
نانوذرات گرافیت
سیال برشی
فولاد 16MnCr5
سایش ابزار
صافی سطح

عنوان مقاله English

Effect of graphite nanoparticles addition into cutting fluid on surface quality and tool wear of 16MnCr5 machinned steel

نویسندگان English

Behzad Avishan 1
Rahim Samad Zamini 2
1 Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, University of Applied Science and Technology, Tabriz, Iran
چکیده English

This article investigates the effect of the addition of graphite nanoparticles with average grain sizes of 400nm and purity of 99.9% in cutting fluid on machining process of 16MnCr5 steel. Machining was performed at three cutting depths of 1, 2 and 3mm and three feed rates of 0.15, 0.25 and 0.35mm/rev using ordinary cutting fluid and cutting fluid containing graphite nanoparticles. Microstructural studies of the machined surfaces, hardness tests from surface toward the center and surface roughness and tool wear evaluations all were implemented in order to evaluate different machinability aspects. Results indicated that, regardless of the depth of cut and the feed rate, using the graphite nanoparticles within the cutting fluid decreased the amount of the tool wear and improved the surface quality of the material due to its effect on decreasing the friction between tool and material, decreasing the generated heat and decreasing the cutting force. The highest and the lowest amounts of cutting tool weight losses were 0.022 and 0.002gr, respectively when using the graphite nanoparticles. In addition, the surface roughness of test pieces decreased from Ra=4.79μm when using ordinary cutting fluid to Ra=3.29μm when using graphite nanoparticles in cutting fluid both in the case of the highest depth of cut and the highest feed rate. Furthermore, microstructural characterizations illustrated that using the graphite nanoparticles resulted in lower microstructural textures, lower work hardening and lower thickness of stress affected layer at the surface of the material.

کلیدواژه‌ها English

Graphite nanoparticles
Cutting fluid
16MnCr5 steel
Tool wear
Surface roughness
[1] H. Hassanpour, A. Rasti, M. H. Sadeghi, M. H. Saadatbakhsh, A. R. Omiddodman, Effect of cutting fluid application on surface roughness in hard milling of 4340-alloyed steel, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 14, pp. 50-60, 2015. (in Persian فارسی(
[2] B. Heydari, M. M. Abootorabi, H. R. Karimi Zarchi, The effect of workpiece hardness and cutting parameters on surface roughness in dry hard turning of X210Cr12 cold tool steel, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 6, pp. 241-247, 2017. (in Persian فارسی(
[3] H. Hassanpour, A. Rasti, M H. Sadeghi, Surface integrity in high speed machining of Ti6Al4V alloy in presence of minimum quantity lubrication, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 9, pp. 35-41, 2015. (in (فارسی Persian
[4] B. Davoodi, S. H. Musavi, An experimental investigation of the effect of lubrication method on surface roughness and cutting fluid consumption in machining of super alloys, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 10, pp. 343-352, 2016. (in Persian فارسی(
[5] A. Gholipoor, V. Zakeri Mehrabad, A. Hejavari, Experimental investigation of the effects of machining parameters and lubrication on consumed power and surface roughness in CK45 steel milling, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 10, pp. 80-84, 2014. (in Persian فارسی(
[6] ASM Metals Handbook, Vol. 16, ninth Edittion, pp. 43–45, Materials Park, OH, ASM International, 1995.
[7] Y. Yildiz, M. Nalbant, A review of cryogenic cooling in machining processes, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 48, No. 9, pp. 947-964, 2008.
[8] J. Zhu, P. Yan, L. Jiao, Z. Peng, P. Wang, X. Wang, Y. Rong, Effect of cutting fluids on corrosion properties and turning surface quality of Fe-based superalloy, Advances in Mechanical Engineering, Vol. 9, No. 11, pp. 1-9, 2017.
[9] M. Asadi, S. Saedodin, Nanofluids in different industrial and engineering applications, Journal of Mechanical Engineering and Vibration, Vol. 6, No. 4, pp. 51-55, 2016. (in Persian فارسی (
[10] X. Wang, X. Xu, U. S. Choi, Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture, Journal of Thermophys Heat Treansfer, Vol. 13, No. 4, pp. 474-480, 1999.
[11] Y. Xuan, Q. Li, Heat transfer enhancement of nano fluids, International Journal of Heat Fluid Flow, Vol. 21, No. 1, pp. 58-64, 2000.
[12] A. Verma, W. Jiang, H. H. Abu Safe, W. D. Brown, A. P. Malshe, Tribological behavior of deagglomerated active inorganic nanoparticles for advanced lubrication, Tribology Transactions, Vol. 51, No. 5, pp. 673-678, 2008.
[13] M. R. Shabgard, M. Jafarian Zenjanab, R. azarafza, Experimental study on the influence of CuO nanofluid on surface roughness and machining force in turning of AISI 4340 steel, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 2, pp. 27-33, 2014. (in Persian فارسی(
[14] M. Shabgard, B. Khosrozadeh, Comparative study of adding nanopowders in dielectric effects on outputs and surface integrity of Ti-6Al-4V alloy in Electrical Discharge Machining, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 2, pp. 41-50, 2016. (in Persian فارسی(
[15] Y. Hwang, J. Lee, C. Lee, Y. Jung, S. Cheong, C. Lee, B. Ku, S. Jang, Stability and thermal conductivity characteristics onanofluids, Thermochimica Acta, Vol. 455, No. 1, pp. 70-74, 2007.
[16] S. Khalilpourazary, S. S. Meshkat, Investigation of the effects of alumina nanoparticles on spur gear surface roughness and hob tool wear in hobbing process, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 71, No. 9, pp. 1599-1610, 2014.
[17] A. Sadighzadeh Benam, S. Yazdani, B. Avishan, Effect of shot peening process on fatigue behavior of an alloyed austempered ductile iron, China Foundry, Vol. 8, No. 3, pp. 325-330, 2011.
[18] M. R. Vaziri Sereshk, The investigation of fatigue failure of machined thin walled structures, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 6, pp. 11- 19, 2013. (in Persian فارسی(
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 3
خرداد 1397
صفحه 56-64