مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تأثیر نوع روانکار و جنس ابزار (چرخ سنگ) در عملکرد روانکاری کمینه در فرآیند سنگ زنی سرامیک های پیشرفته

نویسندگان
محسن امامی 1
محمد حسین صادقی 2
1 دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء (ص) بهبهان، بهبهان، ایران
2 دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
سرامیک‌های پیشرفته دسته ای از مواد هستند که به دلیل دارا بودن خواصی از جمله پایداری در دماهای بالا، استحکام زیاد، مقاومت به سایش زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی در بسیاری از صنایع کاربرد پیدا کرده‌اند. فرآیند سنگ‌زنی از جمله مهمترین و متداول‌ترین روش‌های براده‌برداری و پرداخت سرامیک‌ها محسوب می‌شود. با این وجود قابلیت ضعیف ماشینکاری، عیوب سطحی زیاد در قطعه‌کار که به دلیل تردی سرامیک‌ها و نیروهای زیاد در سنگ‌زنی آن‌ها بوجود می‌آید، نرخ سایش زیاد چرخ سنگ الماس (ابزار)، هزینه‌های بالای ناشی از استفاده از سیال خنک‌کننده، زمان‌بر بودن فرآیند، راندمان پایین براده‌برداری (نرخ تولید پایین) از جمله مشکلات سنگ‌زنی سرامیک-ها می‌باشد. تکنیک جدید روانکاری کمینه از جمله روش‌هایی است که اخیراً در فرآیندهای ماشینکاری با هدف بهبود عملکرد روانکاری سیال، کاهش مصرف سیال و ترویج استفاده از سیالات کم خطر و حافظ محیط زیست معرفی شده است. در این پژوهش به جهت بررسی اثر تکنیک روانکاری کمینه بر قابلیت سنگ‌زنی سرامیک‌ها از این تکنیک در فرآیند سنگ‌زنی سرامیک‌ زیرکونیا استفاده شده است. همچنین از آنجایی که نوع روانکار و جنس چرخ سنگ می‌تواند بر عملکرد روانکاری کمینه در این فرآیند تأثیرگذار باشد، از‌این‌رو نوع روانکار و جنس چرخ سنگ الماس به عنوان متغیر در آزمایش‌ها استفاده شده است. نیروهای سنگ‌زنی، زبری سطح و بافت سطح سنگ زده شده در این فرآیند مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که در شرایط روانکاری کمینه، انتخاب مناسب نوع روانکار و جنس ابزار می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای بر قابلیت سنگ‌زنی سرامیک‌ زیرکونیا تأثیرگذار باشد.
کلیدواژه‌ها
سنگ زنی
سرامیک های پیشرفته
روانکاری کمینه

عنوان مقاله English

Study of the effect of lubricant type and tool (grinding wheel) material on the performance of minimum quantity lubrication in grinding of advanced ceramics

نویسندگان English

Mohsen Emami 1
Mohammad Hossein Sadeghi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده English

Advanced ceramics are a group of materials that have been used in many industries due to their properties such as high temperature stability, high strength, high abrasion resistance and high corrosion resistance. Grinding process is one of the most important and most commonly used techniques for machining and polishing of ceramics. However, poor grindability, high surface defects in the workpiece due to the brittleness of ceramics and the high grinding forces, high wear rate of diamond wheel (tool), high costs due to the use of cutting fluid, low cutting productivity (low production rate), are of the problems of ceramics grinding. The minimum quantity lubrication (MQL) new technique is one of the methods recently introduced in machining processes aimed at improving lubrication performance of cutting fluids, reducing fluid consumption and promoting the use of low-hazard and environmentally friendly fluids. In this study, the minimum quantity lubrication technique was used in the grinding process of zirconia ceramic in order to investigate its effects on the grindability of ceramics. Also, since the type of lubricant and grinding wheel can affect the performance of minimum quantity lubrication in this process, the type of lubricant and diamond wheel were used as variables in the experiments. The grinding forces, surface roughness and surface texture of the grinded samples have been evaluated. The results show that under the minimum quantity lubrication conditions, applying the appropriate type of lubricant and grinding wheel can significantly affect the grindability of zirconia ceramic.

کلیدواژه‌ها English

Grinding
Advanced ceramics
Minimum Quantity Lubrication (MQL)
[1] Sh. Sōmiya, F. Aldinger, N. Claussen, R. M. Spriggs, K. Uchino, K. Koumoto, M. Kaneno, Handbook of Advanced Ceramics: Materials, Applications, Processing, and Properties, Second Edittion, pp. 225-266, New York: Academic Press, 2013.
[2] I. D. Marinescu, Handbook of Advanced Ceramics Machining, pp. 111-112, Florida: CRC Press, 2007.
[3] I. D. Marinescu, H. K. Tonshoff, I. lnasaki, Handbook of Ceramic Grinding and Polishing, pp. 203-205, New York: Noyes Publications, 2000.
[4] I. Inasaki, K. Nakayama, High-efficiency grinding of advanced ceramics, Annals of the CIRP, Vol. 35, No.1, pp. 211-214, 1986.
[5] I. Inasaki, K. Nakayama, Grinding of hard and brittle materials, Annals of the CIRP, Vol. 36, No. 2, pp. 463-471, 1987.
[6] K. Kitajima, G. O. Cai, N. Kurnagai, Y. Tanaka, H. W. Zheng, Study on mechanism of ceramics grinding, Annals of the CIRP, Vol. 41, No. 1, pp. 367-370, 1992.
[7] I. Inasaki, Speed-stroke grinding of advanced ceramics, Annals of the CIRP, Vol. 37, No. 1, pp. 299-302, 1988.
[8] S. M. Rezaei, T. Suto, T. Waida, H. Noguchi, Creep feed grinding of advanced ceramics, Journal of Engineering Manufacture, Vol. 206, No. 2, pp. 93-99, 1992.
[9] T. Waida, H. Noguchi, M. Rezaei, T. Suto, Creep feed grinding of ceramics and ceramic-matrix composites with slotted and perforated wheels, Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol. 57, No. 2, pp. 324-329, 1991.
[10] S. A. Lawal, I. A. Choudhury, Y. Nukman, A critical assessment of lubrication techniques in machining processes: A case for minimum quantity lubrication using vegetable oil-based lubricant, Journal of Cleaner Production, Vol. 41, pp. 210-221, 2013.
[11] M. H. Sadeghi, M. J. Haddad, T. Tawakoli, M. Emami, Minimal quantity lubrication-MQL in grinding of Ti–6Al–4V titanium alloy, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 44, No. 5-6, pp. 487- 500, 2009.
[12] T. Tawakoli, M. J. Hadad, M. H. Sadeghi, Investigation on minimum quantity lubricant-MQL grinding of 100Cr6 hardened steel using different abrasive and coolant–lubricant types, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 50, No. 8, pp. 698-708, 2010.
[13] A. Kumar, S. Ghosh, S. Aravindan, Grinding performance improvement of silicon nitride ceramics by utilizing nanofluids, Ceramics International, http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint. 2017.07.044.
[14] L. R. Rudnick (Ed.), Synthetics, Mineral Oils, and Bio-based Lubricants: Chemistry and Technology, Second Edittion, pp. 314-379, Florida: CRC Press, 2013.
[15] M. Emami, M. H. Sadeghi, A. A. D. Sarhan, F. Hasani, Investigating the Minimum Quantity Lubrication in grinding of Al2O3 engineering ceramic, Journal of Cleaner Production, Vol. 66, pp. 632-643, 2014.
[16] C. S. Hsu, P. R. Robinson (Eds.), Practical Advances in Petroleum Processing, New York: Springer, pp. 108-127, 2006.
[17] T. Mang, W. Dresel, Lubricants and Lubrication, Second Edittion, p. 470, Weinheim: Wiley, 2007.
[18] S. A. Lawal, I. A. Choudhury, Y. Nukman, Application of vegetable oilbased metalworking fluids in machining ferrous metals-A review, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 52, No. 1, pp. 1-12, 2012.
[19] O. J. Alamu, M. A. Waheed, S. O. Jekayinfa, Effect of ethanol–palm kernel oil ratio on alkali-catalyzed biodiesel yield, Fuel, Vol. 87, No. 8-9, pp. 1529- 1533, 2008.
[20] L. R. Rudnick (Ed.), Synthetics, Mineral Oils, and Bio-Based Lubricants: Chemistry and Technology, p. 378, Florida: CRC Press, 2013.
[21] Commercial & heavy duty engine oils, Accessed on 3 March 2014; www.gulfwestern.com.au/product-category/products.
[22] ToolGrind T600-grinding oil, Accessed on 3 March 2014; http://www.oelheld.com/products/metalworking-fluids/grinding-oil/toolgrind T600-grinding-oil.
[23] SintoGrind TTK - High-performance grinding fluid, Accessed on 3 March 2014; http://www.oelheld.com/products/metalworking fluids/grindingoil/sintogrind-ttk-shpg-grinding-oil.
[24] M. Emami, M. H. Sadeghi, A. A. D. Sarhan, Investigating the effects of liquid atomization and delivery parameters of minimum quantity lubrication on the grinding process of Al2O3 engineering ceramics, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 15, No. 3, pp. 374–388, 2013.
[25] I. D. Marinescu, M. Hitchiner, E. Uhlmann, W. B. Rowe, I. Inasaki, Handbook of Machining with Grinding Wheels, pp. 13-14, Florida: CRC Press, 2007.
[26] E. R. Booser, Handbook of Lubrication: Theory and Practice of Tribology, Volume II: Theory and Design, p. 308, Florida: CRC Press, 1988.
[27] V. Stepina, V. Vesely, Lubricants and Special Fluids, p. 610, Amsterdam: Elsevier, 1992.
[28] P. Studt, Influence of lubricating oil additives on friction of ceramics under conditions of boundary lubrication, Wear, Vol. 115, No. 1-2, pp. 185-191, 1987.
[29] A. Adhvaryu, S. Z. Erhan, Epoxidized soyabean oil as a potential source of high temperature lubricants, Industrial Crops and Products, Vol. 15, No. 3, pp. 247-254.
[30] Y. M. Shashidhara, S. R. Jayaram, Vegetable oils as a potential cutting fluidan evolution, Tribology International, Vol. 43, No. 5-6, pp. 1073-1081, 2010.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 2
اردیبهشت 1397
صفحه 281-292