مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی انرژی فرایند تشکیل براده در سنگ‌زنی کامپوزیت با الیاف کربن و شیشه

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
محمد خوران 1
حسین امیرآبادی 2
بهمن آذرهوشنگ 3
1 گروه مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی اسفراین، اسفراین، ایران
2 دانشکده فنی و مهندسی، نیشابور
3 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه فورت وانگن، توتلینگن، آلمان
چکیده
امروزه کامپوزیت‌های پلی‌اتر اتر کتون به‌دلیل نسبت استحکام به وزن و سفتی بالا، خواص ضدآلرژیکی، مقاومت بالا در مقابل کمانش و خستگی به وفور در صنایع پزشکی و هوا-فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنگ‌زنی دارای انرژی مخصوص بالایی در بین فرایندهای سنتی براده برداری می‌باشد. معمولاً سهم بسیار بالای از انرژی فرایند به گرما تبدیل خواهد شد. با توجه به اینکه حرارت نقش بسیار مهمی را در سنگ­زنی پلیمرها بازی می­کند، لزوم مدلسازی حرارت آن احساس می­گردد. علاوه بر انرژی‌ تشکیل براده در حین براده برداری ماده، انرژی‌های دیگری چون شخم‌زنی و اصصکاک نیز وجود دارند. سهم هر یک از این انرژی‌ها در راندمان فرایند تاثیر گذار است. می‌توان با محاسبه انرژی برش و مقایسه آن با انرژی مخصوص سنگ­زنی بصورت تجربی، سهم انرژی تشکیل براده را در مقابل انرژی اصطکاک و شخم‌زنی محاسبه نمود. با انجام آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی و محاسبات تئوری، مقدار انرژی تشکیل براده برابر 0.089 ژول بر میلیمتر مکعب برای کامپوزیت با الیاف شیشه و 0/118 ژول بر میلی متر مکعب برای کامپوزیت با الیاف کربن بدست آمد. در صورتی که نتایج تجربی سنگ­زنی نشان دهنده حداقل انرژی مخصوص 2/2 و 4/2 ژول بر میلیمتر مکعب به ترتیب برای کامپوزیت با الیاف شیشه و کربن بود. این اختلاف نشان دهنده سهم بسیار بالای انرژی شخم­زنی در سنگ­زنی این ماده و به طور خاص مواد پلیمری است. سهم انرژی تشکیل براده که به‌صورت حرارت وارد قطعه­کار می­شود 27درصد محاسبه شد. می­توان بیان کرد همه انرژی به جز 73 درصد از انرژی تشکیل براده، وارد قطعه­کار می­گردد.
کلیدواژه‌ها
کامپوزیت پلی اتر اتر کتون
انرژی مخصوص سنگ‌زنی
انرژی تشکیل براده
شخم‌زنی

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of chip formation process in the grinding of GFRP and CFRP

نویسندگان English

Mohammad Khoran 1
Hossein Amirabadi 2
Bahman Azarhoushang 3
1 Mechanical Engineering, Esfarayen university of Technology, Esfarayen, Iran.
2 Neyshabur, Iran
3 Professor, Mechanical Engineering, Hochschule Furtwangen University, Tuttlingen, Germany
چکیده English

Today, polyether ether ketone composites are widely used in the medical and aerospace industries due to their high strength-to-weight ratio, anti-allergic properties, high buckling resistance and fatigue. Grinding has a high specific energy among traditional cutting processes. Usually a high portion of energy will converts to heat. Because heat has an important role in polymer grinding, the heat modeling of it is necessary. In addition to the energy of chip formation during material removal, there are other energies such as plowing and friction energy. The contribution of each of these energies affects the efficiency of the process. By theoretical calculating of the cutting energy and comparing it with the experimental specific grinding energy, the portion of chip formation energy versus friction and plowing energy can be calculated. By performing differential scanning calorimetry test and theoretical calculations, the amount of chip formation energy was 0.089 and 0.119 J/mm^3 for GFRP and CFRP, respectively. While the experimental results of grinding showed a minimum specific energy of 2.2 J/mm^3 and 2.4 J/mm^3 for GFRP and CFRP, respectively. This difference indicates the very high portion of plowing energy in the grinding of this material and especially polymeric materials. The percentage of the chip-forming energy that enters the workpiece as heat was calculated to be 27%. Therefore, it can be stated that all energy except 73% of the chip formation energy enters the workpiece.

کلیدواژه‌ها English

Polyether Ether Ketone Composite
Grinding specific energy
Chip Formation Energy
plowing
[1] G. Petropoulos, F. Mata, and J. P. Davim, "Statistical study of surface roughness in turning of peek composites," Materials & Design, vol. 29, no. 1, pp. 218-223, 2008.
[2] M. Khoran, H. Amirabadi, and B. Azarhoushang, " Investigation of machining behavior of Polyether Ether Ketone in Single grit scratch test," Iranian Journal of Manufacturing Engineering, vol. 6, no. 9, pp. 54-62, 2019 (in Persian(.
[3] M. Khoran, H. Amirabadi, and B. Azarhoushang, "The effects of cryogenic cooling on the grinding process of polyether ether ketone (PEEK)," Journal of Manufacturing Processes, vol. 56, pp. 1075-1087, 2020.
[4] H. Sasahara, T. Kikuma, R. Koyasu, and Y. Yao, "Surface grinding of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) with an internal coolant supplied through grinding wheel," Precision Engineering, vol. 38, no. 4, pp. 775-782, 2014.
[5] R. Izamshah, M. A. Azam, M. Hadzley, M. A. M. Ali, M. S. Kasim, and M. S. A. Aziz, "Study of Surface Roughness on Milling Unfilled-polyetheretherketones Engineering Plastics," Procedia Engineering, vol. 68, pp. 654-660, 2013.
[6] R. Izamshah, N. Husna, M. Hadzley, M. Amran, M. Shahir, and M. Amri, "Effects of Cutter Geometrical Features on Machining Polyetheretherketones (PEEK) Engineering Plastic," Journal of Mechanical Engineering and Sciences, vol. 6, pp. 863-872, 2014.
[7] S. Ashworth et al., "Varying CFRP workpiece temperature during slotting: Effects on surface metrics, cutting forces and chip geometry," Procedia CIRP, vol. 85, pp. 36-41, 2019.
[8] K. Kamplade and D. Biermann, "Examination of the Material Removal of unreinforced, thermoplastic Polymers by Scratch Tests," Production Engineering, vol. 13, no. 6, pp. 713-719, 2019.
[9] J.P.Davim and F. Mata, "Physical cutting model of polyetheretherketone composites," material & Design, vol. 27, pp. 847-852, 2006.
[10] K. Y. Park, D. G. Lee, and T. Nakagawa, "Mirror surface grinding characteristics and mechanism of carbon fiber reinforced plastics," Journal of Materials Processing Technology, vol. 52, pp. 386-395, 1995.
[11] S. Malkin and R. B. Anderson, "Thermal Aspects of Grinding, Part 1, Energyn Partition," Trans.ASME, Journal of engineering for industry, vol. 96, p. 1177, 1974.
[12] S. Malkin and C. Guo, Grinding Technology: Theory and Application of Machining with Abrasives. Industrial Press, 2008.
[13] F. Klocke and A. Kuchle, Manufacturing Processes 2: Grinding, Honing, Lapping. Springer Berlin Heidelberg, 2009.
[14] R. Company. "PEEK Data sheet, (https://www.roechling-industrial.com)." (accessed).
[15] J. Y. Sheikh-Ahmad, Machining of Polymer Composites. Springer, p. 315, 2009.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 12
آذر 1400
صفحه 849-857