پایان نامه بررسی تاثیر اعمال میدان مغناطیسی بر راندمان ماشین کاری در فرآیند ماشین کاری تخلیه الکتریکی نیمه خشک

فهرست:

تشکر و قدردانی ................................................................................................................................  ت

تقدیم ............................................................................................................................................  ث

چکیده ...........................................................................................................................................  ج

فهرست مطالب .................................................................................................................................  ح

فهرست شکل‌ها ................................................................................................................................  ز

فهرست جداول .................................................................................................................................  ص

فصل اول: کلیات .........................................................................................................................  1

1-1- مقدمه ...................................................................................................................................  2

1-2- تاریخچه فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی ......................................................................................  4

1-3- مکانیزم براده‌برداری فرآیند  ماشینکاری تخلیه الکتریکی ........................................................................  4

1-4- پارامترهای ورودی و خروجی فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی ..............................................................  6

     1-4-1- متغیرهای ورودی فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی ...................................................................  6

     1-4-2- متغیرهای خروجی فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی .................................................................  6

1-5- مزایای فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی......................................................................................... 7

1-6- دی‌الکتریک واسطه ....................................................................................................................  7

     1-6-1- فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی ..............................................................................  9

     1-6-2- فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی با دی‌الکتریک حاوی پودر ..............................................  9

     1-6-3- فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک ................................................................................  9

     1-6-4- فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه‌خشک ..........................................................................  10

1-7- ساختمان ماشین EDM ...............................................................................................................  10

     1-7-1- برش‌کاری سیمی با EDM ...................................................................................................  11

     1-7-2- EDM به روش غوطه‌وری ....................................................................................................  12

     1-7-3- فرزکاری با EDM ..............................................................................................................  13

1-8- سایر فرآیندهای بر پایه EDM .......................................................................................................  13

     1-8-1- فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به همراه میدان مغناطیسی .......................................................  13

     1-8-2- فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی به کمک ارتعاشات التراسونیک ...................................................  14

1-9- مروری بر پژوهش های انجام شده در ارتباط با فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه‌خشک ...........................  15

1-10- مروری بر پژوهش های انجام شده در ارتباط با اعمال میدان مغناطیسی در فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی...... 21

1-11- اهداف پژوهش ........................................................................................................................  25

1-12- ساختار پایان‌نامه ....................................................................................................................  26

فصل دوم: تجهیزات مورد استفاده و روش آزمایش ....................................................................  27

2-1- تجهیزات آزمایشگاهی .................................................................................................................  28

     2-1-1- دستگاه ماشینکاری تخلیه الکتریکی .......................................................................................  28

     2-1-2- مکانیزم‌های اضافه شده به دستگاه .........................................................................................  29

          2-1-2-1- مکانیزم آماده‌سازی سیال دی‌الکتریک برای فرآیند ماشینکاری تخلیه الکتریکی نیمه‌خشک .............  30

                2-1-2-1-1- کمپرسور........................................................................................................................................ 31

                2-1-2-1-2- پمپ............................................................................................................................................... 32

                2-1-2-1-3- دبی سنج........................................................................................................................................ 32

                2-1-2-1-4- رگلاتور........................................................................................................................................... 33

          2-1-2-2- مکانیزم تامین حرکت دورانی ابزار ..................................................................................  34

          2-1-2-3- مکانیزم اعمال میدان مغناطیسی ...................................................................................  35

     2-1-3- دورسنج نوری ..................................................................................................................  35

2-2- مواد و ترکیبات آزمایش ...............................................................................................................  36

     2-2-1- قطعه کار .......................................................................................................................  36

     2-2-2- ابزار ..............................................................................................................................  36

2-3- انجام محاسبات لازم ...................................................................................................................  38

     2-3-1- محاسبه نرخ براده‌برداری و نرخ سایش ابزار ...............................................................................  38

     2-3-2- اندازه‌گیری زبری سطح .......................................................................................................  39

     2-3-3- ضبط شکل موج ولتاژ در حین ماشینکاری ................................................................................  40

2-4- انجام آزمایش ...........................................................................................................................  40

فصل سوم: طراحی آزمایش به روش تاگوچی ..............................................................................  45

3-1- تعریف طراحی آزمایش ...............................................................................................................  46

3-2- هدف از اجرای طراحی آزمایش ......................................................................................................  46

3-3- مراحل استفاده از تکنیک طراحی آزمایش‎ها .......................................................................................  48

3-4- انواع روش‌های طراحی آزمایش ......................................................................................................  48

     3-4-1- طراحی آزمایش به روش تاگوچی ...........................................................................................  48

           3-4-1-1- مقدمه .................................................................................................................  48

           3-4-1-2- مزایای روش تاگوچی ................................................................................................  49

           3-4-1-3- ویژگی‌های آرایه‌های متعامد .......................................................................................  50

           3-4-1-4- شرایط آرایه‌های متعامد در روش تاگوچی .......................................................................  51

           3-4-1-5- انتخاب آرایه متعامد متناسب ......................................................................................  51

           3-4-1-6- مشخص کردن ستون اثرات متقابل ................................................................................  52

           3-4-1-7- آنالیز واریانس ........................................................................................................  52

           3-4-1-8- جدول آنالیز واریانس ................................................................................................  54

3-5- نرم‌افزار Qualitek ......................................................................................................................  56

فصل چهارم: نتایج و بحث ...........................................................................................................  57

4-1- مقدمه ...................................................................................................................................  58

4-2- تحلیل نتایج مرحله اول آزمایش‌ها ..................................................................................................  59

      4-2-1- نرخ براده‌برداری ...............................................................................................................  59

          4-2-1-1- بررسی تاثیر پارامترهای ورودی موثر بر نرخ براده‌برداری ........................................................  59

          4-2-1-2- آنالیز واریانس مربوط به نرخ براده‌برداری و تعیین مقادیر بهینه نرخ براده‌برداری ...........................  61

     4-2-2- نرخ سایش ابزار ................................................................................................................  63

          4-2-2-1- بررسی تاثیر پارامترهای ورودی موثر بر نرخ سایش ابزار ........................................................  63

          4-2-2-2- آنالیز واریانس مربوط به نرخ سایش ابزار و تعیین مقادیر بهینه نرخ سایش ابزار  ...........................  65

     4-2-3- زبری سطح .....................................................................................................................  66

          4-2-3-1- بررسی تاثیر پارامترهای ورودی موثر بر زبری سطح .............................................................  66

          4-2-3-2- آنالیز واریانس مربوط به زبری سطح و تعیین مقادیر بهینه زبری سطح  .....................................  68

4-3- تحلیل نتایج مرحله دوم آزمایش‌ها .................................................................................................  69

     4-3-1- نرخ براده‌برداری ................................................................................................................  69

          4-3-1-1- بررسی تاثیر پارامترهای ورودی موثر بر نرخ براده‌برداری ........................................................  69

          4-3-1-2- آنالیز واریانس مربوط به نرخ براده‌برداری و تعیین مقادیر بهینه نرخ براده‌برداری ...........................  71

     4-4-2- نرخ سایش ابزار ................................................................................................................  72

          4-3-2-1- بررسی تاثیر پارامترهای ورودی موثر بر نرخ سایش ابزار ........................................................  72

          4 -3-2-2- آنالیز واریانس مربوط به نرخ سایش ابزار و تعیین مقادیر بهینه نرخ سایش ابزار ...........................  73

     4-3-3- زبری سطح .....................................................................................................................  75

          4-3-3-1- بررسی تاثیر پارامترهای ورودی موثر بر زبری سطح .............................................................  75

          4-3-3-2- آنالیز واریانس مربوط به زبری سطح و تعیین مقادیر بهینه زبری سطح  .....................................  77

4-4- بررسی تاثیر جنس ابزار ...............................................................................................................  78

    4-4-1- تاثیر جنس ابزار بر نرخ براده‌برداری........................................................................................... 78

     4-4-2- تاثیر جنس ابزار بر نرخ سایش ابزار .........................................................................................  79

     4-4-3- تاثیر جنس ابزار بر زبری سطح ..............................................................................................  80

4-5- مقایسه فرآیند‌های ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی، خشک و نیمه‌خشک ..............................................  81

4-6- تاثیر اعمال میدان مغناطیسی ........................................................................................................  84

     4-6-1- تاثیر میدان مغناطیسی بر نرخ براده‌برداری ................................................................................  84

     4-6-2- تاثیر میدان مغناطیسی بر زبری سطح .....................................................................................  86

     4-6-3- تاثیر میدان مغناطیسی بر نرخ سایش ابزار ................................................................................  88

     4-6-4- آنالیز امواج تخلیه ..............................................................................................................  89

     4-6-5- آنالیز سلامتی سطوح ماشینکاری شده .....................................................................................  91

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات .......................................................................................  92

5-1- نتیجه‌گیری .............................................................................................................................  93

5-2- پیشنهادات ..............................................................................................................................  96

مراجع .........................................................................................................................................  97

پیوست‌ها..................................................................................................................................... 104

منبع:

[ آلتان، نگایل و شن، "مبانی آهنگری سرد و گرم"، م.ح.حجتی، م.بخشی، س.ج.حسینی‌پور، انتشارات دانشگاه مازندران، چاپ اول، 1385.

[2] Hassan Abdel, Gawad El-Hofy, “Advanced Machining Processes”, MC Graw Hill Companies, 2005.

]3[ ام.سی.جف، ج.آنتونی "روش‌های ماشینکاری مدرن"، ف. بیغال، نشر طراح، چاپ چهارم، 1386.

 ]4[ وی.کی. جین، "فرآیندهای پیشرفته ماشینکاری"، ن بنی مصطفی عرب، س فتحی، ب فریور، انتشارات آزاده، چاپ اول، 1388.

]5[ جان. واکر، "در پیرامون ماشینکاری و ماشینهای ابزار"، ا. شیر‌خورشیدیان، نشر طراح، چاپ دوم، 1384.

[6] De Wolf D., Cardon L. & Balic J., “Parameter affecting quality of the electrical discharge machining process”, Advances in Production Engineering & Management 5 (2010) 4  245-252.

[7] Bernd M. Schumacher, “After 60 years of EDM the discharge process remains still disputed”, Journal of Materials Processing Technology 149(1-3) (2004) 376–381.

[8] Anand Pandey, Shankar Singh, “Current research trends in variants of Electrical Discharge Machining: A review”, International Journal of Engineering Science and Technology 2(6) (2010) 2172-2191.

[9] M.P. Jahan, M. Rahman, Y.S. Wong, “A review on the conventional and micro electro discharge machining of tungsten carbide”, International Journal of Machine Tools & Manufacture 51(12) (2011) 837-858.

 ]10[ م. قریشی، ماشینکاری تخلیه الکتریکی (اسپارک): انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1389.

[11] Leao F.N., Pashby I.R., “A review on the use of environmentally-friendly dielectric fluids in electrical discharge machining”, Journal of Materials Processing Technology 149 (1-3) (2004) 341-346.

[12] Yeo S.H., Tan H.C., New A.K., “Assessment of waste streams in electric-discharge machining for environmental impact analysis”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture 212 (B5) (1998) 393-401.

[13] Mohri N., Saito N., Narumiya H., Kawatsu Y., Otake H., Tsunekawa Y., Takawashi T., Kobayashi K., “Study on finishing of large area workpiece by EDM”, J. Japan Soc. Precision Engng 53 (1) (1987) 29–32.

[14] Mohri N., Saito N., Takawashi T., Takawashi T., “Mirror-like finishing by EDM”, Proceedings of the 25th International Symposium on Machine Tool Design and Symposium UK (1985) 329–336.

[15] NASA, “Inert-gas electrical-discharge machining”, NTIS Tech Note (1985).

[16] Kunieda M., Furuoya S., “Improvement of EDM efficiency by supplying oxygen gas into gap”, Annals of the CIRP 40 (1) (1991) 215-218.

[17] Kunieda M., Miyoshi Y., Takaya T., Nakajima N., Yu Z.B., Yoshida M., “High speed 3D milling by dry EDM”, Annals of the CIRP 52 (1) (2003) 147-150.

[18] Yu Z.B., Jun T., Kunieda M., “Dry electrical discharge machining of cemented carbide”, Journal of Materials Processing Technology 149 (1-3) (2004) 353-357.

[19] Kunieda M., Yoshida M., “Electrical discharge machining in gas”, Annals of the CIRP 46 (1) (1997) 143-146.

[20] Kao C.C., Tao J. Lee, Shih A.J., “Dry wire electrical discharge machining of thin workpiece”, Transactions of NAMRI/SME 34 (2006) 253-260.

[21] Bleys P., Kruth J.P., Lauwers B., “Sensing and compensation of tool wear in milling EDM”, Journal of Materials Processing Technology 140 (2004) 139-146.

[22] S. Sarkar, S. Mitra, B. Bhattacharyya, “Parametric analysis and optimization of wire electrical discharge machining of titanium aluminide allo”, Journal of Materials Processing Technology 159 (2005) 286–294.

[23] G.W. Qina, K. Oikawa, G.D.W. Smith, S.M. Hao, “Wire electric discharge machining induced titanium hydride in Ti–46Al–2Cr alloy”, Intermetallics 11 (2003) 907–910.

[24] J. Wang, B. Ravani, “Computer aided contouring operation for traveling wire electric discharge machining (EDM)”, Computer-Aided Design 35 (2003) 925–934.

[25] M.S. Hewidy, T.A. El-Taweel, M.F. El-Safty, “Modelling the machining parameters of wire electrical discharge machining of Inconel 601 using RSM”, Journal of Materials Processing Technology 169 (2005) 328–336.

[26] H. Ramasawmy, L. Blunt, K.P. Rajurkar, “Investigation of the relationship between the white layer thickness and 3D surface texture parameters in the die sinking EDM process”, Precision Engineering 29 (2005) 479–490.

[27] Yanzhen Zhang, Yonghong Liu, Renjie Ji, Baoping Cai, “Study of the recast layer of a surface machined by sinking electrical discharge machining using water-in-oil emulsion as dielectric”, Applied Surface Science 257 (2011) 5989–5997.

[28] S.N. Joshi, S.S. Pande, “Intelligent process modeling and optimization of die-sinking electric discharge machining”, Applied Soft Computing 11 (2011) 2743–2755.

[29] Z.N. Guo, T.C. Lee, T.M. Yue, W.S. Lau, “A study of ultrasonicaided wire electrical discharge machining”, Journal of Materials Processing Technology 63  (1997) 823–828.

[30] J.H. Zhang, T.C. Lee, W.S. Lau, X. Ai, “Spark erosion with ultrasonic frequency”, Journal of Materials Processing Technology 68 (1997) 83–88.

[31] R. Garn, A. Schubert, H. Zeidler, “Analysis of the effect of vibrations on the micro-EDM process at the workpiece surface”, Precision Engineering 35 (2011) 364–368.

[32] Hao Tong, Yong Li, Yang Wang, “Experimental research on vibration assisted EDM of micro-structures with non-circular cross-section”, journal of materials processing technology 208 (2008) 289–298.

[33] Yuan-Feng Chen, Yan-Cherng Lin, “Surface modifications of Al–Zn–Mg alloy using combined EDM with ultrasonic machining and addition of TiC particles into the dielectric” Journal of Materials Processing Technology 209 (2009) 4343–4350.

[34] Jia Tao, Albert J. Shih, Jun Ni, “Near-Dry EDM Milling of Mirror-Like Surface Finish”, International Journal of Electrical Machining 13 (2008).

[35] Jia Tao, Albert J. Shih, Jun Ni, “Experimental Study of the Dry and Near-Dry Electrical Discharge Milling Processes”, Journal of Manufacturing Science and Engineering 130 (2008).

[36] Y. Jia, B.S. Kim, D.J. Hu, J. Ni, “Experimental investigations into near-dry milling EDM of Stellite alloys”, Int. J. Machining and Machinability of Materials 7 (2010).

[37] Masahiro Fujiki, Jun Ni, Albert J. Shih, “Investigation of the effects of electrode orientation and fluid flow rate in near-dry EDM milling”, International Journal of Machine Tools & Manufacture 49 (2009) 749–758.

[38] Masahiro Fujiki, Gap-Yong Kim, Jun Ni, Albert J. Shih, “Gap control for near-dry EDM milling with lead angle”, International Journal of Machine Tools & Manufacture 51 (2011) 77–83.

[39] S. Boopathi, “Experimental Comparative Study of Near-Dry Wire-Cut Electrical Discharge Machining (WEDM)”, European Journal of Scientific Research ISSN 75 (2012) 472-481.

[40] C.C. Kao, Jia Tao, Albert J. Shih, “Near dry electrical discharge machining”, International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 2273–2281.

[41] S. Joshi, P. Govindan, A. Malshe, K. Rajurkar, “Experimental characterization of dry EDM performed in a pulsating magnetic field”, CIRP Annals - Manufacturing Technology 60 (2011) 239–242.

[42] Yan-Cherng  Lin, Ho-Shiun Lee, “Machining characteristics of magnetic force-assisted EDM” International Journal of Machine Tools & Manufacture 48 (2008) 1179– 1186.

[43] Yan-Cherng Lin, Yuan-Feng Chen, Der-An Wang, Ho-Shiun Lee, “Optimization of machining parameters in magnetic force assisted EDM based on Taguchi method”, journal of materials processing technology 209 (2009) 3374–3383.

[44] Shunsuke Tomura, Masanori Kunieda, “Analysis of electromagnetic force in wire-EDM”, Precision Engineering 33 (2009) 255–262.

[45] Yan-Cherng Lin, Ho-Shiun Lee, “Optimization of machining parameters using magnetic-force-assisted EDM based on gray relational analysis”, Int J Adv Manuf Technol 42 (2009) 1052–1064.

[46] Reza Teimouri, Hamid Baseri, “Study of Tool Wear and Overcut in EDM Process with Rotary Tool and Magnetic Field”, Advances in Tribology (2012).

[47] Reza Teimouri, Hamid Baseri, “Experimental study of rotary magnetic field-assisted dry EDM with ultrasonic vibration of workpiece”, Int J Adv Manuf Technol (2012).

[48] Reza Teimouri, Hamid Baseri, “Effects of magnetic field and rotary tool on EDM performance”, Journal of Manufacturing Processes 14 (2012) 316–322.

[49] Douglas C. Montgomery, “Design and Analysis of Experiments”, Fifth Edition (2001).

[50] R. K. Roy, “A Primer on the Taguchi Method”, Society of Manufacturing Engineers (2010).

[51] R. K. Roy, “Design of Experiments Using the Taguchi Approach: 16 Steps to Product and Process Improvement”, Wiley (2001).