پرداخت نانومتری سطوح لنزهای کروی به وسیله ذرات ساینده شناور در سیال مغناطیسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک- ساخت و تولید، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک- ساخت و تولید، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

پرداخت سطوح به­وسیله ذرات ساینده شناور در سیال مغناطیسی، یک روش ماشین­کاری غیر سنتی یا نوین می­باشد. اصول انجام این روش، بر رفتار مغناطیسی- هیدرودینامیکی سیال ­مغناطیسی بنا شده است. مهم­ترین قطعاتی که به­وسیله این روش تحت فرآیند پرداخت سطح قرار می­گیرند، ساچمه­های سرامیکی و لنزهای اپتیکی با کاربردهای نظامی هستند که باید تاحد امکان، کیفیت سطح بالایی داشته باشند. هدف این مقاله، مطالعه پرداخت سطوح لنزهای کروی به وسیله ذرات ساینده شناور در سیال مغناطیسی و بررسی عوامل موثر بر عملکرد آن، جهت بهینه ­نمودن فرآیند است.  توسط این روش، می­توان سطوحی با صافی­سطح تا 14 نانومتر ایجاد کرد که در ماشین­کاری­های سنتی، چنین دقتی قابل حصول نیست. در این پژوهش، دستگاهی به منظور پرداخت سطوح لنزهای کروی طراحی و ساخته شد و میزان اختلاط ذرات ساینده در سیال ­مغناطیسی، اندازه ذرات ساینده، سرعت دوران کله­گی و زمان انجام ماشین­کاری، بصورت تجربی و آماری مورد مطالعه قرار گرفته و اثر آن­ها بر روی فرآیند بررسی شد. نتایج آماری نشان داد که افزایش صافی سطح با سرعت دوران ابزار هم­زن، ارتباط مستقیم دارد. همچنین افزایش میزان ­اختلاط ذرات­ ساینده با ذرات فرومغناطیس، سبب افزایش حداقل 10 درصدی کیفیت سطح می­گردد. در این پژوهش، صافی سطح 14 نانومتری برای لنز اپتیکی مورد مطالعه حاصل شد و ملاحظه گردید با افزایش سرعت کله­گی و افزایش مقدار مواد ساینده در سیال مغناطیسی، صافی سطح بهبود می­یابد. در انتها، پارامتر‌های مؤثر و معادله رگرسیون حاکم بر فرآیند استخراج گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Jain V., Magnetic field assisted abrasive based micro-/ nano-finishing, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, No. 20, pp. 6022-6038, 2009.
[2]  Vahdati M., Rasouli S. A., Study of significant factors on magnetic abrasive finishing on freeform surfaces, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 74-85, 2016. (in Persianفارسی )
[3]  Jiang M., Komanduri R., On the finishing of  balls for bearing applications Oklahama State University, Wear, Vol. 17, No. 215, pp. 267-278, 1998.
[4] Singh D. K., Jain V., Raghuram V., Parametric study of magnetic abrasive finishing process, Journal of materials processing technology,Vol. 149, No. 1, pp. 22-29, 2004.
[5]  Yan B. H., Chang G.W., Chang J. H., Hsu R.-T., Improving electrical discharge machined surfaces using magnetic abrasive. finishing, Machining science and technolog, Vol. 8, No. 1, pp. 103-118, 2004.
[6]  Jiang M., Wood N.O., Komanduri R., On Chemo-mechanical polishing (CMP) of silicon nitride ( ) workmaterial with various abrasives, wear,Vol. 48,No. 220, pp 59-71, 1998.
[7]  Jiang M., Finishing of advanced ceramic balls for bearing applications byMagnetic Float Polishing (MFP) involving fine polishing followed by Chemo-Mechanical Polishing (CMP), PhD Thesis, Oklahoma State University, U.S.A, 1998.
[8]  Childs T.H.C., Moss D.J., Wear and cost issues in magnetic fluid grinding, School of Mechanical Engineering, University of Leeds (UK), Wear,Vol. 68, No. 249, pp. 509–516, 2001.
[9]  Yuan J.L., Lu B.H., Lin X., Zhang L.B., Ji S.M., Research on abrasives in the chemical-mechanical polishing process silicon nitride balls, College of Mechanical and Electrical engineering, Zhejiang University of Technology, China, Journal of Material Processing technology, Vol. 55, No.129, pp. 171-175, 2002.
[10]         Zhang B., Nakajima A., Dynamic of magnetic fluid support grinding of Si3N4 ceramic balls for ultra-precision bearings and its importance in spherical surface generation, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Science and Engineering, Saga University, Japan, Precision Engineerin,Vol. 12,No.  27, pp. 1-8, 2003.
[11] Lee R. T., Hwang Y. C., Chiou Y. C., Dynamic analysis and grinding tracks in the magnetic fluid grinding system, Sun Yat Sen University, Taiwan, Precision Engineering, Vol. 78, No. 33, pp. 81–90, 2009.
[12] Mahalik N.P., Micro-manufacturing and Nanotechnology, pp. 305-320, New York: Springer, 2006.
[13] Pashmforoush F., Rahimi A., Nano-finishing of BK7 optical glass        using magnetic abrasive finishing process, Aplied Optics, Vol. 98, No. 197, pp. 212-221, 2015.
[14] Jain V. K., Magnetic field assisted abrasive based micro-/nano-finishing, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 77, No. 209, pp. 6022-6038, 2009.
[15] Umehara N., Kirtane T., Gerlick R., Jain V.K., Komanduri R., a new apparatus for finishing large size/large batch silicon nitride (Si3N4) balls for hybrid bearing applications by magnetic float polishing (MFP), Oklahoma State University, International Journal of Machine Tools & Manufacture,Vol. 79, No. 46, pp. 151–169, 2006.
[16] Wang L., Snidle R.W., Gu L., Rolling contact silicon nitride bearing technology: a review of recent research, Mechanical Engineering department, Harbin Institute Technology, PR China, Journal of wear, Vol. 14, No. 246, PP. 270-310, 2000.