امروزه با توجه به پیشرفت صنایع حساس مانند صنایع هسته ای، هوافضا، ساخت نیمه هادی ها و . . . و نیاز به تولید قطعاتی با صافی سطح بسیار بالا و عاری از عیوب سطحی، دستیابی به روش های جدید پرداختکاری قطعات ضروری است. پرداختکاری سایشی به کمک میدان مغناطیسی (maf) یکی از روش های مدرن (غیرسنتی) ماشینکاری است که با استفاده از نیروی میدان مغناطیسی براده برداری را در مقیاس نانومتری انجام می دهد. در این روش، با اعمال نیروی مغناطیسی روی ابزار سایشی (پودر ساینده) و فشردن آن بر سطح مورد نظر و ایجاد یک حرکت نسبی بین این ابزار و قطعه کار، عملیات پرداخت سطح انجام می گیرد. این روش برای پرداخت سطوح داخلی و بیرونی لوله ها و همچنین سطوح تخت و به طور کلی، سطوحی که امکان پرداخت آنها با روش های سنتی وجود ندارد، به کار می رود و به کمک آن می توان به زبری سطح (ra) حدود 1/0 میکرومتر و پایین تر از آن دست یافت. در این پروژه، ابتدا با انجام یک سری آزمایش های تجربی، تولید میدان مغناطیسی دوار برای فرایندmaf به وسیله استاتورهای الکتریکی متناوب، امکان سنجی شده است. سپس دستگاه پرداخت داخلی لو له ها با روشmaf ، برای اولین بار با قابلیت صنعتی سازی در کشور طراحی و ساخته شده که توانائی رقابت با نمونه های خارجی را نیز دارا می باشد. دستگاه مذکور قابلیت ها و امکانات جدیدی برای تنظیم پارامترهای موثر بر فرایند دارد (مانند ایجاد و تنظیم فرکانس حرکت ارتعاشی قطب ها) و با نصب آن بر روی ماشین تراش می توان طول مشخصی از لوله ها را صیقلی نمود. جهت بررسی فاکتورهای موثر بر عملکرد فرایند، یکی از روش های طراحی آزمایشات (doe) یعنی روش رویه پاسخ (rsm) به کارگرفته شده و بر همین اساس تست های تجربی، طراحی و بر روی لوله های آلومینیومی انجام شده است. با تجزیه و تحلیل آماری داده ها (آنالیز واریانس)، فاکتور های موثر بر فرایند و اثرات متقابل آنها بدست آمده و معادله رگرسیون که رابطه تقریبی میان ورودی ها و خروجی فرایند را تعیین می کند، به کمک نرم افزار minitab استخراج گردیده است. تحلیل ها حاکی از موثر بودن هر چهار فاکتور اصلی و توان دوم آنها ( غیر از توان دوم فاکتور فرکانس) بر روی پاسخ زبری سطح نهائی می باشد. علاوه برآن، هر چهار فاکتوراصلی به غیر از فاکتور فرکانس ارتعاشی بر میزان براده برداری تأثیر چشمگیری دارند. توان دوم فاکتور تعداد سیکل و فاکتور وزن نیز بر میزان براده برداری موثر هستند. همچنین اثرات متقابل فاکتورها بر مقادیر هر دو پاسخ ناچیز می باشد. علاوه برآن، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ نیروی اتمی(afm)، از سطح قبل و بعد از پرداختکاری تهیه شده و تغییرات بافت سطح در مراحل مختلف عملیات پرداخت، مورد مقایسه قرار گرفته است

افزایش تقاضا برای ساخت دقیق قطعات کامپیوتری، الکترونیکی، انرژی هسته ای و کاربردهای دفاعی منجر به پیدایش فرآیندهای ماشینکاری فوق دقیق گردیده است. از مهمترین مشخصات ماشین های فوق دقیق عبارت است از: ساختمان ماشین ابزار با سختی بالا، فرکانس طبیعی بالا و خصوصیات میرایی (استهلاک) خوب، پایداری حرارتی و مکانیکی بالا، ارتعاشات پایین، محورهای حرکتی بسیار دقیق و کنترل با دقت بالا. ماشین های فوق دقیق دارای قسمت های حرکتی مهمی می باشند که عبارتند از: کشویی ها، کله گی هوایی و سیستم محرکه. کله گی هوایی که قسمت مهمی از ماشین های فوق دقیق می باشد، مد نظر این تحقیق است. ارتعاشات پایین کله گی هوایی برای رسیدن به دقت های در حدود نانومتر بسیار مهم می باشد. وجود لایه هوا در کله گی هوایی فوایدی نظیر اصطکاک کم، تعریف دقیق محورها و فقدان سایش را ایجاد می نماید. از پارامترهایی که بر ارتعاشات کله گی موثر می باشند می توان به سرعت دورانی، نحوه تغذیه هوای فشرده شامل قطر سوراخ تغذیه، اندازه و تعداد حوضچه هوایی، فشار هوای موجود در فاصله بین روتور و استاتور و .... اشاره نمود. در این تحقیق پارامترهای مربوط به حوضچه هوایی و سرعت دورانی مورد بررسی تجربی قرار گرفت. برای هرکدام از این پارامترها سه سطح یا حالت در نظر گرفته شد. همچنین حوضچه های با عمق متغیر نیز مورد بررسی قرار گرفت. روتور نیز به صورت خارجی در نظر گرفته شد. یعنی روتور حول استاتور می چرخد. در مجموع تعداد 258 آزمایش انجام گرفت. برای انجام این آزمایشات، ابتدا کله گی های هوایی به کمک فرآیندهای مختلف تولید، ساخته شدند. آزمایشات روی دستگاه تراش انجام گرفتند. برای بررسی ارتعاشات از دستگاه vibrotest 60 استفاده گردید. نتایج آزمایشات به صورت مقادیر ارتعاش و نمودارهای fft بوده است. نتایج آزمایشات نیز با استفاده از doe تحلیل گردید. در بخش دیگری از این تحقیق با استفاده از نرم افزار ansys اثر توزیع فشار هوا در لایه هوا در کله گی هوایی شبیه سازی شد. برای انجام آن از تعدادی فنر برای شبیه سازی لایه هوا استفاده گردید. برای شبیه سازی حالت های مختلف توزیع فشار، سختی فنرها تغییر داده شد. تحلیل های انجام شده شامل تحلیل های استاتیکی، مودال، هارمونیک و گذرا می باشد.

در این پروژه برای بررسی خواص سطوح ایجاد شده در ماشین-کاری نانومتری و بررسی تاثیر فاکتورهای مختلف بر صافی سطح حاصل، ابتدا نمونه ی ماشین ابزار فوق دقیق، با کمک اجزاء حرکتی بسیار دقیق مانند اسپیندل هوایی و ریل خطی دقیق و ابزار الماس طراحی و ساخته شده است. در این دستگاه برای رفع مشکل گیره بندی، مکانیزم گیره ی خلا طراحی و ساخته شده است. در انتها تاثیر شریط مختلف برش( عمق بار، سرعت برش، سرعت پیشروی) بر روی صافی سطح حاصل در ماشین کاری برنج و آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفته و معادلات حاصل ارائه می شوند. در انتها پیشنهاداتی برای بهبود طراحی دستگاه بر مبنای نتایج بدست آمده برای تحقیقات آتی ارائه می شود.

گسترش دانش مواد موجب تولید مواد پیشرفته ای شده است که دارای استحکام و مقاومت بالا در برابر حرارت و ضربه هستند. امروزه نیاز به تولید قطعات بسیار دقیقی است که باید دارای پرداخت های ظریف باشند. در بسیاری از موارد روش های سنتی تولید و پرداختکاری به دلیل محدودیت های خاص خود جوابگوی این نیازها نمی باشند و استفاده از روش های غیر سنتی ضروری به نظر می رسد . به طور کلی مواد ساینده از گذشته های دور برای پرداختکاری سطوح مورد استفاده قرار گرفته اند. امروزه با پیشرفت های حاصل شده در صنعت تولید ذرات ساینده در ابعاد نانو بدون استفاده از روش هایی مانند آسیاب کردن میسر شده است. از این ذرات که دارای شکل و ابعاد یکسان می باشند می توان به سطوحی با پرداخت نانومتر دست یافت . مواد هوشمند، موادی هستند که توسط توابعی خاص , به عواملی نظیر دما، میدان مغناطیسی، نور، ph، تنش، کرنش و... مربوطند. خصوصیات سیال هوشمند نظیر لزجت، با قرارگیری در میدان الکتریکی یا مغناطیسی تغییر می کند . در مجموع ، مواد هوشمند علاو ه بر اینکه در یک لحظه به عنوان حسگر و محرک عمل می کنند، می توانند عملیات مکانیکی کنترل شده ای را بدون داشتن مکانیزم اضافی، انجام دهند . همچنین، این مواد علاوه بر اشغال فضای بسیار کم، سازگاری مناسبی با محیط زیست دارند. بنابراین، برای در نظر گرفتن حداکثر مزایای کاربردی مواد هوشمند در صنعت می بایستی طراحی سیستم های جدیدی از مهندسی اجزا شروع شود. به بیانی دیگر، با طراحی مواد در اندازه های مولکولی، می توان به مهندسی مشخصات عملکردی تک تک اجزا پرداخت. فرایند پرداختکاری با استفاده از ذرات ساینده و سیال هوشمند , برای پرداخت کاری نهایی سطوح داخلی قطعاتی با مواد سخت طراحی شده است. در این روش , سیال هوشمند که شامل درصد مشخصی از مواد ساینده و ذرات مغناطیسی است با فشار و سرعت مشخصی تحت اعمال میدان مغناطیسی معین , از داخل قطعه کار عبور داده می شود . در این روش , با توجه به عواملی که در فرایند وجود دارند , مانند اندازه ذرات , شدت میدان مغناطیسی , درصد اجزای تشکیل دهنده سیال هوشمند , سرعت عبور سیال از داخل قطعه کار و فشار سیال، نتایج مختلفی به دست می آید که باید به تحلیل نتایج به دست آمده پرداخت تا بهینه ترین حالت برای انجام فرایند مشخص شود. با توجه به پیشرفت در زمینه تولید مواد هر چه سخت تر, فرایندهای سنتی موجود و روش های پرداخت جدید هر کدام به تنهایی برای تولید سطوح هندسی با مشخصات خواسته شده و همچنین کنترل پروسه تولید در حین عملیات پرداختکاری ناتوان هستند.

از گدشته تا کنون همواره با پیشرفت دانش بشری نیاز ها نیز شکلی تازه به خود گرفته و روش های برآورده کردن آنها نیز تغییر یافته است. یکی از زمینه های مورد بحث در دنیای صنعت امروز تولید قطعات با ابعاد بسیار دقیق و در هندسه های کاملا پیچیده می باشد. روش mraff که در این تحقیق بر روی آن مطالعه صورت گرفته است یکی از جدیدترین روشهای پرداختکاری سطح داخلی قطعات فلزی و غیر فلزی با هندسه های مختلف می باشد که با استفاده از نیروی مغناطیسی و ذرات ساینده و فشار تزریق سیال واسطه به داخل قطعه کار فرآیند پرداخت کاری را انجام می دهد. طبق نتیجه های بدست آمده این روش دارای کارایی بسیار بالایی بوده و می توان از آن در فرآیندهای مختلف صنعتی که نیاز به پرداختکاری سطوح داخلی با کیفیت بسیار بالا دارند سود برد. از دیگر مزایای این روش می توان هزینه ی پایین فرآیند و قابلیت استفاده ی مجدد از سیال و ذرات ساینده را نام برد. همچنین با کمی تحقیق و مطالعه ی بیشتر بر روی این فرآیند می توان آن را به حالت بهینه رسانده و کاربردهای دیگری نیز به آن اضافه نمود.

در سالهای اخیر پیشرفت صنایع مختلف باعث به وجود آمدن روشهای جدید در ساخت قطعات شده است. فرایندهای ماشینکاری سایشی نیز از انواع این روشها هستند. اینگونه فرایندهای ساخت بیشتر برای رسیدن به تلرانسهای دقیق و کیفیت سطح بالا میباشند. یکی از انواع روشهای ماشین کاری سایشی که در این پایان نامه مورد بررسی قرار میگیرد فرایند پرداخت سطح به وسیله ذرات ساینده شناور در سیال مغناطیسی یا magnetic float polishing(mfp) میباشد. اصول انجام این روش بر رفتار مغناطیسی هیدرودینامیکی سیال مغناطیسی بنا شده است. بیشترین کاربرد mfp پرداخت سطوح کروی میباشد. مهمترین قطعاتی که به وسیله این روش تحت فرایند پرداخت سطح قرار میگیرند ساچمه های سرامیکی هستند که در ساخت بلبرینگهای هیبریدی به کار میروند. به دلیل کارکرد بلبرینگهای هیبریدی در سرعت بالا نیاز است تا ساچمه های سرامیکی به کار رفته در آنها تا حد امکان کیفیت سطح بالایی داشته باشند. هدف این پروژه طراحی و ساخت دستگاه mfp و بررسی عوامل موثر بر عملکرد آن جهت بهینه نمودن فرایند است. در این بررسی ها فاکتورهایی از قبیل غلظت سیال مغناطیسی، میزان اختلاط ذرات ساینده در سیال مغناطیسی، اندازه ذرات ساینده، سرعت دوران کله گی و زمان انجام ماشینکاری مورد مطالعه قرار گرفته اند و اثرات آنها بر روی انجام فرایند بررسی شده است. دو ویژگی انجام فرایند که مورد بررسی قرار گرفته اند صافی سطح به دست آمده و میزان براده برداری هستند. بعد از طراحی و ساخت دستگاه mfp آزمایش هایی روی آن صورت گرفته و نتایج آن تحلیل شده اند. برای انجام طراحی آزمایش ها و تحلیل نتایج از روش های doe استفاده شده است. روش رویه پاسخ یا response surfase method(rsm) در این مورد به کار رفته است. بعد از انجام آزمایش های طراحی شده و اندازه گیری نتایج، بهینه سازی صورت گرفته و در پایان بهترین صافی سطح به دست آمده روی ساچمه ها معادل ra=25nm اندازه گیری شده است. پس از تحلیل نتایج مشخص شد که کاهش اندازه ذرات ساینده، کاهش میزان اختلاط ذرات ساینده و افزایش سرعت دوران کله گی باعث بهبود کیفیت سطح می شوند و افزایش غلظت سیال مغناطیسی، کاهش میزان اختلاط ذرات ساینده در سیال مغناطیسی، افزایش اندازه ذرات ساینده، افزایش سرعت دوران کله گی و افزایش زمان انجام فرایند باعث افزایش مقدار براده برداری میشوند.

روش پرداخت شیمیایی مکانیکی (cmp chemical-mechanical polishing,) یکی از روش های پرداخت کاری فوق دقیق ساچمه ها و ویفرهای غیرفلزی مانند سیلیکون نیتراید (si3n4) و انواع سرامیک ها می باشد. در این فرایند ذرات ساینده (مانند zro2, ceo2, fe2o3 و ...) که سختی کمتری نسبت به قطعه کار دارند و در یک سیال غوطه ور هستند. در همین حالت با قطعه کار یا محیط (هوا یا آب یا روغن و....) واکنش شیمیایی مکانیکی تشکیل می دهد و یک ماده نرم تر (sio2 ) روی قطعه تولید می کنند. در نتیجه ی این کار برداشت ماده توسط ذرات ساینده، به راحتی از سطح قطعه کار انجام می گیرد. عوامل موثر در cmp شامل 1- غلظت ذرات ساینده، 2- نوع سیال، 3- بار وارد بر ساچمه ها، 4- نوع ذرات ساینده، 5- اندازه ی ذرات، 6- سرعت دوران اسپیندل و ... است. با تغییر هر یک از این پارامترهای ذکر شده عواملی مانند 1- زبری سطح، 2- کرویت، 3- نرخ براده برداری و ... تغییر می کند. در این تحقیق برای پرداخت شیمیایی مکانیکی ساچمه های سیلیکون نیتراید یک دستگاه آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. برای بررسی اثر 1- اثر غلظت ذرات ساینده 2- سرعت دوران اسپیندل3- زمان پرداخت کاری 4- نوع ذارت ساینده، جمعا 24 آزمایش انجام شد. طراحی آزمایش ها با نرم افزار minittab و با روش full factorial انجام گرفت. ذرات ساینده مورد استفاده در آزمایش ها zro2, ceo2, fe2o3 بودند. برای هر کدام از ذرات ساینده فاکتورهای غلظت ذرات ساینده، سرعت دوران اسپیندل و زمان انجام پرداخت کاری در دو سطح تنظیم شد. جنس صفحات پرداخت کاری نیز از استیل aisi316l انتخاب شد. در آزمایش های انجام شده برای هر سه ذره ساینده، مشاهده شد که با افزایش زمان پرداخت کاری و سرعت دوران صفحه ی پرداخت و غلظت ذرات ساینده میزان برداشت ماده بیشتر شده و کیفیت سطح نیز بهبود می یابد. همچنین مقایسه ی نتایج برای هر سه ذره ساینده نشان داد که کیفیت سطح ساچمه های پرداخت کاری شده با fe2o3 بهتر و زبری سطح به دست آمده با این ساینده کمتر از دو پودر دیگر و برابر nm69ra= است. برای بررسی نتایج آزمایش از شاخص هایی از قبیل زبری سطح و نرخ برداشت ماده استفاده شده است.

آلنیکو مغناطیس بوده و دارای سختی بسیار بالا و ترد می باشد برای روتور دوار موتورها استفاده می شود اینه کردن آن با فرآیند سایش و صیقل انجام می شود در فرآیند صیقل 72 آزمایش با متغییر های سرعت دوران قطعه کار نوسا ن ابزار و نوع ابزار قیر و زمان و نوع ساینده انجام می شود و نتایج دستگاه تداخل سنج ثبت می گردد

نیاز صنایع امروزی به مواد جدید با خواص پیشرفته که بتواند نیازمندی های تکنولوژیک را تأمین نماید بسیار جدی است. این گونه مواد معمولاً به سختی ماشین کاری می شوند و بسیار ترد هستند. در برخی موارد دیگر، قطعاتی با منحنی های ظریف و پیچیده ای وجود دارند که تلاش برای رفع مشکلات پرداخت کاری آنها سبب پیشرفت و بهبود تکنیک های پرداخت کاری جدید شده اند. از جمله این تکنیک ها که در حال رشد است پرداخت کاری سایشی مغناطیسی می باشد. در طی این تحقیقات در رابطه با این فرآیند و عوامل موثر در آن مطالعاتی انجام شده است. در این تحقیق یک نمونه آزمایشگاهی از تجهیزات لازم برای انجام فرایند maf ساخته شده و آزمایشات مربوطه به منظور بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند پرداخت کاری انجام گردید. نیروی میدان مغناطیسی توسط آهن رباهای دائمی نوع nd-fe-b با شدت 2850 گاوس فراهم گردید. آزمایشات بر روی قطعات فولادی انجام گردید. نتایج حاصل از آزمایشات به صورت معین برای تک تک پارامترها معین شده است. بررسی نتایج بیانگر قابلیت این روش به منظور پرداخت کاری سطوحی است که با استفاده از روشهای سنتی قابل انجام نمی باشد. در این تحقیق صافی سطح مطلوب زمانی که سرعت دورانی قطب مغناطیسی برابر rpm2000، فاصله کاری mm 5 و برای ابزار ساینده sic بود به mµ 375/0 ارتقا پیدا کرد. همچنین حداکثر میزان براده برداشته شده از سطح در فاصله کاری mm 2/5 توسط پودر ساینده sic بوجود آمد.

این رساله در بخش اول، به شبیه سازی فرایند ماشینکاری نانومتری بر روی تک کریستال مس با ابزار الماس تک کریستال می پردازد. مدل ها و الگوریتم شبیه سازی دینامیک مولکولی فرایند نانوبرش ارائه می شود و تاثیر انتخاب پارامترهای محاسباتی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که انتخاب تابع پتانسیل بعنوان مهمترین هسته شبیه سازی تاثیر قابل توجهی بر روی مکانیزم برش و نیروهای وارد بر ابزار می گذارد و در نهایت بدلیل دقت و قابلیتهای بالا، تابع پتانسیل فلزی eam انتخاب می شود. نتایج محاسبه نیروی ویژه برش، انرژی ویژه برش و زاویه نیروی ابزار نسبت به افق با نتایج تجربی و عددی تطابق قابل قبولی دارد. در بخش دوم تاثیر برخی از پارامترهای فرایند ماشینکاری نانومتری مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که سرعت برش تاثیر کمی بر نیروهای وارد بر ابزار می گذارد بطوریکه افزایش %300 سرعت، تنها باعث افزایش %4/22 نیروهای وارد بر ابزار می شود. ولی توزیع نابجایی ها و دما در ناحیه براده وابستگی زیادی به سرعت برش دارد. شعاع انحنای نوک ابزار و نسبت عمق برش به شعاع انحنای ابزار یکی از عوامل تعیین کننده در مکانیزم برش و فرایند نانوماشینکاری است که بر روی نیروهای وارد بر ابزار، نقطه ایستا و عمق موثر برش، درجه حرارت، تنش های اعمالی، تنشهای پس ماند و کیفیت سطح قطعه کار تاثیرگذار است و هرچه نسبت عمق برش به شعاع انحنای ابزار کم باشد، عمق موثر برش کمتر، تنشهای و نیروهای اعمالی بیشتر و کیفیت سطح قطعه کار پایین تر خواهد بود. در بخش سوم تاثیر وجود عیب حجمی حفره نانومتری در قطعه کار تک کریستالی در فرایند برش نانومتری مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که وجود عیب حفره در قطعه کار باعث افزایش ناحیه تغییر شکل پلاستیک می شود. با نزدیک شدن عیب حفره به لایه های نزدیک سطح و بزرگ شدن آن، نیروهای وارد بر ابزار بخصوص در راستای عمودی به میزان قابل توجهی کاهش می یابند. مکانیزم تغییرشکل نانوحفره های زیر سطحی در فرآیند ماشینکاری نانومتری، فشردگی و مچالگی در اثر فشارهای هیدرواستاتیکی زیاد می باشد و حفره های سطحی در طی فرایند برش از بین می روند. نهایتا وجود نانوحفره سطحی و زیر سطحی تاثیر قابل توجهی بر روی کیفیت سطح ماشینکاری می گذارد. نهایتا در بخش چهارم تاثیر وجود عیب صفحه ای مرزدانه در قطعه کار مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که تفاوت در جهت کریستالی دانه ها می تواند تاثیر زیادی بر روی مکانیزم برش، نیروهای وارد بر ابزار و کیفیت سطح قطعه کار بگذارد. مرزدانه ها دارای انرژی پتانسیل زیادی هستند. در صوریتکه مرزدانه در جهت حرکت ابزار باشد، نیروهای عمودی ابزار با افزایش ضخامت دانه بالایی بر خلاف نیروهای برش تغییر زیادی می کند و مرزدانه باعث گسترش بیشتر عیوب کریستالی در قطعه کار می شود ولی اجازه نفوذ نابجایی ها را به دانه پایینی نمی دهد. اگر دانه در راستای عمود بر حرکت ابزار باشد، در حین براده برداری نیروهای ابزار دچار تغییرات نیرویی شدید می شود که می تواند بر کاهش عمر ابزار تاثیرگذار باشد. در نهایت وجود مرزدانه بخصوص اگر به سطح ابزار نفوذ کند باعث کاهش کیفیت سطح قطعه کار می شود.

چکیده نیاز روزمره به پیشرفت در ماشین کاری و رسیدن به فناوری غنی تری در زمینه ی صافی سطح در دهه های گذشته محققین را بر آن داشت تا به ابداع فرایندهای تازه تر و روش های جدیدی بپردازند. پس از سال ها بررسی و کنکاش امروزه محققین به روش هایی دست پیدا کرده اند که می توان توسط آن ها به پرداخت سطحی در مقیاس نانو دست یافت. روش ماشین کاری دورانی توسط سیال ساینده ی هوشمند که موضوع بحث این نوشتار می باشد، روشی است بسیار تازه و کارآمد که کاربرد اصلی آن در پرداخت کاری سطوح داخلی است. فرایند و روش کار آن به این ترتیب است که با اعمال میدان مغناطیسی دورانی بر روی سیال ساینده و در پی آن جامد شدن سیال و اعمال همزمان نیروی فشاری به آن، پرداخت کاری روی سطح مورد نظر انجام خواهد پذیرفت. به سبب کارایی بسیار بالا و همچنین انعطاف مناسب این روش می توان آن را در کاربردهای صنعتی خاص که نیاز به دقت فراوان در صافی سطح و در مقیاس نانومتر دارند به کار برد و بهینه کرد. هدف از انجام تحقیقی که پیش رو دارید بررسی سه پارامتر سرعت دوران میدان مغناطیسی، زمان بالا رفتن جک هیدرولیک و نیز اندازه ی میدان مغناطیسی بر صافی سطح نهایی بود. پس از کسب نتایج حاصل مشخص شد که زمان بالا رفتن جک در مقدار یک ثانیه و اندازه ی میدان مغناطیسی در 200 میلی تسلا و سرعت دوران میدان مغناطیسی در 60 دور بر دقیقه بهترین جواب را داراست و بهترین صافی سطح ra به دست آمده مقداری براربر با 60 نانومتر را دارا می باشد.

چکیده فرایندmfp روشی جهت پرداخت کاری سطح ساچمه های سرامیکی مورد استفاده در بلبرینگ های هیبریدی است .در این پژوهش ابتدا توضیح مختصری در مورد ماهیت فرآیند و پژوهش هایی که تا کنون بر روی آن انجام شده مطرح می شود. در ادامه تئوری فرایند ،تجهیزات لازم برای انجام آن و نحوه طراحی، ساخت و نصب این تجهیزات مورد بررسی قرار می گیرد. سپس با طراحی آزمایشات مناسب در نرم افزار minitab، تاثیر پارامترهایی نظیر جنس ماده ساینده، سرعت دوران کلگی،غلظت سیال و نسبت اختلاط پودر ساینده به پودر مغناطیسی با انجام عملی فرایند مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج حاصل از انداره گیری میزان صافی سطح هر ساچمه و میزان جرم ماده برداشته شده از ساچمه ها به عنوان خروجی برای تحلیل در اختیار نرم افزار قرار می گیرد و در نهایت بر روی این نتایج بحث، بررسی، تحلیل و بهینه سازی صورت خواهد گرفت.

ماشینکاری اولتراسونیک یک راه حل مناسب برای صنعت جهت ماشینکاری مواد سخت و ترد و شکننده می باشد. استفاده از هر روش و دستگاه ماشینکاری مستلزم شناخت کامل فرایند، طراحی و مهندسی پارامترهای متغیر و دانش فنی تاثیر پارامترهای ورودی بر نتایج و خروجی های ماشینکاری می باشد. فرایند ماشینکاری اولتراسونیک یک روش نوین و جدید ماشینکاری می باشد که هنوز به طور کامل تمامی جزئیات آن، تاثیر پارامترهای آن بر نتایج ماشینکاری مشخص نمی باشد. این روش ماشینکاری در صنعت ایران هم اکنون جایگاهی ندارد و در صنعت علی رغم نیاز بسیار زیاد به این فرایند هنوز شناخت کامل وجود ندارد و عملا این تکنولوژی به ندرت استفاده می شود. این فرایند کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف نفت و گاز، نیروگاهی، نظامی، تجهیزات الکترونیک، خودرو، هوافضا و... دارد. در این پژوهش ابتدا به طور کامل فرایند ماشینکاری اولتراسونیک و چگونگی براده برداری از قطعه، تئوری ها، مشخصات، ویژگی ها و قوانین ریاضی حاکم بر آن بیان گردیده است. سپس اجزا و قطعات دستگاه ماشینکاری ارتعاشات اولتراسونیک طراحی و مهندسی شده اند. پس از تهیه و آماده سازی دستگاه ماشینکاری اولتراسونیک اقدام به انجام آزمایشات و بررسی تجربی تاثیر پارامترهای فرکانس ارتعاشات، دامنه ارتعاشات، شکل متمرکزکننده، جنس قطعه کار، جنس ابزار، سرعت دوران ابزار ، فشار استاتیک ابزار و نوع موج ورودی بر روی صافی سطح و نرخ براده برداری شده است. درنهایت با تحلیل داده های حاصل از آزمایشات تجربی، ارتباط بین پارامترهای فرایند به گونه ای که به انتخاب صحیح پارامترها و قطعات در ماشینکاری اولتراسونیک منجر شود و بتوان با صرف انرژی کمتر به دقت، کیفیت، صافی سطح بهتر و نرخ براده برداری بیشتری در ماشینکاری مواد ترد و سخت و شکننده دست یافت، بیان گردیده شده است. در این پژوهش نتیجه گیری شد که صافی سطح قطعات با مجذور فرکانس ارتعاشات مبدل رابطه مستقیم دارند و افزایش فرکانس ارتعاشات باعث افزایش نرخ براده برداری در ماشینکاری اولتراسونیک می گردد، متمرکزکننده نمایی در مقایسه با متمرکزکننده پله ای صافی سطح بهتری را ایجاد می کند، طراحی متمرکزکننده تاثیر بسیار زیادی بر نرخ براده برداری دارد.. با افزایش سرعت دورانی ابزار میزان صافی سطح به شدت بهبود می یابد، افزایش سرعت دورانی ابزار تا فرکانس رزنانس اول ابزار تاثیر مثبت در نرخ براده برداری دارد و باعث افزایش نرخ براده برداری می گردد . نوع موج ورودی که توسط ژنراتور تولید می شود بر صافی سطح قطعات تاثیر دارد . در حالت استفاده از موج سینوسی ، صافی سطح بهتری نسبت به حالت موج مستطیلی و دندانه ای حاصل می گردد و در حالت موج مستطیلی صافی سطح بهتری نسبت به موج دندانه ای حاصل می گردد. نوع موج ورودی تاثیری در نرخ براده برداری ندارد. افزایش فشار استاتیک صافی سطح را کاهش می دهد .در حالت افزایش همزمان فرکانس ارتعاشات و فشار استاتیک اگرچه صافی سطح افزایش می یابد ولی افزایش فشار استاتیک ، شدت این افزایش را کاهش می دهد و فشار استاتیک تاثیر فرکانس ارتعاشات را تحت تاثیر خود قرار می دهد و با افزایش فشار استاتیک نرخ براده برداری به شدت افزایش می یابد. برای متریال های با سختی بالاتر ، ماشینکاری اولتراسونیک با سهولت بیشتری انجام می گیرد و صافی سطح بهتری حاصل می گردد.

هدف این پروژه طراحی و ساخت دستگاه mfp و بررسی عوامل موثر بر عملکرد آن جهت بهینه نمودن فرآیند است . اصول انجام این روش بر رفتار مغناطیسی هیدرو دینامیکی سیال مغناطیسی بنا شده است . بیشترین کاربرد mfp پرداخت سطوح کروی می باشد. مهمترین قطعاتی که به وسیله این روش تحت فرآیند پرداخت سطح قرار می گیرند ساچمه های سرامیکی و لنزهای اپتیکی هستند که باید تا حد امکان کیفیت سطح بالایی داشته باشند. در این بررسی فاکتورهایی از قبیل میزان اختلاط ذرات ساینده در سیال مغناطیسی ، اندازه ذرات ساینده ، سرعت دوران کله گی و زمان انجام ماشین کاری مورد مطالعه قرار گرفته اند و اثرهای آن بر روی فرآیند بررسی شده است . دو ویژگی انجام فرآیند که مورد بررسی قرار گرفته اند صافی سطح به دست آمده و میزان براده برداری هستند . بعد از طراحی و ساخت دستگاه mfp آزمایش هایی روی آن صورت گرفته و نتایج زیر حاصل شده است . برای انجام طراحی آزمایش ها و تحلیل نتایج از روش های doe استفاده شده است. افزایش صافی سطح با سرعت دوران ابزار همزن ارتباط مستقیم دارد. افزایش میزان اختلاط ذرات ساینده سبب افزایش کیفیت سطح می گردد با استفاده از فرآیند mfp برای لنزهای کروی، فرآیند پرداخت لنزها به شعاع کانونی آنها وابسته نیست و این امر سبب صرفه جویی در هزینه ها و افزایش سرعت پرداخت لنز می شود.

پیشرفت های سریع در توسعه ی دستگاه های الکترونیکی و نوری نیاز به دقت بالا و تولید در مقیاس کوچک دارد. این کوچک سازی توسط روش های گوناگون از جمله ماشینکاری فوق دقیق و ساخت در مقیاس میکرو به دست می آید. تکنیک های ساخت در مقیاس میکرو که امروزه برای تولید در مقیاس نانو مورد استفاده قرار می گیرد (به عنوان مثال لیتوگرافی)، محدودیت های جدی در انتخاب مواد و ایجاد اشکال پیچیده با کیفیت نانومتر دارد. ماشینکاری مکانیکی در مقیاس میکرو که به میکرو ماشینکاری یا نانو ماشینکاری اشاره دارد، توانایی تولید ویژگی های سه بعدی پیچیده همراه با در نظر گرفتن تلرانس های ابعادی دقیق و سطح تمام شده ی مورد نیاز برای قطعات در مقیاس میکرو و نانو را دارد. هدف این پروژه، بررسی اثر پارامترهای برش در ماشینکاری فوق دقیق روی آلومینیوم 6t 6061 است. در این بررسی ها، فاکتورهای سرعت دوران کله گی، نرخ پیشروی، عمق برش و شعاع نوک ابزار مورد مطالعه قرار گرفته اند. ویژگی مورد بررسی در این فرآیند، صافی سطح بدست آمده است. پس از انجام آزمایش ها، نتایج تحلیل و بررسی شده اند. برای انجام آزمایش ها و تحلیل نتایج از روش های doe استفاده شده است. روش رویه پاسخ (rsm) در این مورد به کار گرفته شده است. پس از تحلیل و بهینه سازی فاکتورها در فرآیند ماشینکاری فوق دقیق، تنظم بهینه ای از فاکتورها برای تولید سطح با کیفیت نوری مناسب و رسیدن به بهترین صافی سطح، معرفی شده است. در نهایت به بررسی سطح ایجاد شده و سایش ابزار توسط تصاویر sem پرداخته شده است.

در این پایان نامه، علاوه بر طراحی مکانیزم، ساخت مکانیزم و طراحی آزمایشات مرتبط انجام شده است. این مکانیزم شامل نگهدارنده ی ویژه، ابزار و راهنما است. به عبارت دیگر توسعه یک روش جدید به منظور تولید سوراخ های مربعی با استفاده از ماشین کاری سنتی و با حرکت دورانی ابزار انجام شده است. این توسعه که در واقع به عنوان دستاورد انجام این پایان نامه است، شامل طراحی و ساخت یک نگهدارنده ی ویژه و همچنین نتایجی در رابطه با بهترین محدوده سرعت دورانی و تغذیه ابزار، با استفاده از انجام آزمایشات طراحی شده است. که تمامی موارد بیان شده برای اولین بار در کشور صورت گرفته است. تولید سوراخ های غیرمدور مانند سوراخ های مربعی معمولا با استفاده از روش های مدرن مانند اسپارک و یا وایرکات انجام می شود. در این پایان نامه تولید سوراخ های مربعی با استفاده از اتصالات کاملاً مکانیکی شامل نگهدارنده ی ویژه، راهنما و توسط ابزاری بر مبنای هندسه مثلث رئولکس صورت می گیرد. این روش نسبت به روش های متداول با صرف هزینه، مراحل و زمان کمتری انجام می شود. در این پایان نامه، با استفاده از طراحی آزمایشات و براساس نیروی ماشین کاری ، بهینه سازی پارامترهای سرعت دورانی و... برای رسیدن به مناسب ترین شرایط راه اندازی دستگاه دریل به منظور ایجاد سوراخ مربعی بر روی قطعه ای از جنس آلومینیم انجام شده، و نمودارها و نتایج حاصل شده ارائه شده است. بنابراین با انجام آزمایشات طراحی شده و با توجه به امکانات دستگاه موجود، می بایست سوراخ کاری نمونه ها برای اینکه مکانیزم عملکرد مناسبی از خود نشان دهد و نیز برای جلوگیری از پریدگی لبه ی ابزار، بایستی حداکثر سرعت دورانی ابزار rpm 200 و حداکثر تغذیه ابزار mm/rev 3/0 باشد.

در این پژوهش تاثیر انواع نانو ذرات ساینده بر صافی سطح ساچمه¬های سرامیکی سیلیکون نیتراید (si3n4) مورد استفاده در بلبرینگ¬های هیبریدی،که توسط فرایند ذرات شناور در سیال مغناطیسی (magnetic float polishing, mfp) صیقل شده اند، مورد بررسی قرار گرفته و پارامترهای بهینه فرایند برای کسب بالاترین صافی سطح، بدست آمده است. برای این بهینه سازی و طراحی آزمایش از نرم افزار minitab و روش رویه پاسخ (rsm) کمک گرفته شده است. پنج پارامتر شامل نوع مواد ساینده (در ابعاد نانو)، غلظت سیال مغناطیسی، سرعت دوران، میزان غلظت ذرات ساینده در سیال مغناطیسی و زمان فرایند در سه سطح برای بررسی فرایند در نظر گرفته شده¬اند. پس از انجام آزمایش¬ها و بهینه سازی فرایند، برای حالت ساینده اکسید سریم، غلظت سیال مغناطیسی برابر با ppm 8000، سرعت دوران کله¬گی ماشین فرز برابر با 2500 دور بر دقیقه، میزان اختلاط ذرات ساینده در سیال مغناطیسی برابر با 60 درصد و 60 دقیقه زمان فرایند، صافی سطحی برابر با 110 نانومتر بدست آمد. بیشترین نرخ براده برداری برای حالت ساینده اکسید آلومینیوم، غلظت سیال مغناطیسی برابر با ppm 8000، سرعت دوران کله¬گی ماشین فرز برابر با 2500 دور بر دقیقه، میزان اختلاط ذرات ساینده در سیال مغناطیسی برابر با 40 درصد و 60 دقیقه زمان فرایند، در حدود 7/0 میلی گرم بدست آمد. با استفاده از نتایج بدست آمده مدلی برای تخمین صافی سطح و نرخ براده برداری در فرایند بدست آمد.

در این پایان نامه، جهت بهبود صافی سطح، روش پرداخت جدیدی به نام پرداخت کاری با سیال ساینده¬ی مغناطیسی (mraff) ارائه شده است. در این فرایند یک حرکت چرخشی توسط میدان مغناطیسی چرخان به همراه یک حرکت رفت و برگشتی به سیال ساینده اعمال می شود. با کنترل هوشمندانه این دو نوع حرکت می توان به سطحی یکنواخت، صاف و آینه ای دست یافت. طراحی آزمایش های این پژوهش با استفاده از روش پاسخ سطح (rsm) برنامه ریزی شده است. جهت بررسی میزان اثر گذاری هر یک از ترم های مدل بر بهبود پرداخت سطح، از روش تحلیل واریانسی استفاده شده است. با مطالعات بهینه سازی آزمایش ها، شرایط بهینه ی پرداخت سطح تعیین شده است. این مطالعات نشان می دهد سرعت دوران میدان مغناطیسی، بیشترین اثر را در بهبود صافی سطح قطعات از جنس کوارتز با سختی 4 و 6 موهس (mohs) دارد. پارامترهای اثرگذار دیگر در بهبود صافی سطح به ترتیب بیشترین میزان تاثیر عبارتند از: تعداد سیکل های پرداخت، فشار وارد شده به سیال و نسبت ترکیب ذرات مغناطیسی و ساینده در سیال.

اکستروژن یکی از رایج ترین فرآیندهای تولید مواد پلیمری است. در این فرآیند قطعه ای از ماده پلیمری در اثر اعمال فشار و حرارت، تغییر شکل پلاستیک داده و به شکل دهانه خروجی از قالب خارج می¬شود. صنعت اکستروژن دارای تاریخی بالغ بر 150 سال است. در اکستروژن مستقیم، ماده خروجی از قالب و سنبه در یک جهت حرکت می کنند. در این پایان نامه اثر پارامترهای فرآیند اکستروژن مستقیم برای یک ماده پلیمری بررسی و مقدار تأثیرگذاری هر کدام از این پارامترها بر کیفیت محصول نهایی، مشخص شده است. سرعت حرکت پیستون، دمای فرآیند و درصد رطوبت ماده پلیمری به عنوان پارامترهای ورودی و تورم بعد از قالب، سختی، مدول یانگ و فشار اکستروژن به عنوان پارامترهای خروجی و توابع هدف در نظر گرفته شدند. ابتدا با استفاده از روش آماری تحلیل سطوح پاسخ (rsm) طراحی آزمایش ها صورت گرفت و پس از انجام آزمایش ها در نقاط تعریف شده، تحلیل بر روی خروجی آزمایش ها انجام شد. در ادامه توابع هدف به¬علاوه نقاط مناسب جهت انجام فرآیند، برای پارامترهای خروجی به دست آمد. نتایج نشان داد که با کاهش دما و افزایش سرعت، فشار اکستروژن افزایش یافت و درصد رطوبت نسبت به دو پارامتر دیگر تأثیر چندانی بر فشار اکستروژن نداشت. با افزایش سرعت و کاهش درصد رطوبت، مقدار تورم بعد از قالب افزایش پیدا کرد اما دما به نسبت پارامترهای دیگر بر مقدار تورم بعد از قالب اثر کمتری داشت. با کاهش دما و افزایش سرعت اکستروژن، سختی افزایش پیدا می کند و درصد رطوبت اثر کمی بر سختی دارد. کاهش هم زمان دما، سرعت و درصد رطوبت باعث افزایش مدول یانگ شد.

دستیابی به دقت های میکرو و نانومتری در سطح پرداخت کاری شده برای بسیاری از صنایع دقیق، همواره مورد توجه بوده است. عدم توانائی روش های سنتی در بسیاری موارد باعث شده تا روش های جدید به منظور پرداخت کاری سطوح به کار روند. یکی از روش های جدید پرداخت کاری میکرومتری، پرداخت کاری سایشی قطعات با استفاده از نیروی میدان مغناطیس است. در این تحقیق یک نمونه آزمایشگاهی از تجهیزات لازم برای انجام فرایند پرداخت کاری با ذرات ساینده مغناطیسی روی سطوح هندسی (کروی، استوانه ای، تخت) ساخته شد و آزمایش های مربوطه به منظور بررسی پارامترهای زمان، گپ، شدت میدان مغناطیسی، نوع پودرهای ساینده، در مقابل ذرات ساینده فرو مغناطیس و سختی قطعه کار بر روی تغییر در صافی سطح و مقدار ماده برداشته شده انجام شده است. هم چنین نمودارهای به دست آمده بررسی شده و نتایج به دست آمده بیانگر قابلیت این روش به منظور پرداخت کاری سطوح در حد10% تا 95% میکرومتر است. با افزایش اندازه ذرات ساینده در مقابل فرو مغناطیس ها میزان بیشتری ماده برداشته می شود و در مقابل تغییرات صافی سطح کمتری بوجود خواهد آمد. در این تحقیق اندازه ذرات استفاده شده 100میکرومتر است و نسبت درصد مواد بکار رفته در پودر مغناطیس به ترتیب فرو مغناطیس ها با 60% و ساینده های (سرامیکی) 30% و مایع روانکار (روغن پارافینی) 10% است. اصول کار این سیستم بر اساس مغناطیس دوار است. فرایند کار این تحقیق بر اساس داشتن منبعی است که داخل آن ترکیبی از پودر مغناطیس و پودر سرامیک قرار می گیرد، و با چرخش آهن رباهایی که در بیرون منبع قرار می گیرند، سیستم پرداخت کاری سطوح با ذرات مغناطیسی به وجود می آید. با قرار دادن قطعاتی درون این منبع به واسطه پودرهای در حال چرخش، سطوح پرداخت کاری شده و پرداخت سطح مطلوبی بوجود خواهد آمد. این سیستم جزو روش هایی محسوب می شود که از میدان مغناطیسی برای کنترل نرخ براده برداری و صافی سطح استفاده می شود. ابتدا دستگاه مورد نظر طراحی و ساخته شد. و آزمایش های مختلف با توجه به پارامترهای تعیین شده شامل تعداد آهن ربا، جنس ماده ساینده، مدت زمان انجام آزمایش، شکل قطعات و گپ ماشین کاری انجام گردید. در این پژوهش بر روی سطوح استوانه ای، تخت و کروی آزمایش هایی انجام گردید و کیفیت سطح و میزان براده برداری در قطعات مختلف اندازه گیری شده است. با توجه به فاکتورهای آزمایش در نهایت بهترین نتایج کیفیت سطح بر روی سطوح تخت و بیشترین نرخ براده برداری نیز از سطوح تخت به دست آمده است.