تاثير افزودن نانو ذرات گرافيت در روانساز بر كيفيت سطحي و سايش ابزار فولاد ماشين كاري شده 16MnCr5

Effect of graphite nanoparticles addition into cutting fluid on surface quality and tool wear of 16MnCr5 machinned steel

تحقيق حاضر به بررسي تاثير استفاده از نانو ذرات گرافيت با اندازه دانه بندي متوسط 400 نانومتر و خلوص 99.9% در سيال برشي بر فرايند ماشين كاري فولاد 16MnCr5 پرداخته است. ماشين كاري در سه عمق براده برداري 1، 2 و 3 ميليمتر و سه سرعت پيشروي 0.15، 0.25 و 0.35 ميليمتر بر دور با استفاده از سيال برشي معمولي و سيال برشي حاوي نانوذرات گرافيت انجام پذيرفته است. بررسي‌هاي ريزساختاري سطوح ماشينكاري شده، بررسي تغييرات سختي از سطح براده برداري شده به سمت مركز قطعه و آزمايش‌هاي صافي سطح و سايش ابزار همگي براي بررسي جنبه‌هاي مختلف قابليت ماشين كاري انجام پذيرفته‌اند. نتايج نشان داده است صرف نظر از عمق براده برداري و سرعت پيشروي، استفاده از نانو ذرات گرافيت در سيال برشي در تمامي شرايط ماشين كاري به علت كاهش اصطكاك بين ابزار و قطعه كار، كاهش حرارت توليدي و كاهش نيروي براده برداري سبب كاهش سايش ابزار و بهبود صافي سطح شده است. بيشترين و كمترين ميزان كاهش وزن ابزار برشي در حضور نانوذرات گرافيت به ترتيب 0.022 و 0.002 گرم بوده است. بعلاوه صافي سطح قطعات تحت بيشترين عمق براده برداري و سرعت پيشروي از Ra=4.79 ميكرومتر در حضور سيال برشي آب صابون معمولي به Ra=3.29 ميكرومتر در حضور نانوذرات گرافيت كاهش يافته است. همچنين نتايج بررسي‌هاي ريزساختاري مويد اين واقعيت بوده كه استفاده از نانوذرات گرافيت به كاهش جهت‌گيري‌هاي ريزساختاري، كاهش شدت كارسختي و همچنين كاهش ضخامت لايه متاثر از تنش ايجاد شده در سطح قطعه كار انجاميده است.

This article investigates the effect of the addition of graphite nanoparticles with average grain sizes of 400nm and purity of 99.9% in cutting fluid on machining process of 16MnCr5 steel. Machining was performed at three cutting depths of 1, 2 and 3mm and three feed rates of 0.15, 0.25 and 0.35mm/rev using ordinary cutting fluid and cutting fluid containing graphite nanoparticles. Microstructural studies of the machined surfaces, hardness tests from surface toward the center and surface roughness and tool wear evaluations all were implemented in order to evaluate different machinability aspects. Results indicated that, regardless of the depth of cut and the feed rate, using the graphite nanoparticles within the cutting fluid decreased the amount of the tool wear and improved the surface quality of the material due to its effect on decreasing the friction between tool and material, decreasing the generated heat and decreasing the cutting force. The highest and the lowest amounts of cutting tool weight losses were 0.022 and 0.002gr, respectively when using the graphite nanoparticles. In addition, the surface roughness of test pieces decreased from Ra=4.79μm when using ordinary cutting fluid to Ra=3.29μm when using graphite nanoparticles in cutting fluid both in the case of the highest depth of cut and the highest feed rate. Furthermore, microstructural characterizations illustrated that using the graphite nanoparticles resulted in lower microstructural textures, lower work hardening and lower thickness of stress affected layer at the surface of the material.