ارزيابي انرژي فرايند تشكيل براده در سنگ‌زني كامپوزيت با الياف كربن و شيشه

Evaluation of Chip Formation Process in the Grinding of GFRP and CFRP

امروزه كامپوزيت هاي پلي اتر اتر كتون به دليل نسبت استحكام به وزن و سفتي بالا، خواص ضدآلرژيكي، مقاومت بالا در مقابل كمانش و خستگي به وفور در صنايع پزشكي و هوا-فضا مورد استفاده قرار مي گيرند. سنگ زني داراي انرژي مخصوص بالايي در بين فرايندهاي سنتي براده برداري مي باشد. معمولا سهم بسيار بالاي از انرژي فرايند به گرما تبديل خواهد شد. با توجه به اينكه حرارت نقش بسيار مهمي را در سنگ زني پليمرها بازي مي كند، لزوم مدلسازي حرارت آن احساس مي گردد. علاوه بر انرژي تشكيل براده در حين براده برداري ماده، انرژي هاي ديگري چون شخم زني و اصصكاك نيز وجود دارند. سهم هر يك از اين انرژي ها در راندمان فرايند تاثير گذار است. مي توان با محاسبه انرژي برش و مقايسه آن با انرژي مخصوص سنگ زني بصورت تجربي، سهم انرژي تشكيل براده را در مقابل انرژي اصطكاك و شخم زني محاسبه نمود. با انجام آزمون گرماسنجي روبشي تفاضلي و محاسبات تيوري، مقدار انرژي تشكيل براده برابر 0.089 ژول بر ميليمتر مكعب براي كامپوزيت با الياف شيشه و 0/118 ژول بر ميلي متر مكعب براي كامپوزيت با الياف كربن بدست آمد. در صورتي كه نتايج تجربي سنگ زني نشان دهنده حداقل انرژي مخصوص 2/2 و 4/2 ژول بر ميليمتر مكعب به ترتيب براي كامپوزيت با الياف شيشه و كربن بود. اين اختلاف نشان دهنده سهم بسيار بالاي انرژي شخم زني در سنگ زني اين ماده و به طور خاص مواد پليمري است. سهم انرژي تشكيل براده كه به صورت حرارت وارد قطعه كار مي شود 27درصد محاسبه شد. مي توان بيان كرد همه انرژي به جز 73 درصد از انرژي تشكيل براده، وارد قطعه كار مي گردد.

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 convert 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 joules per cubic millimeter for GFRP and CFRP, respectively. While the experimental results of grinding showed a minimum specific energy of 2.2 J/mm3 and 2.4 J/mm3 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.