بهبود عملكرد فرآيند سنگزني با تكنيك روانكاري كمينه- استفاده از جت هواي سرد فشرده ناشي از دستگاه خنك‌كن هواي چرخشي

Improvement of grinding process performance by minimum quantity lubrication technique -using compressed cold air jet from vortex tube

مصرف سيالات ماشين‌كاري هزينه‌هاي زيادي به صنعت تحميل مي‌كند. اين سيالات باعث آلودگي محيط‌زيست شده و براي سلامتي انسان زيان‌آورند. تكنيك ماشين‌كاري با روانكاري كمينه روش نويني است كه به منظور كاهش مصرف سيالات خنك‌كننده، افزايش كارايي سيال در ناحيه ماشين‌كاري و به‌كارگيري سيالات بي‌خطر استفاده مي‌شود. با اين حال، اين روش در سنگ‌زني با محدوديت خنك‌كاري روبروست. هدف پروژه حاضر بررسي عميق‌تر سازوكار انتقال حرارت در تكنيك روانكاري كمينه با شبيه‌سازي عددي دماي آن و بهبود توانايي خنك‌كاري جت هواي آن با استفاده از دستگاه ساده و ارزان‌قيمت خنك‌كن هواي چرخشي است. بدين منظور سامانه‌اي براي اندازه‌گيري ضريب انتقال حرارت جابجايي شرايط مختلف محيط روانكاري كمينه طراحي و ساخته شد. نتايج آزمايش‌هاي اندازه‌گيري ضريب انتقال حرارت جابجايي حاكي از سهم 95 درصدي هواي فشرده در انتقال حرارت بوده و ضمن اينكه در فرايند خنك‌كاري، افزايش فشار هوا عامل موثرتري نسبت به كاهش دماي آن محسوب مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي عددي دما نشان مي‌دهد با افزايش فشار، نرخ افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي كاهش مي‌يابد؛ همچنين توانايي خنك‌كاري دمايي دستگاه خنك‌كن هواي چرخشي در توان حرارتي كم بروز پيدا مي‌كند. در سنگ‌زني فولاد نرم، تكنيك روانكاري كمينه با هواي سرد باعث كاهش چشمگير نيروي مماسي و ضريب اصطكاك در مقايسه با روش‌هاي ديگر مي‌شود ولي در مجموع، جز در حالت بهينه كه بيشترين ضريب انتقال حرارت جابجايي را داراست، كيفيت سطح مطلوبي ارايه نمي‌دهد كه به ضريب انتقال حرارت كم گازها در فشارهاي پايين مربوط مي‌شود.

Consumption of cutting fluids imposes high costs on industry. These cutting fluids contaminate the environment and are harmful to human health. Minimum quantity lubrication technique (MQL) is a new approach to reduction of cutting fluids consumption, improving efficiency of cutting fluid at machining zone and using harmless fluids. However, this technique faces cooling limitation in grinding. The purpose of this study is an accurate study of heat transfer mechanism in minimum quantity lubrication technique by its temperature numerical simulation and improving the cooling ability of its air jet by using a simple and inexpensive vortex tube. For this purpose, a system was designed and manufactured to measure the convection heat transfer coefficient of different conditions of MQL environments. The result of convection heat transfer tests shows 95% share of compressed air in heat transfer and also air pressure is a more important factor than temperature in cooling process. The result of temperature numerical simulation shows that by increasing pressure, the increasing rate of convection heat transfer coefficient decreases; also, the cooling ability temperature of the vortex tube at low thermal power is tangible. In grinding of soft steel, the minimum quantity lubrication technique with cold air (CAMQL) in comparison with other methods leads to significant reduction of tangential grinding force and friction coefficient, but in general, except in the case of optimum condition which has the highest heat transfer coefficient, surface finish is worse, which is related to low heat transfer coefficient of gases at low pressures.