اندازه گيري عمق آسيب هاي سطحي و زير سطحي در سنگ زني شيشه- سراميك Zerodur و ارتباط آن با زبري سطح

Surface and Subsurface Damage Measurements in Zerodur Glass-Ceramic Grinding Process and their Correlation with Surface Roughness

در اين مقاله آسيب‌هاي سطحي و زيرسطحي به وجود آمده در طي فرآيند سنگ‌زني به كمك چرخ سنگ كاپ با باند فلزي بر روي شيشه- سراميك Zerodur مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مطالعه زبري سطحي به وجود آمده حاصل از سنگ‌زني تحت تاثير سه پارامتر سرعت پيش روي، عمق برش و سرعت برش مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين براي بررسي مكانيزم برداشت براده و اندازه‌گيري عمق آسيب‌هاي زيرسطحي از روش پوليش زاويه‌اي استفاده گرديد. براي اين كار از پوليش با ذرات ساينده اكسيد سريم استفاده گرديده است كه به دليل ماهيت شيميايي- مكانيكي آن هيچ‌گونه آسيب سطحي و زيرسطحي ايجاد نمي‌نمايد. بعد از اين فرآيند از تصاوير ميكروسكوپ اسكن الكتروني براي اندازه‌گيري عمق و پراكندگي طول ترك در عمق‌هاي مختلف از سطح نمونه استفاده شده است. اندازه‌گيري سريع، دقيق و غيرمخرب عمق آسيب‌هاي زيرسطحي يكي از اهداف مهم اين تحقيق بوده است. براي اين امر از ارتباط بين زبري سطحي نمونه سنگ‌زده شده و عمق ‌آسيب‌هاي زيرسطحي بهره گرفته شده است. دليل اهميت بالاي اندازه‌گيري دقيق عمق آسيب‌هاي زيرسطحي كاهش زمان و هزينه فرآيندهاي ثانويه مانند پوليش براي حذف لايه‌هاي آسيب ديده است. براي پيش‌بيني عمق آسيب‌هاي زيرسطحي در فرآيند سنگ‌زني شيشه- سراميك Zerodur از مدل لامبرپولوس استفاده شده است كه در اين مدل مقدار زبري سطح حاصل از عمق ترك جانبي و عمق آسيب‌هاي زيرسطحي برابر با عمق ترك مياني در نظر گرفته شده است. اين مدل براساس پارامترهاي ماشين كاري، پارامترهاي چرخ سنگ و خواص مكانيكي ماده سنگ‌زده شده توسعه يافته است كه در آن مشاهده مي‌شود كه زبري سطح داراي يك ارتباط مستقيم غيرخطي (SSD?SR^(3/4)) با عمق آسيب‌هاي زيرسطحي است. نتايج تجربي نشان مي‌دهند كه با افزايش پيش روي و عمق برش زبري افزايش و با افزايش سرعت برش زبري سطحي و در نتيجه عمق آسيب‌هاي زيرسطحي كاهش مي‌يابد كه به ترتيب سرعت پيش روي، عمق برش و سرعت برش بيشترين تاثير را بر زبري سطح دارند. با مقايسه مدل پيش‌بيني عمق آسيب‌هاي زيرسطحي و نتايج تجربي مشخص گرديد كه مدل انتخاب شده براي پيش‌بيني عمق آسيب‌هاي زيرسطحي از قدرت بالايي براي پيش‌بيني برخوردار است.

In this work, surface and subsurface damages due to grinding process using diamond cup grinding wheel with metal band on Zerodur glass-ceramic have been studied. The surface roughness resulted from the grinding process affected by three parameters including: feed rate, depth of cut and cutting speed is investigated. In order to study the material removal mechanism and measuring the depth of subsurface damages, the method of angular polishing is used. In order for polishing, cerium oxide abrasive particles were used due to their chemo-mechanical behavior, they make no surface and subsurface damages. Scanning electron microscopy images of the samples’ surface are used to measure the depth and distribution of cracks lengths in various depths from the sample’s surface. Fast, accurate and nondestructive measurement of subsurface damages depth is one of the important objectives of this research. For this purpose, the relationship between the surface roughness and depth of subsurface damages has been used. The reason for importance of accurate measurement of the depth of the subsurface damages is the reduction in time and cost of the secondary processes (i.e. polishing) to remove the damaged layers. The Lambropoulos model is applied to predict the depth of the subsurface damages in the grinding process of Zerodur glass-ceramic in which the amount of surface roughness resulted from depth of lateral cracks and the depth of subsurface damage have been assumed to be equal to the depth of medial crack. This model is developed based on machining parameters, the parameters of the grinding wheel and mechanical properties of the ground surface. It have been shown that there is a direct nonlinear relation ( ) between the surface roughness and depth of subsurface damages. The experimental results revealed that the surface roughness and then depth of subsurface damages increases by an increase in feed rate and depth of cut but decreases by increasing the cutting speed. Generally, feed rate, depth of cut and cutting speed had the most influential effect on the surface roughness, respectively. By comparing the developed statistical model and the experimental results, the developed model has an acceptable accuracy in predicting the depth of subsurface damages.