بهبود عملكردِ تكنيكِ روانكاريِ كمينه در فرآيند سنگزني با استفاده از نانو سيال تركيبي و ارتعاشات التراسونيك

Performance improvement of eco-friendly MQL technique by using hybrid nanofluid and ultrasonic assisted grinding

تكنيك روانكاري كمينه در فرآيند سنگزني داراي مزاياي متعدد فني و اقتصادي است. اين تكنيك نه تنها عملكرد فرآيند سنگزني شامل يكپارچگي سطح، نيروهاي سنگزني و سايشِ چرخ سنگ را بهبود مي‌بخشد. بلكه به دليل مصرفِ بسيار پايين سيال برشي، تكنيكي سازگار با محيط است. با وجود چنين مزايايي، اين تكنيك به دليل مصرف پايين سيال برشي، داراي مشكل جدي افزايش حرارت و در نتيجه سوختگي قطعه‌كار است. به منظور رفع اين مشكل استفاده همزمان از نانوسيال تركيبي و ارتعاشات التراسونيك پيشنهاد شده است. نانوسيال به دليل ظرفيت انتقال حرارت بالا، مي‌‌تواند حرارت بيشتري را از منطقه تماس دانه/ قطعه‌كار خارج كند. ارتعاشات التراسونيك نيز به دليل مكانيزم سيكلي و كاهش زمان و طولِ تماسِ دانه/ قطعه‌كار، حرارت كمتري توليد مي‌كند. در اين تحقيق، نانوسيال پايه آبي حاوي تركيبِ نانولوله كربني چندجداره (با رسانندگي حرارتي بالا) و آلومينيم‌ اكسيد (با اثر روانكاري بالا) مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهند كه استفاده همزمان نانوسيال تركيبي با ارتعاشات التراسونيك منجر به كاهش 60.2 درصدي دماي سنگزني (از 254 به 101 درجه سانتيگراد) نسبت به حالت خشك مي‌گردد. همچنين ضريب اصطكاك و نيروي مماسي به ترتيب تا 35.9و 69.2 درصد كاهش مي‌يابند. ضمن اينكه هيچ‌گونه علائم سوختگي بر روي قطعه‌كار مشاهده نشد در حالي كه در سنگزني خشك قطعه‌كار دچار سوختگي شديد گرديد. مورفولوژي سطح نيز كاهش عيوب سطحي نظير تغييرشكل پلاستيك و جريان مواد به اطراف را نشان مي‌دهد. براده‌هاي حاصله تشابه مكانيزم براده-برداري در اين تكنيك با تكنيك‌هاي متداول استفاده از سيال برشي را نشان مي‌دهد.

Minimum quantity lubrication (=MQL) technique has many technological and economic advantages in grinding operation. It not only improves general grinding performance such as surface integrity, grinding forces and wheel wear, but also, it is an eco-friendly technique because of its low consumption of cutting fluid. Despite these advantages, MQL technique has a serious thermal problem in grinding operations due to small amount of cooling. To overcome this problem combination of hybrid nanofluid and ultrasonic vibration has been suggested. Nanofluid can increase heat transfer from workpiece/wheel interface due to its high thermal conductivity. Also, ultrasonic machining can decrease heat generation due to its reciprocating mechanism and reduction of time and length of contact between grain and workpiece. In this research hybrid Multi Walled Carbon Nano Tubes (=MWCNT) (with high thermal conductivity) and Al2O3 (with good lubrication effect) nanofluid have been utilized. The results have shown that combination of MQL and UAG leads to decrease of maximum grinding temperature up to 60.2% in comparison to dry grinding (from 254ºC to 101 ºC). Moreover, friction coefficient and tangential grinding force have been reduced up to 35.9 and 69.2 percent respectively. Furthermore, no burning has been observed with combinations of these techniques while severe burning has been observed in dry grinding. Surface morphology analysis has shown decrease of plastic deformation and side flow. Finally, the generated chips have shown similarity of cutting mechanism in in the utilized techniques and conventional cutting fluids.