تاثير افزودن نانوذرات به سيال برشي در روان‌كاري كمينه حين سنگ‌زني به كمك ارتعاشات فراصوت

Nanoparticles in minimum quantity lubrication (MQL) cutting fluid for ultrasonic–assisted grinding (UAG)

فرآيند سنگ‌زني به دليل حصول صافي سطح بالا از مهم‌ترين روش‌هاي ماشين‌كاري سنتي محسوب مي‌شود؛ اما انرژي مخصوص تراش زياد و نيروهاي بزرگ مورد نياز براي براده‌برداري باعث بالا رفتن هزينه‌هاي سنگ‌زني مي‌شود. تا كنون تحقيقات فراواني در مورد فرآيند سنگ‌زني براي كاهش نيروهاي سنگ‌زني انجام شده است. سه روش نوين براي اين كار عبارتند از: استفاده از نانوسيال، ارتعاشات فراصوت در حين فرآيند سنگ‌زني و روان‌كاري كمينه. در اين مقاله نتايج تجربي تغييرات نيروي عمودي، نيروي مماسي و نسبت نيروي مماسي به نيروي عمودي فرآيند سنگ‌زني فولاد اي‌آي‌اس‌آي52100 سخت‌كاري شده ناشي از استفاده‌ي هم‌زمان از هر سه روش بررسي شده‌است. ابتدا تاثير افزودن نانوذرات اكسيد آلومينيوم با ابعاد و درصد حجمي‌هاي مختلف به سيال سنگ‌زني مورد بررسي قرار گرفته است. سپس مقايسه‌اي بين نتايج حاصل از سه نانوذره‌ي اكسيد آلومينيوم، نانولوله‌ي كربني و گرافيت انجام شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه افزايش درصد حجمي و ابعاد نانوذرات اكسيد آلومينيوم افزوده ‌شده به سيال پايه‌ي روان‌كاري كمينه باعث كاهش بيش‌تر نيروها مي‌شود. هم‌چنين افزودن نانولوله‌ي كربني به سيال سنگ‌زني تاثير محسوسي بر نيروها ندارد، درحالي كه، نانوذرات گرافيت بهتر از نانو ذرات اكسيد آلومينيوم عمل مي‌كنند. هم‌چنين حضور ارتعاشات فراصوت باعث كاهش بيش‌تر نيروهاي سنگ‌زني و افزايش نسبت نيرو‌ها مي‌شود.

Grinding is one of the most interested conventional machining processes, due to its ability to achieve low surface roughness, but it costs much more than the most of the conventional machining processes because of high forces and specific machining energy needed for material removal. Up to now, many researches have investigated the grinding process to reduce grinding forces. Three recent methods for force reduction are incorporation of nano-fluid, ultrasonic-assisted grinding and minimum quantity lubrication. In this article, empirical results of simultaneous use of these methods on tangential, normal forces and tangential force to normal force ratio are investigated during grinding of AISI52100 hardened steel. First, the effect of adding aluminum oxide nanoparticles is investigated in different sizes and concentrations to base fluid. Then, the corresponding results of different nanoparticles (aluminum oxide, multi-walled carbon nano-tube, and graphite) are compared to each other. It’s shown that increment of nanoparticles’ size and concentration in base fluid causes more decrement of ultrasonic-assisted grinding forces. Adding MWCNTs to the base fluid doesn’t have any significant effect on grinding forces while graphite nanoparticles reduce grinding forces more than aluminum oxide nanoparticles. Also, the presence of ultrasonic vibration causes the decrement of grinding forces and increment of force ratio during grinding.