تحسين خشونة السطح باستخدام المساحيق النانوية في عملية الإنهاء بالحبيبات الحاكة المغناطيسية
Improvement of Surface Roughness Using Nano Powders in Magnetic Abrasive Finishing
- الباحث
- ليث فاضل شاكر
- المشرف
- سعد كريم شذر
- الجامعة
- الجامعة التكنولوجية
- الكلية / القسم
- قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة الانتاج والمعادن
- الشهادة
- دكتوراه
- السنة
- 2023
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Magnetic abrasive finishing;Nano powders;Surface roughness;Finishing process
الملخص
تعتبر جودة السطح عاملا مهما في le! المنتجات الصناعية، تطورت عمليات الانهاء السطحي الى حد كبير لتحقق اعلى جودة ممكنة. من اهم هذه العمليات التي برزت مؤخرا هي عملية الانهاء بالحبيبات الحاكة المغناطيسية، والتي تعتمد All jl المادة على حبيبات تتجمع وتقاد بواسطة القوى المغنناطيسية لتشكل اداة شبيهة بالفرشاة. الحبيبات الحاكة المغناطيسية هي عادة مزيج من الحديد والحبيبات الحاكة مايكروية الحجم. اثبتت الحبيبات الحاكة المغناطيسية المايكروية كفاءة وجودة عاليتين في انهاء الكثير من انواع المواد الهندسية، و لكن يبقى الانهاء على المستوى المايكروي. في هذه الدراسة، تم اجراء تحقيق تجارب لنقل ازالة المعدن بواسطة الانهاء بالحبيبات الحاكة المغناطيسية الى المستوى النانوي، كما تم العمل على تحضير الحبيبات الحاكة المغناطيسية بطريقة تضمن ترابط عالي بين المكونات وبدون تغيير لخواص المواد النانوية. تم تحضير الحبيبات الحاكة المغناطيسية التي تحوي الحبيبات النانوية باستخدام مايعرف باللحام الميكانيكي باستخدام نوعين من الحبيبات الحاكة النانوية (الالومينا و كاربيد البورون) و كانت نسب خلط الحبيبات الحاكة النانوية الى الحديد بالنسب الوزنية التالية )%10 و 9020 و %30( المسحوق الناتج سيخضع لفحص المسح الضوئي المركّز لبيان مدى الترابط بين مكونات الخليط. تم تصميم التجارب باستخدام برنامج Minitab بطريقة تاكوشي (لثلاث عوامل بثلاث مستويات) لتحقيق امثلية التصميم. العوامل الثلاث ومستوياتها كانت: نسبة الحبيبات النانوية (10، 20، 9,0)30 ،السرعة الدورانية للراس المغناطيسي (920, 1280, 1750) دورة/دقيقة، و زمن الانهاء (30, 45, 60) دقيقة. ثلاثة مجاميع من التجارب تم اجرائها لانهاء عينات من الصلب عالي السرعات (HSS) كانت المجاميع كالتالي: المجموعة الاولى الانهاء الجاف باستخدام اوكسيد الالمنيوم النانوي، المجموعة الثانية الانهاء باستخدام ay IS البورون النانوي مع زيت المحركات كعامل تزييتء المجموعة الثالثة الانهاء باستخدام اوكسيد الالمنيوم النانوي كمضافات لمادة معجون التجليخ. اجريت فحوصات مجهر القوة الذرية (AFM) لعينات الصلب عالي السرعات قبل وبعد الانهاء لغرض الحصول على الخشونة السطحية (Sa) لاحتساب نسبة التحسن في الخشونة السطحية ،(AS a%) تم ايضا وزن العينات قبل وبعد الانهاء لاحتساب معدل الازالة (MRR) اظهرت النتائج الخاصة بالمسح الضوئي المركّز ترابط جيد بين الحبيبات النانوية وذرات الحديد بعد الطحن لمدة خمس ساعات بسرعة 1200 دورة/دقيقة بالمطحنة الكواكبية. حيث كانت الحبيبات النانوية متغلغلة في المصفوفة الحديدية بشكل كبير دون اللجوء الى عمليات التلبيد او الاستعانة بالمواد الرابطة. تم تحليل النتتائج المستحصلة للتحسن بمعدل الخشونة السطحية باستخدام التحليل الاحصائي بطريقة تاكوشي وتحليل التباين. اظهرت النتائج ات اعلى تحسن بالخشونة السطحية كان في المجموعة الثالثة، ثم الثانية ثم الاولى وقيمها (9068، 9054، %37( على التوالي وذلك مقارنة بالقيم الاصلية للخشونة. ان اكثر عامل مؤثر على النتائج هو نسبة الحبيبات الحاكة النانوية بنسب تتراوح بين )70% الى ،(%BO السرعة الدورانية كانت العامل المؤثر الثاني بنسبة تتراوح بين )%10 الى 9020)، بينما لم يكن هنالك تاثير واضح لزمن الانهاء على النتائج (اقل من %5( اما بالنسبة للنتائج الخاصة بمعدل AN GY) كانت النسبة المؤية للحبيبات الحاكة النانوية هي ايضا العامل المؤثر الاكبر في تحسن النتائج بنسب تجاوزت (050؟) و كان زمن النهاء هو العامل المؤثر الثاني بنسب تصل الى )%40( بينما كانت السرعة غير ذات تاثير في النتائج (اقل من 5%).
Abstract
Surface quality is an essential characteristic for most products, many finishing processes have been developed to produce better finishes. One of the recent techniques is magnetic abrasive finishing process (MAF), where the tool is a brush composed by gathering magnetic abrasive particles (MAPs) by magnetic force lines. MAPs are Iron powder mixed with micro-sized abrasive particles. Micro abrasives were able to produce good finishes for different materials, yet the machining was in micro levels. In this study, an experimental investigation to take MAF material removal to nano levels have been conducted, and a mixing procedure to produce well bonded MAPs containing nano-abrasives. MAPs with nano-abrasives have been produced using Mechanical Alloying process using two types of nano-abrasives [Alumina and Boron carbide] in three concentrations [10, 20, 30] wt%. Resulted MAPs have been tested using Field Emission Scanning Electron Microscopy. Design of experiments for MAF process has been implemented using Taguchi L9 orthogonal array (3 factors X 3 levels). Factors and their levels are: percentage of nano-abrasive [10, 20, 30] %, finishing speed [920, 1280, 1750] rpm, and finishing time [30, 45 60] min. Three sets of experiments have been conducted. SET1: dry finishing by nano Alumina, SET2: finishing by nano Boron carbide and engine-oil as lubricant, and SET3: finishing using nano Alumina as additives to grinding paste. Workpiece material was high speed steel flat samples (HSS). Samples have been tested by Atomic Force Microscopy (AFM) before and after MAF to provide the three-dimensional Surface roughness (Sa), then the percentage of improvement in surface roughness (ΔSa%) has been calculated for each sample. To estimate material removal rate (MRR), samples have weighted before and after MAF process. The results of FESEM revealed a good bonding between MAPs elements after mechanical alloying by 1200rpm for five hours. Nano abrasives were deeply embedded in Iron particles without sintering or using a bonding material. Results of percentage of surface roughness improvement ΔSa% have been analyzed using Taguchi analysis and analysis of variance ANOVA. The results showed that the highest %ΔSa experimentally was in SET3 followed by SET2 and SET1 [68%, 54%, and 37%, respectively] compared to original roughness values. The most affecting parameter to ΔSa% was the percentage of nano- abrasive particles [70-80%] followed by finishing speed [10-20%], while finishing time has almost no influence on ΔSa% results [<5%]. The analysis of MRR results established that the percentage of nano- abrasives is also the most affecting factor [about 50%], then the finishing time by [40%], while finishing speed was insignificant to MRR [<5%].
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.