طراحی و ساخت یک ابزار جدید به منظور انجام فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات آلتراسونیک سه‌بعدی

Abstract

از زمان ابداع فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک (UVAT)، این فرآیند به صورت گسترده، مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. دلیل این توجه، ویژگی‌های خاص این فرآیند، شامل کاهش نیروهای ماشینکاری، کاهش سایش و اصطکاک، افزایش عمر ابزار، ایجاد شرایط برشی متناوب، افزایش قابلیت ماشینکاری مواد سخت برش، افزایش کیفیت سطح، ایجاد ساختار میکرونی- نانویی بر روی سطح و غیره می‌باشد. تاکنون روش‌های مختلفی برای اعمال ارتعاشات التراسونیک به نوک ابزار در حین فرآیند تراشکاری، به کار گرفته شده است. در این پژوهش، یک هورن ابداعی به منظور تبدیل ارتعاش خطی پیزوالکتریک‌ها به ارتعاش سه‌بعدی (ارتعاش طولی در راستای محور z، ارتعاش خمشی حول محور x و ارتعاش خمشی حول محور y)، طراحی و ساخته شده است. امتیاز این ابزار ماشینکاری التراسونیک نسبت به ابزارهای مشابه، آن است که در اکثر ابزارهای دیگر تنها امکان اعمال ارتعاشات یک بعدی(خطی) و دو بعدی‌(بیضوی) وجود دارد؛ درحالی که در این ابزار ارتعاشات سه‌بعدی تولید می‌شود. به علاوه از آنجایی که ماهیت خاص هورن طراحی شده، باعث ایجاد ارتعاشات سه‌بعدی می‌شود؛ دیگر نیازی به نیم‌حلقه‌های پیزوالکتریک و در نتیجه استفاده از چندین ژنراتور و اعمال اختلاف فاز در ولتاژ اعمالی نمی‌باشد. نتایج تجربی حاصل از ماشینکاری تیتانیوم(Ti-6Al-4V) با این ابزار جدید، کاهش 35 درصدی نیروی اصلی برش (Fy) را نسبت به ماشینکاری سنتی نشان می‌دهد. کاهش هزینه‌ها و همچنین سادگی اعمال ارتعاشات سه‌بعدی در این روش جدید، می‌تواند نقش مهمی را در جهت صنعتی شدن فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک سه بعدی، ایفا ‌کند.