عنوان اختراع: طراحی و ساخت دستگاه پرداخت سطوح ظریف و پیچیده براساس فرایند پرداخت به كمك ذرات ساینده مغناطیسی

خلاصه اختراع

توصیف اختراع الف) عنوان اختراع طراحی و ساخت دستگاه پرداخت سطوح ظریف و پیچیده ب ) زمینه فنی اختراع مهندسی مكانیك ساخت و تولید ج ) مشكل فنی و بیان اهداف پیشرفت های تكنولوژیكی در رابطه با روش های تولید به سمت كاهش حجم عملیات خشن كاری و به جای آن افزایش حجم عملیات پرداختكاری شده است. استفاده از روش های جدید و مدرن در بعضی از موارد استفاده از روش های سنگ زنی را ضروری می نماید. علاوه بر توسعه روبه رشد فرایندهای پرداخت، نیاز به تولید سطوح پیچیده با پرداخت خوب نیز یكی از نیازهای صنعت می باشد. از طرف دیگر بخش صنعت و به ویژه مهندسی مكانیك با حجم زیادی از تقاضاهای روز افزون برای تولید قطعات فوق دقیق خصوصاً در زمینه ی كیفیت سطح مواجه شده است. این قطعات معمولاً دارای مقیاس های میلیمتری تا میكرومتری هستند و همچنین دارای فرمهای پیچیده و سطوح غیر تخت میباشند كه از آن جمله می توان به قطعاتی مانند لنزهای كروی اشاره نمود. جهت تضمین كارآمدی كلیه ی قطعات نیاز به یك زبری سطح مناسب در سطوح تماسی خود دارند. پرداخت سطوح پیچیده در مورد سطوح لنزهای منحنی و سطوح داخلی قالب های پلاستیك ضروری به نظر می رسد. از جمله كاربردهای لنزهای منحنی می توان كاربردهای وسیع در صنایع اپتیك و نظامی اشاره كرد. روش تزریق پلاستیك نیز یكی از روش های با صرفه اقتصادی برای تولید انبوه است كه پرداخت سطوح داخلی قالب های تزریق پلاستیك باعث افزایش كیفیت قطعات تولیدی در این روش می شود. استفاده از روش پرداخت با سیال واسطه یك فرایند تماس غیر مستقیم است كه مزیت استفاده از آن به دست آوردن دقت بالا در كیفیت سطح و آسیب كمتر به سطح پرداخت شده است. به علاوه این روش پرداخت، فواید بسیار دیگری را در خصوص پرداخت مدلهای سه بعدی نیز دارد. بسیاری از قطعات مورد استفاده در صنعت به یك كیفیت سطح بسیار خوب نیاز دارند كه در این شرایط نیاز شدیدی به یك فرایند پرداخت سطح مؤثر بوجود می آید. جهت پاسخ به این تقاضاها فرایندهای متنوعی توسعه داده شده اند مانند لپینگ فوق دقیق، سنگ زنی، پرداختكاری به روش مكانیكی شیمیایی و غیره. روشهای مذكور بیشتر به منظور پرداخت و صیقل دادن سطوح تختی استفاده میشود كه به صورت دو بعدی می باشند و برای سطوح سه بعدی پیچیده و غیر مسطح مناسب نیستند. پرداخت با سیال واسطه یكی از فرایندهای امیدواركننده جهت دستیابی به كیفیت سطح مناسبی در مورد سطوح غیر تخت می باشد زیرا در صورت انتخاب سیال مناسب (به همراه ذرات ساینده) امكان پوشش كل سطح توسط آن بوجود می آید. زیرا پرداخت با سیال واسطه فرایند تماسی غیر مستقیم است، برای بدست آوردن كیفیت سطح بالا این روش نسبت به سایر روشها ترجیح داده می شود زیرا آسیب كمتری به ابعاد نهایی قطعه كار مخصوصاً در مدل های 3بعدی وارد می كند. تلاشهای تحقیقاتی گسترده ای در جهت توسعه یك فرایند پرداخت فوق دقیق انجام شده است. تكنولوژیهای الكترودینامیك ذره، روش پرداخت با سیال واسطه را برای ساخت قطعات مورد استفاده در وسایل اپتیكی نجومی توسعه داده است. بر خلاف دیگر روشهای پرداخت سنتی در این روش از یك تسمه ی قابل انطباق بر روی سطح استفاده شده است بنابراین پرداخت سطوح منحنی و فرم آزاد را تسهیل می بخشد. در حال حاضر دو نوع سیال در فرایند پرداخت با سیال واسطه استفاده میشود. نوع اول از پودر نانو اكسید سریم است كه در محلول مغناطیسی پودر آهن به صورت معلق است ساخته شده و برای فرایند پرداخت هرنوع جنسی اعم از شیشه های اپتیكی سخت و نرم و سرامیكهای شیشه ای مناسب شناخته میشود. در نوع دوم از پودر نانو الماس به عنوان ساینده استفاده میشود و برای پرداخت سطوحی از جنس كلسیم فلورید، شیشه های IR، سیلیكون سخت و پلی كریستالهای بسیار سخت مانند سیلیكون كارباید مناسب می باشد. از كاربردهای دیگر این روش، پرداخت قالبهای شیشه ای فوق دقیق است كه در آن از روش پرداخت با سیال واسطه برای از بین بردن ناهمواریهای بسیار ریز در سطح آن استفاده میشود، كه میتوان زبری سطح قالبها پس از استفاده از این فرایند را تا چندین نانومتر كاهش داد. فرایند پرداخت با سیال واسطه كه در گذشته انجام میشد به دلیل داشتن محدودیت ها، نتایج رضایت بخشی را در زمینه ی پرداخت مواد سخت كه دارای هندسه پیچیده بودند نداشت، به ویژه فرایند ابزار دورانی كه برای رسیدن به نرخ براده برداری مناسب محدودیتهایی را داراست و این محدودیتها هنگام پرداخت مواد سخت در بازه ی زمانی محدود نقش كلیدی ایفا میكنند. در این طرح هدف معرفی روشی برای سنگ زنی سطوح با شكل هندسی آزاد با استفاده از روش مغناطیسی میباشد. با مطالعه روش های ارائه شده قبلی سعی شده ضمن ارائه روش جدید مدل آزمایشگاهی ماشین مورد نظر جهت انجام فرایند جدید طراحی و ساخته شود. جهت بر طرف كردن مشكلات فرایند ذكر شده در دستگاه طراحی شده كلیه محدودیت های مربوط به عملكرد دستگاه های مشابه مدنظر قرار گرفته است. در این دستگاه جهت بهبود شرایط فرایند امكان تغییر و تنظیم دقیق سرعت دوران ابزار، فاصله ابزار تا سطح قطعه كار و امكان استفاده از ساینده های سخت كه دارای خاصیت مغناطیسی میباشند وجود دارد. در طراحی این دستگاه هدف پرداخت سطوح منحنی با استفاده از سیال مگنتورئولوژیك می باشد و در ادامه به بررسی پارامترهای موثر بر فرایند و كیفیت قطعات سنگ زده شده پرداخته خواهد شد. د ) شرح وضعیت دانش پیشین و سابقه پیشرفت هایی كه در ارتباط با اختراع ادعایی وجود دارد. گیس (A.Geiss) و همكارانش در سال 2007 با استفاده از سیلیكون كارباید و سیلیكون نیتراید كه جزء آن دسته از سرامیك هایی محسوب می شوند كه دارای بیشترین سختی و شكنندگی هستند قطعات شیشه ای فوق دقیق تولید كردند و از روش پرداخت با سیال واسطه برای از بین بردن ناهمواری های بسیار ریز در سطح آن بهره بردند . فرایند پرداخت با سیال واسطه كه در گذشته انجام می شد به دلیل داشتن محدودیتها نتایج رضایت بخشی را در زمینه پرداخت مواد سخت كه دارای شكل های پیچیده بودند نداشت . جهت بر طرف كردن مشكلات فرایند ذكر شده و بهبود شرایط فرایند امكان تغییر و تنظیم دقیق سرعت دوران ابزار،فاصله ابزار تا سطح قطعه كار و امكان استفاده از ساینده های سخت كه دارای خاصیت مغناطیسی می باشند ایجاد شد. هـ) ارائه راه حل برای مشكل فنی موجود همراه با شرح دقیق. در این طرح هدف معرفی روشی برای سنگ زنی سطوح با شكل هندسی آزاد با استفاده از روش مغناطیسی میباشد. با مطالعه روش های ارائه شده قبلی كه به صورت مبسوط در فصلهای اول و دوم اشاره شده است، سعی شده ضمن ارائه روش جدید مدل آزمایشگاهی ماشین مورد نظر جهت انجام فرایند جدید طراحی و ساخته شود. جهت بر طرف كردن مشكلات فرایند ذكر شده در دستگاه طراحی شده كلیه محدودیت های مربوط به عملكرد دستگاه های مشابه مدنظر قرار گرفته است. در این دستگاه جهت بهبود شرایط فرایند امكان تغییر و تنظیم دقیق سرعت دوران ابزار، فاصله ابزار تا سطح قطعه كار و امكان استفاده از ساینده های سخت كه دارای خاصیت مغناطیسی میباشند وجود دارد. و ) توضیح اشكال، نقشه و نمودارها. قطعه كار قرار گرفته بر روی میز دستگاه دارای حركت دورانی میباشد كه بصورت مستقیم از محور موتور به محور میز بدون اجزای انتقال حركت به صورت مستقیم انجام میگیرد به منظور ایجاد حركت خطی ابزار به سمت قطعه كار از سیستم انتقال قدرت پیچ و مهره ساچمه ای با دقت بالا و یك جفت ریل راهنما با كالسكه های متحرك دقیق استفاده شده است . اجزای مذكور به دلیل انجام عملیات سخت كاری و پرداخت دقیق بر روی آنها دارای سایش بسیار ناچیز در حین كاركرد بوده و بنابراین دقت مورد نیاز و عمر مناسبی داشته و از ایجاد لقی بین اجزای متحرك جلوگیری میكند. اجزای دستگاه پس از برشكاری و ماشینكاری با تلرانس های دقیق مطابق نقشه با اجزای استاندارد مونتاژ شده و سیستم محرك شامل موتور ابزار گردان و سیستم انتقال قدرت، میز دورانی و موتور مربوطه و همچنین مخزن سیال بر روی بدنه مونتاژ گردیده اند. پس از ساخته شدن اجزاء و المانهای مكانیكی دستگاه و مونتاژ قطعات، سیستم الكترونیك جهت نمایش و مانیتورینگ سرعت های موتورهای بكار رفته در دستگاه طراحی و ساخته شده است. اندازه گیری سرعت دورانی توسط انكودر حساس به نور، كه در مقابل تغییر نور دریافتی، یك پالس به مدار طراحی شده ارسال مینماید انجام میشود. سنسورهای نصب شده جهت اندازه گیری سرعت دورانی نمایش داده شده است. مدار اندازه گیری سرعت دورانی از طریق كابل USB به كامپیوتر خریداری شده جهت نمایش نمودار تغییرات سرعت ها و همچنین نمایش لحظه ای سرعت اندازه گیری شده متصل میشود. سرعت on-line و لحظه ای اندازه گیری شده و همچنین نمودار تغییرات سرعت با زمان در برنامه نوشته شده در نرم افزار Lab View قابل نمایش است. ز ) بیان واضح و دقیق مزایای اختراع ادعایی. در این مكانیزم قطعه كار قرار گرفته بر روی میز دستگاه دارای حركت دورانی میباشد كه بصورت مستقیم از محور موتور به محور میز بدون اجزای انتقال حركت انجام میگیرد در نتیجه باعث كاهش ارتعاشات خود تحریك در سیستم گردیده و میتواند باعث افزایش كیفیت ایجاد شده شود. در این طرح با توجه به دورانی بودن محور ابزار امكان ماشینكاری و پرداخت سطوح قطعات با سطح مقطع دوار و غیر دوار را امكان پذیر نموده و بدین ترتیب مشكلات محدودیت هندسه قطعه كار برطرف شده است. علاوه بر مزایای ذكر شده در بالا، بكارگیری ریل های راهنمای با دقت بالا و سیستم انتقال قدرت دقیق ساچمه ای علاوه بر تأثیر زیاد بر كاهش ارتعاشات سیستم امكان تنظیم دقیق و صلبیت بالاتر موقعیت ابزار نسبت به سطح قطعه كار را فراهم می سازد. در این دستگاه با توجه به جنس انتخاب شده برای بدنه ابزار ،امكان آسیب دیدن و فرسایش در حین انجام عمل براده برداری و در نتیجه تغییر ابعادی ابزار و بالطبع كاهش دقت پرداخت به حداقل رسیده است و از طرف دیگر امكان پرداخت یكنواخت تر سطح قطعه به دلیل افزایش سطح تماس ابزار با قطعه كار را فراهم می سازد. ح ) ذكر صریح كاربرد. كاربرد این دستگاه پرداخت مدل های 3 بعدی، سطوح پیچیده ، منحنی و حتی سطوح قطعات مینیاتوری با دقت و كیفیت بسیار بالا و آسیب فوق العاده كم به سطح پرداخت شده با استفاده از سیال حاوی ذرات ساینده مغناطیسی می باشد. ط ) توضیح حداقل یك روش اجرایی برای به كارگیری اختراع. سنگ زنی قطعات مینیاتوری با برجستگی های ظریف ادعا یا ادعاهای اختراع