| عنوان فارسی مقاله: | مدلسازی دهانه شعاعی تشکیل شده توسط انحلال مواد در حفاری microEDM و microECM همزمان با استفاده از آب یون زدوده |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Modeling of radial gap formed by material dissolution in simultaneous microEDM and microECM drilling using deionized water |
| دانلود مقاله انگلیسی: | برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf اینجا کلیک نمائید |
| سال انتشار | 2013 |
| تعداد صفحات مقاله انگلیسی | 7 صفحه |
| تعداد صفحات ترجمه مقاله | 19صفحه |
| مجله | مجله بین المللی ماشین ابزار و تولید |
| دانشگاه | سنگاپور |
| کلمات کلیدی | micro-EDM، micro-ECM، آب یون زدوده، پالس های کوتاه، مدلسازی، دهانه شعاعی |
| نشریه الزویر | Elsevier |
فهرست مطالب:
چکیده
۱ مقدمه
۲ تحلیل تئوری
۲ ۱ مدل دهانه شعاعی
۲ ۲ قطبش لایه دوگانه
۲ ۳ تعیین میزان انحلال
۲ ۴ شبیه سازی فاصله دهانه شعاعی در زمان
۳ نتایج شبیه سازی
۳ ۱ تأثیر نسبت کار
۳ ۲ اثر فاصله دهانه
۳ ۳ اثر فرکانس پالس
۴ تأیید آزمایشی
۵ نتیجه گیری
بخشی از ترجمه:
مقدمه
بعلت مزیت قابل توجه که یک نیروی برشی قابل صرف نظر کردن می باشد، ماشینکاری تخلیه میکرو-الکتریکی (micro-EDM) یک فرآیند ترجیحی برای اشکال ریز ماشینی است . البته، micro-EDM هنوز هم معایبی دارد که از مکانیزم حذف مواد آن ناشی می گردد. چون این مواد از طریق ذوب شدن و تبخیر حذف می گردد، سطح ماشینی با لایه های آسیب دیده حرارتی تشکیل می گردد. بالاترین لایه، که با نام لایه سفید یا لایه نوریزی شناخته می شود، دارای فشار پس مانده بالایی است و ممکن است شامل ترک های ریز باشد. در زیر این لایه نوریزی، مناطق تأثیر یافته حرارتی دیگری وجود دارد که متحمل تغییر ساختار مواد شده اند. همچنین، بافت سطح ایجاد شده توسط هم پوشانی حفره های تخلیه متعددی توصیف می گردد که معمولاً با اختلالات بالایی همراه هستند.
بنابراین افزایش سطح ایجاد شده توسط micro-EDM خیلی مطلوب می باشد. برای افزایش یکپارچگی سطح اشکال ماشینی، ریزماشینکاری برقی-شیمیایی (micro-EDM) بعنوان فرآیند بعدی پس از micro-EDM ترکیب می گردد. چون مکانیزم حذف مواد بر اساس انحلال یونی است، سطح ایجاد شده توسط micro-ECM نسبتاً صاف و بدون فشار پس مانده و ترک های ریز خواهد بود. این راهکار همچنین در چندین تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج این مطالعات اثبات می کند که می توان ECM را بعنوان روش مؤثری برای کاهش سختی سطوح ایجاد شده توسط EDM استفاده کرد. برای محصولات با اندازه کوچک و کاربردهای ریز-مقیاس، انحلال با رسانایی خیلی کم مانند آب یون زدوده بعنوان یک الکترولیت ضعیف در افزایش پایان سطحی اشکال ریز توسط micro-ECM بکار می رود. یکپارچگی سطح جانبی میکرو-پین ها و حفره های ریز توسط بعضی از مؤلفان گزارش شده است که افزایش می یابد. اگرچه این انحلال رسانایی کم برای میزان انحلال متوسط استفاده شده است، با اینحال انحلال مواد استری یک مسئله غامض برای ریزماشینکاری است. مشخص شده است که اشکال ماشینی در هنگام قرار گرفتن در معرض زمان انحلال طولانی یا استفاده از آب یون زدوده دارای مقاومت کم، بعلت حذف زیاد مواد توسط واکنش برقی-شیمیایی واپیچیده می شود. اخیراً، سطح EDM شده اشکال ریز توسط اجرای micro-ECM دقیقاً پس از micro-EDM بهبود داده شده است. اگرچه سیال های ماشینکاری در ابزار ماشینی مشابهی انجام می شوند، با اینحال باید از سیال دی الکتریکی به الکترولیت تغییر پیدا کنند و همچنین منبع برق متفاوتی برای micro-ECM مورد نیاز می باشد.
در این سناریو، micro-EDM و micro-ECM در فرآیند ماشینکاری بی نظیری ترکیب می گردد که با نام micro-EDM و micro-ECM همزمان (SEDCM) شناخته می شود، تا اشکال ریز را با یکپارچگی سطحی بهتری ایجاد کند. در این روش، آب یون زدوده با مقاومت ویژه کم بعنوان سیال دو-مشخصه بکار می رود. انحلال بیشتر مواد که بعنوان نقص micro-EDM با استفاده از آب یون زدوده تصور می شود، اکنون به شیوه ای مورد استفاده قرار می گیرد که در یک منطقه خاص کنترل و محدود می گردد. برای رسیدن به این هدف، از پالس های ولتاژ کوتاه برای تعیین موقعیت منطقه انحلال مواد استفاده شده است. با پارامترهای پالس مختلف، دهانه شعاعی گزارش شده است که تغییر می یابد و منجر به قطرهای مختلف حفره های ریز می گردد. بنابراین این مطالعه در صدد است که مدلسازی فاصله دهانه شعاعی را در حفاری micro-EDM و micro-ECM همزمان توسط پیش بینی و شبیه سازی ضخامت لایه مواد حذف شده توسط واکنش برقی-شیمیایی انجام دهد. راهکار تحلیلی استفاده شده در این مطالعه از تئوری دو-لایه، معادله بوتلر-والمر، و قانون فارادی الکترولیز ناشی می گردد.
5- نتیجه گیری
در این مطالعه تلاش می شود که مدلسازی تحلیلی فاصله دهانه شعاعی در حفاری micro-EDM و micro-ECM انجام شود و سپس با نتایج آزمایشی تأیید گردد. نتیجه گیری های زیر را میتوان از این مطالعه بدست آورد:
1- در حفاری SEDCM، لایه نازکی از ماده تأثیر یافته بر روی سطح جانبی حفره ریز توسط واکنش برقی-شیمیایی بیشتر حل می گردد که توسط آن، یکپارچگی سطحی آن افزایش می یابد.
2- انحلال مواد در آب یون زدوده با مقاومت کم را میتوان با استفاده از تئوری لایه دوگانه، معادله بولتر-والمر و قانون فارادی در مورد الکترولیز مدلسازی کرد.
3- پارامترهای پالس مانند فرکانس و نسبت کار مستقیماً بر روی ضخامت لایه ماده تأثیر یافته تأثیر می گذارند که از سطح داخلی حفره های ریز بیشتر حل می گردد.
4- بعلت خصوصیت باردهی دو-لایه، پالس های ولتاژ کوتاه در تعیین منطقه انحلال مواد مؤثر هستند و بنابراین دقت بعدی را برای SEDCM حفظ میکنند.
5- وقتی که مدت زمان پالس خیلی کوتاه باشد، انحلال مواد قابل صرف نظر می باشد و SECM هیچ تأثیری بر روی افزایش پایان سطحی حفره ریز نخواهد داشت.
سازگاری معقولی بین داده های شبیه سازی شده و نتایج آزمایشی وجود دارد. بنابراین راهکار معرفی شده برای تعیین محل ماشینکاری مناسب و پیش بینی بعد حفره های ریز سودمند می باشد.
بخشی از مقاله انگلیسی:
Introduction
Owing to the remarkable advantage which is negligible cuttingforce, micro-electric discharge machining (micro-EDM) is a preferableprocess for machining micro-shapes [1,2]. However, micro-EDM still has some disadvantages which stem from its own materialremoval mechanism. Because the material is removed throughmelting and vaporization, the machined surface is made up withthermally damaged layers [3,4]. The uppermost layer, which hasbeen known as the white layer or recast layer, has high residualstress and may contain micro-cracks. Beneath this recast layer arethe other heat affected zones which undergo material structurealteration. In addition, the texture of generated surface is characterizedby the overlapping of numerous discharge craters whichusually associates with high irregularities [5].
The enhancement of surface generated by micro-EDM is thushighly desirable. For improving the surface integrity of machinedshapes, electrochemical micromachining (micro-ECM) has beencombined as a sequential process after micro-EDM. Because thematerial removal mechanism is based on the ionic dissolution, the surface generated by micro-ECM is relatively smooth and free ofresidual stress as well as micro-crack [6]. This approach has alsobeen studied in several researches [7–10]. The results from thesestudies demonstrate that ECM could be used as an effective methodto reduce the roughness of surfaces generated by EDM. For small-sizeproducts and micro-scale applications, the solution with significantlylow conductivity such as deionized water has been used as a weakelectrolyte in enhancing the surface finish of micro-shapes by micro-ECM. The lateral surface integrity of micro-pin and micro-hole hasbeen reported to be enhanced by some researchers [11,12]. Althoughsuch low conductivity solution has been used to moderate dissolutionrate, the stray material dissolution is a challenging issue formicro-machining. It is realized that when being exposed to longdissolution time or using significantly low resistivity deionizedwater, themachined shapes is distorted due to the excessive materialremoval by electrochemical reaction [12,13]. Recently, the EDMedsurface of micro-shapes has also been improved by performingmicro-ECM right after micro-EDM [14]. Although they are carriedout in the same machine tool, the machining fluid needs to bechanged from dielectric fluid to electrolyte and different powersupply is also required formicro-ECM.
In that scenario, micro-EDM and micro-ECM have been combinedin a unique machining process, known as simultaneousmicro-EDM and micro-ECM (SEDCM), to produce micro-shapeswith better surface integrity [15,16]. In this method, low-resistivity deionized water is used as bi-characteristic fluid. The exceedingmaterial dissolution which is considered as the disadvantage ofmicro-EDM using deionized water is now exploited in such a waythat it is controlled and limited within a certain area. To obtain thatobjective, short voltage pulses have been used to localize thematerial dissolution zone. With different pulse parameters, theradial gap has been reported to be varied resulting in the differencein diameter of micro-holes [15]. Hence, this study attempts toperform the modeling of radial gap distance in simultaneousmicro-EDM and micro-ECM drilling by predicting and simulatingthe thickness of affected material layer further removed byelectrochemical reaction. The analytical approach used in thisstudy originates from the double-layer theory, the Butler–Volmerequation and the Faraday’s law of electrolysis.
5. Conclusions
This study attempts to perform the analytical modeling of radial gap distance in simultaneous micro-EDM and micro-ECM drilling and verify it with experimental results. The following conclusions could be drawn from this study:
a. In SEDCM drilling, a thin layer of affected material on the lateral surface of micro-hole is further dissolved by electrochemical reaction whereby its surface integrity is improved.
b. The material dissolution in low-resistivity deionized water could be modeled using the double layer theory, Butler– Volmer equation and Faraday’s law of electrolysis.
c. Pulse parameters such as frequency and duty ratio directly affect the thickness of affected material layer further dissolved from inner surface of micro-holes.
d. Owing to double-layer charging characteristic, short voltage pulses are effective in localizing the material dissolution zone and thus maintain high dimensional accuracy for SEDCM.
e. When the pulse duration is too short, the material dissolution is negligible and SEDCM has no effect on improving the surface finish of micro-hole.
There is reasonable agreement between the simulated data and experimental results. The presented approach is thus useful for determining suitable machining condition and predicting the dimension of micro-holes.
| عنوان فارسی مقاله: | مدلسازی دهانه شعاعی تشکیل شده توسط انحلال مواد در حفاری microEDM و microECM همزمان با استفاده از آب یون زدوده |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Modeling of radial gap formed by material dissolution in simultaneous microEDM and microECM drilling using deionized water |
خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد