پرداخت‌کاری با ساینده مغناطیسی

تاریخچه

فرایند پرداخت‌کاری با ساینده مغناطیسی از ایالات متحده در دهه ۱۹۳۰ سرچشمه گرفته‌است اما تحقیقات دانشگاهی بر روی این فرایند در کشورهای شوروی سابق، بلغارستان و آلمان در دهه ۱۹۶۰ شروع شد. محققان ژاپنی این کار را دنبال کردند و تحقیقاتی در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ برای کاربرد پرداخت نهایی انجام دادند. توسعه نیمه رساناها و صنایع هوافضا باعث افزایش تحقیقات برای رسیدن به دقت‌های بالاتر و ایجاد سطح با کیفیت بیشتر شد. در سال‌های اخیر علاوه بر پرداخت‌کاری با ساینده مغناطیسی، پلیسه‌گیری و پخ زنی با ساینده مغناطیسی نیز انجام شده‌است.

اصول فرایند MAF

در فرایند MAF بخشی از دانه‌های ساینده مغناطیسی متشکل از مواد فرومغناطیس (مانند ذرات آهن) و بخشی دیگر به عنوان ابزارهای برشی (مانند الماس) استفاده می‌شوند. فشار مورد نیاز پرداخت کاری توسط یک میدان الکترومغناطیسی تأمین می‌شود. در این فرایند ذرات مغناطیسی در امتداد خطوط نیروی مغناطیسی بین قطب‌های N و S به‌طور مغناطیسی به یکدیگر متصل شده و برس‌های ساینده مغناطیسی انعطاف‌پذیر(FMAB) را تشکیل می‌دهند. هنگامی که یک قطعه کار استوانه‌ای با حرکت دورانی، ارتعاشی و محوری وارد یک چنین میدان مغناطیسی می‌شود، پرداخت کاری سطحی و لبه‌ای توسط برس ساینده انجام می‌گیرد. کیفیت و راندمان پرداخت کاری به مقدار زیادی تحت تأثیر محکم بودن برس ساینده مغناطیسی قرار دارد. اگر قطعه کار غیر مغناطیسی باشد، خطوط میدان مغناطیسی دور آن خواهد بود (از میان ساینده‌های مغناطیسی) و اگر قطعه کار از جنس مواد مغناطیسی باشد در آنصورت خطوط میدان از درون قطعه کار عبور می‌کنند.

نیروهای وارد بر یک ذره ساینده

یک ذره ساینده مغناطیسی تحت اثر دو نیرو می‌باشد.Fx نیروی در امتداد خطوط نیروی مغناطیسی و Fy در راستای خطوط هم پتاسیل به‌طور هم‌زمان به آن وارد می‌شود که F برآیند آن‌ها است. با استفاده از معادله‌های زیر می‌توان این نیروها را محاسبه کرد.
که در آن D و k به ترتیب قطر و حساسیت ذرات ساینده مغناطیسی و H شدت میدان مغناطیسی می‌باشد.
نیرو مغناطیسی Fy عمل تحریک ذرات ساینده است تا آن‌ها در پرداخت کاری قطعه کار شرکت نمایند. نیروی Fx نیز در امتداد خطوط مغناطیسی بر دانه‌های ساینده وارد می‌شود و عامل اصلی عمل برشکاری (نفوذ در قطعه کار) است. هر تغییر در شدت میدان مغناطیسی در جهت خطوط نیروی مغناطیسی در نزدیکی سطح قطعه کار باعث تحریک ذرات ساینده مغناطیسی می‌شود. علاوه بر بهبود پرداخت، این عمل باعث ایجاد تنش‌های پسماند فشاری می‌شود که تمامیت سطح را بهبود می‌بخشد.
روش مؤثر برای تغییر نیرو (یا فشار پرداخت‌کاری) و محکمی برس ساینده مغناطیسی، تغییر قطر ذره (D) ساینده مغناطیسی است. از این رو، ذرات فرومغناطیس که قطر آن‌ها چندین برابر قطر ذرات ساینده است، به منظور تشکیل برس ساینده مغناطیسی مخلوط می‌شوند. این ترکیب باعث محکمی بیشتر برس شده و اجازه می‌دهد تا از یک نوع ساینده‌های با قطر کوچک (که عامل پرداخت یا برداشت واقعی ماده است) با ذرات مغناطیسی با اندازه‌های مختلف استفاده شود. تعدل میان لازم است زیرا این دو فاکتور اثرات متضادی بر پرداخت سطح و نرخ برداشت ماده دارند علاوه بر این مخلوط شدن این دو جز اصلی تعداد لبه‌های برش را تعیین می‌کند.

ساینده‌های مغناطیسی

ساینده‌های مغناطیسی به دو نوع آزاد و متصل وجود دارند.
ساینده‌های مغناطیسی آزاد به صورت مخلوطی از ذرات ساینده و ذرات فرو مغناطیس هستند. ساینده‌های مغناطیسی متصل به صورت یک توده ساینده استفاده می‌شوند که این توده شامل یک زمینه فرو مغناطیسی است که در آن ساینده‌ها قرار گرفته‌اند و توسط زینترینگ (تًف جوشی) یا تکنیک‌های دیگر شکل داده شده‌اند (به یکدیگر چسبیده‌اند). آزمایش‌ها نشان داده است که ساینده‌های مغناطیسی آزاد نرخ براده برداری بیشتری دارند در حالیکه ساینده‌های مغناطیسی متصل پرداخت سطح بهتری ایجاد می‌نمایند.

سیال ماشین کاری

اضافه نمودن سیال ماشین کاری به ساینده‌های مغناطیسی در MAF می‌تواند توصیه شود زیرا استفاده از سیال‌های متداول سنگ زنی باعث بهبود نرخ برداشت ماده می‌شود ولی باعث کاهش کیفیت پرداخت سطح می‌شود.

چگالی شار مغناطیسی

افزیش چگالی شار مغناطیسی، نیروی مماسی پرداخت کاری را برای درصدهای مختلف سنگ زنی افزایش می‌دهد عمق ماشین کاری شده با افزایش چگالی شار مغناطیسی و اندازه ذرات آهنی افزایش و لقی کار کاهش می‌یابد. در عملیات پرداخت کاری سطوح تخت، زبری سطح با افزایش شار مغناطیسی و زمان پرداخت کاری بهتر می‌شود. علاوه بر این پلیسه‌های سنگ زنی در مقایسه با پلیسه‌های تراش کاری به‌طور مؤثرتری برداشته می‌شود که به دلیل تمرکز شار مغناطیسی بر روی لبه‌های ماده مغناطیسی است.