پرداخت‌کاری با ساینده مغناطیسی

پرداخت‌کاری با ساینده مغناطیسی یک روش پرداخت سطح است که از یک میدان مغناطیسی برای وارد کردن نیرو به ذرات ساینده جهت برخورد ذرات به سطح مورد نظر استفاده می‌کند.
تاریخچه
فرایند پرداخت‌کاری با ساینده مغناطیسی از ایالات متحده در دهه ۱۹۳۰ سرچشمه گرفته است 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، پلیسه گیری و پخ زنی با ساینده مغناطیسی نیز انجام شده است.
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 تامین می‌شود. در این فرایند ذرات مغناطیسی در امتداد خطوط نیروی مغناطیسی بین قطب‌های N و S به طور 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 تاثیر 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.
میدان مغناطیسی
منبع میدان مغناطیسی
در MAF از سه نوع منبع مغناطیسی استفاده می‌شود که عبارت اند از:
منبع مغناطیسی با مغناطیس دائم
عموما منبع میدان مغناطیسی یک آهنربا می‌باشد. آهنرباها دارای هزینه پایین، نصب راحت بر روی دستگاه‌ها، چگالی انرژی زیاد و دارای میدان مغناطیسی ثابت می‌باشند. از مغناطیس‌های دائمی برای بیشتر کاربردهای مهندسی استفاده می‌شود زیرا زبری سطح بسیار خوب ایجاد می‌نمایند.
منبع مغناطیسی با جریان مستقیم
در این نوع منبع از یک جریان با پالس ثابت برای ایجاد میدان مغناطیسی استفاده می‌شود. در این نوع منبع تقریبا هیچ اغتشاشی در برس ساینده به وجود نمی‌آید. از این نوع منبع برای کاهش زبری سطح و همچنین اصلاح سطح برای سطوح داخلی و خارجی استفاده می‌گردد.
منبع مغناطیسی با جریان متناوب
استفاده از منبع تغذیه متناوب برای ایجاد میدان مغناطیسی زیاد مرسوم نمی‌باشد زیرا کنترل این نوع میدان سخت میبسد ولی با این حال از این روش می‌توان برای پرداخت سطح و اصلاح سطوح استفاده کرد.
استفاده از منبع تغذیه متناوب باعث می‌شود که چرخش مواد ساینده بهتر انجام شود و این مواد به تمامی سطوح برسند همچنین اگر از فرکانس پایین استفاده شود باعث ایجاد سطح یکنواخت‌تر و صاف‌تر سطح می‌شود. نرخ براده برداری در این روش نسبت به میدان مستقیم تقریبا ۲ برابر می‌باشد.
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 به طور 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 موثر 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.
متغیرهای فرایند MAF
نوع و اندازه ساینده مغناطیسی
نسبت مخلوط شدن دانه‌های ساینده با مواد فرومغناطیس
لقی حین کار
سرعت دورانی و ارتعاش (دامنه و فرکانس)
خواص جنس قطعه کار
چگالی شار مغناطیسی
سرعت ساینده مغناطیسی نسبت به قطعه‌کار
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 بصورت یک توده ساینده استفاده می‌شوند که این توده شامل یک زمینه فرو مغناطیسی است که در آن ساینده‌ها قرار گرفته‌اند و توسط زینترینگ (تف 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.
اکسید آهن
جنس ذرات ساینده
آلومینیوم اکسید
سیلیکون کاربید
نیترید مکعبی بر
الماس
ساینده به ترتیب افزایش سختی و قیمت می‌باشند.
جنس مواد مغناطیسی
آهن و اکسیدهای آهن
کبالت
نیکل
فولاد و فولاد ضد زنگ
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 به طور موثرتری برداشته می‌شود که به دلیل تمرکز شار مغناطیسی بر روی لبه‌های ماده مغناطیسی است.
مزایا
ایجاد سطح آینه‌ای و با صفی سطح در حد ۱ نانومتر
توانایی پرداخت کاری سطوح بیرونی و درونی
با توجه به قابل انعطاف بودن برس ساینده می‌توان از این روش برای پرداخت قطعه‌های پیچیده استفاده کرد
قابلیت پرداخت مواد مغناطسی و غیر مغناطیسی
معایب
گران بودن تجهیزات نسبت به روش‌های سنتی
برای تولیدات انبوه این روش به صرفه نیست
کاربردها
پره توربین
ابزارهای برشی
صنایع اپتیک (پرداخت آینه و شیشه‌ها)
سطوح داخلی لوله‌های بهداشتی (با اشکال پیچیده)
فرومغناطیس
جریان مستقیم
جریان متناوب
اپتیک
https://www.youtube.com/watch?v=WmPCjDATHZI
http://m3techinc.com/what-are-the-advantages-and-disadvantages-of-each-of-the-polishing-methods
http://www.advancedabrasives.com
http://www.extec.com/grinding-polishing/supplies/abrasive-powders