صیقل دادن مغناطیسی

صیقل دادن به کمک میدان مغناطیسی که گاهی اوقات به نام پرداخت سطح مغناطیسی نامیده می‌شود، یک روش پرداخت سطح است که در آن از یک میدان مغناطیسی برای به حرکت درآوردن ذرات ساینده در برابر سطح مورد نظر استفاده می‌شود. به این ترتیب پرداخت سطح سطوح غیرقابل دسترس (به عنوان مثال سطح داخلی یک لوله خمیده) امکان‌پذیر است. صیقل دادن به کمک میدان مغناطیسی (MAF) برای طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله تولید لوازم پزشکی، سیستم‌های سیالاتی، سیستم‌های اپتیکی، قالب‌ها، قطعات الکترونیکی، سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی و اجزای مکانیکی ماشین‌ها توسعه داده شده است.
تاریخچه MAF
در ابتدا در دهه ۱۹۳۰ به عنوان یک فرایند ماشینکاری در ایالات متحده توسعه یافت و در دهه ۱۹۴۰ برای اولین بار ثبت اختراع شد. پژوهش‌های دانشگاهی در اتحاد جماهیر شوروی، بلغارستان، آلمان، لهستان و آمریکا در دهه ۱۹۶۰ آغاز شد و در دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ کاربرد عملی یافت. رشد صنایع نیمه هادی‌ها، هوافضا و اپتیک منجر به توسعه روش‌های بهتر برای رسیدن به دقت بالا و سطح یکنواخت شد.
اصول فرایند
صیقل دادن مغناطیسی یا MAF اساسا استفاده از یک مخلوط همگن از ذرات مغناطیسی و ذرات ساینده است که با یک میدان مغناطیسی نیروی ماشینکاری بر روی قطعه کار وارد می‌شود. حرکت نسبی بین ذرات مخلوط و روی سطح قطعه کار منجر به حذف مواد. چون MAF نیازی به تماس مستقیم با ابزار ندارد، ذرات ساینده را می‌توان به مناطقی که دسترسی به آنها با روش‌های مرسوم سخت است، رساند. علاوه بر این انتخاب دقیق ذرات مغناطیسی و ذرات ساینده می‌توان کیفیت سطح و زبری را بهبود داد درحالی که قبلا برای مناطق دور از دسترس غیرممکن بود.
منبع میدان مغناطیسی
منبع میدان مغناطیسی در MAF معمولا یک آهنربای مغناطیسی یا یک آهنربای دائم از جنس عناصر خاک کمیاب است. این منبع ترجیحا یک آهنربای دائم است، با توجه به چگالی انرژی بالا، عدم گرم شدن بیش در نتیجه تراکم شار ثابت، هزینه پایین، سهولت نصب روی تجهیزات CNC، و به علت سادگی استفاده، از این آهنرباها استفاده می‌شود. با این حال برخی از کاربردها نیاز به چگالی شار قابل کنترل دارند که تنها با یک آهنربای مغناطیسی الکتریکی بدست می‌آیند. در یک آهنربای دائم به سادگی نمی‌توان میدان مغناطیسی را قطع کرد.
میدان مغناطیسی
تجهیزات آسان کننده حرکت
حرکت نسبی بین مخلوط ذرات مغناطیسی/ساینده و قطعه کار برای از سطح برداشتن مواد ضروری است. گزینه‌های متعددی برای دستیابی به حرکت لازم وجود دارد. روش معمول چرخش نوک قطب مغناطیسی است. این روش هم با چرخش کل آهنربای دائم یا فقط با چرخش قطب فولادی می‌تواند انجام شود. روش دیگر که معمولا در به پرداخت سطح داخلی استفاده می‌شود، چرخش قطعه کار است، متاسفانه این روش محدود به قطعات با تقارن محوری هست. علاوه بر حرکت دورانی، تنظیمات نوسانی و ارتعاشی قابل انجام هستند.
نیروی مغناطیسی وارد بر ذرات
عبارت زیر نیروی مغناطیسی وارد بر یک دو قطبی را در یک میدان مغناطیسی نشان می‌دهد،
فرض می‌کنیم که گشتاور مغناطیسی هم جهت با میدان اعمال شده است. با توجه به اندازه کوچک و حساسیت بالای از ذرات مغناطیسی در برابر نیروهای وارد، این فرض معقول است؛ بنابراین معادله به صورت زیر در می‌آید:
با استفاده از زیر تعریف‌های زیر، صورت قابل استفاده‌ای از معادله برای توصیف نیرو وارد شده بر تک تک ذرات مغناطیسی بدست می‌آید.
با جایگزینی این تعاریف در معادله نیروی مغناطیسی معادله زیر را بدست می‌دهد،
که در آن
حداکثر میدان اعمال شده برای اشباع ذرات مغناطیسی
شدت میدان مغناطیسی استفاده شده
چگالی شار مغناطیسی
میزان مغناطیسی شدن ذرات با فرض اشباع شدن
گشتاور دو قطبی مغناطیسی
میدان مغناطیسی
حجم ذرات (با فرض کروی بودن)
پذیرفتاری مغناطیسی ماده
نفوذپذیری مغناطیسی خلا
مکانیزم حذف مواد
ترکیبی از نیروی مماسی و نیروهای عمودی اعمال شده توسط مواد بر روی قطعه کار، عامل حذف مواد از قسمت‌های زبر سطح می‌باشد. این فرایند در طول عملیات پرداخت سطح تکرار می‌شود. در طول زمان زبری سطح قطعه کار به مقدار حداقلی می‌رسد، که این ناشی از محدودیت‌های روش پرداخت سطح انتخاب شده است. به طور خاص انتخاب ذرات آهن و ذرات ساینده حداقل زبری سطح قابل استحصال را مشخص می‌کند. با کاهش زبری سطح، ذرات ساینده کوچکتری برای ادامه فرایند لازم است.
MAF قادر است زبری سطح از ۲۰۰ میکرون تا ۱ نانومتر به روش Ra را به راحتی ایجاد کند؛ که نشان از گستردگی میزان زبری قابل دسترس در روش MAF است. اندازه ذرات مغناطیسی تعیین کننده نیروی لازم برای پرداخت سطح است که توسط معادله نیروی مغناطیسی وارد بر ذره محاسبه می‌شود. با این حال افزایش اندازه ذرات مغناطیسی اثرات نامطلوبی مانند عدم توانایی در نگه داری ذرات ساینده کوچک و همچنین وجود شکاف هوا در مخلوط ذرات را دارد. به منظور برطرف کردن این مشکلات، معمولا به مخلوط ذرات مغناطیسی بزرگ و کوچک را اضافه می‌کنند تا "سوراخ"های موجود در مخلوط ذرات "پر" شود، ذرات کوچک به طور موثری ذرات بزرگتر را در مخلوط ذرات پوشش می‌دهند.کنترل بسته زبری سطح می‌تواند از طریق انتخاب اندازه ذرات و نوسان آن‌ها و سرعت و دور آن تعیین شود. به طور کلی سریع‌تر حرکت کردن مخلوط مواد، کیفیت سطح بهتری خواهیم داشت.
اکسید آهن
قابلیت‌ها
قادر به رسیدن به طیف گسترده‌ای از ویژگی‌های سطح با انتخاب دقیق ذرات مغناطیسی و ذرات ساینده
زبری از ۲۰۰ میکرومتر تا ۱ نانومتر
ایجاد بافت در سطح
افزایش خواص سطح مانند‌تر شوندگی یا کاهش اصطکاک
قادر به دسترسی به سطوح غیرقابل دسترس
قادر به تغییر زبری بدون تغییر شکل
مستقل بودن تجهیزات از جنس قطعه کار
کارایی در پرداخت سطح سرامیک‌ها، فولادهای زنگ نزن، کاربیدها، کاربیدهای پوشش داده شده و سیلیکون
انعطاف‌پذیر در استفاده از نیرو و حتی امکان توزیع فشار باعث کاهش هزینه‌های مونتاژ می‌شود.
ارتعاشات در کارگاه ماشینکاری و ابزار ماشینکاری بر روی سطح قطعه کار منتقل نمی‌شود.
محدودیت‌ها
به کار بردن در تولید انبوه مشکل است
در کاربردهایی که روش‌های مرسوم پرداخت سطح قابل اجرا هستند، به همان آسانی قابل اجرا نیست.
ساینده
مغناطیس
فرومغناطیس
آهنربای الکتریکی