پیشرفتهای بوجود آمده در تکنولوژی مواد، روشهای طراحی و آزمون‌های بعد از ساخت موجب گردیده که در کیفیت و کارائی ترمزهای هواپیماهای جت امروزی بطور چشمگیری بهبود حاصل شود و بدون اینکه فضای بیشتری را اشغال کند دارای اوزون کمتری نسبت به ترمزهای قدیمی باشد. بکارگیری مواد مرکب و فلزاتی که نسبت استحکام به وزن آنها بالاست و نیز استفاده از تحلیل‌های پیچیده کامپیوتری از جمله عوامل کلیدی این پیشرفتها بحساب می‌آید. بهبود کیفی در کارائی ترمزها در آینده با استفاده از مواد پیشرفته عایق‌دار یا دافع گرما، سازه‌های کامپوزیتی، سیستم‌های کامل کننده متناوب و سیستم کنترل گرمائی پیشرفته صورت خواهد گرفت. سیستم‌های ترمز هواپیمای امروزی از انواع اولیه که در آن برای بحرکت آوردن هواپیما بر روی باند از چرخهای اتومبیل و برای کند کردن سرعت آن از پایه‌های کمک‌دار دم هواپیما استفاده می‌شد، بمراتب پیشی گرفته است. چرخها و ترمزهای جدید به هم وابسته‌اند و در ساخت آنها از روش‌های پیشرفته مهندسی استفاده شده و نمونه‌های چندگانه‌‌ای از پیشرفت تکنولوژی مواد را به نمایش درآورده است.

یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها، افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد.برای این منظور افزودن تعداد سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی مواقع امکان این کار وجود ندارد. یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر نیز هست استفاده از توربو شارژردر موتوراست که بدون نیاز به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد.درخودروهای پر سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت حتی خودروهای خانوادگی و سدان های پر قدرت نیز برای افزایش توان موتور از توربوشارژر استفاده می شود.

ساختار توربو شارژر:






یک توربو شارژر از 2 قسمت اصلی تشکیل شده است: توربین و کمپرسور(که توسط یک شفت به هم متصل اند).برای آشنایی با توربو شارژر، ابتدا باید واژه سوپر شارژر را تعریف کرد.سوپر شارژر یعنی تغذیه موتور با هوای از پیش کمپرس شده.یعنی هوای محیط مکیده و کمپرس شده و سپس به موتور فرستاده می شود.کمپرسور به طرق مختلفی به حرکت در می آیداز جمله از طریق چرخ دنده که در این حالت سوپرشارژر مکانیکی نامیده می شود. روش دیگر به حرکت در آوردن کمپرسور استفاده از انرژی ذخیره شده در گازهای اگزوز حاصل از احتراق در موتور است که در این حالت به آن توربو شارژر می گویند.

پس توربو شارژر در حقیقت توربینی است که بوسیله گازهای اگزوز به حرکت در آمده و یک کمپرسور گریز از مرکز را که توسط یک شفت به آن وصل شده است را می چرخاند.کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند.کمپرسور معمولا بین صافی و منیفولد هوای ورودی به موتور قراردارد.در حالی که توربین بین منیفولد هوای خروجی وانباره اگزوز قرار می گیرد.تمامی گازهای خروجی موتور (گازهای اگزوز) از محفظه توربین می گذرد و انبساط این گازهای تحت فشار بر پره های توربین عمل می کند و موجب حرکت دورانی آنها می شود. این گازها پس از گذشتن از توربین وارد اتمسفر می شوند.توربین صدای حاصل از گازهای اگزوز را نیز خفه می کند و به این ترتیب در اکثر موارد نیازی به استفاده از انباره اگزوز نیست.




به طور معمول توربو شارژها فشار هوا را به اندازه 6 تا 8psi فشرده تر می کنند.از آنجا که فشار معمولی اتمسفر 14.7 psi در سطح دریاست با این روش حدودا 50 درصد بیشتر هوا وارد موتور خواهد شد و افزایش بازدهی واقعی نیز بین 30تا 40 درصد است.

یکی از مزایای توربو شارژرها کمکی است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع به موتور می کنند.موتورهای معمولی در ارتفاعات دچار کاهش شدید قدرت می شوند. زیرا برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد و حتی در صورت افزایش مقدار سوخت پاشیدهشده به داخل سیلندر نیز به علت فقدان اکسیژن کافی ، احتراق کامل صورت نمی گیرد.بنابراین مساله رقیق بودن هوا موجب کم شدن قدرت موتور در این نقاط می شود که توربو شارژرها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور، این نقیصه را جبران می کنند

Cutting parameter optimization to minimize production
time in high speed turning

: Abstract
A method is described for calculating the optimum cutting conditions, in turning for objective criteria such as maximum production rate. The method uses empirical models for tool life, roughness and cutting forces. Coefficients of these models were determined based on turning experiments in high speed machining. Four types of commercially available inserts have been used to turn an AISI 4340 steel. Three chemical vapor deposition (CVD) coated inserts and one ceramic tool have been studied. In this work, the machine power and the maximum spindle speed were considered as the process constraints. The method consists on explaining the feed in relation to the roughness which depends on the cutting speed. Then, the cutting speed which gives the minimum production times was calculated. This value is then compared to the allowed values imposed by the constraints. At least, the optimal value of feed was calculated. The obtained results indicate that the described method is capable of selecting the appropriate

    DOWNLOAD

در اين مقاله فرزكاري سرعت بالاي قطعات سخت شده تشريح شده است. ماشينكاري سرعت بالا (HSM)machining) High speed) فولاد سخت شده نه تنها پيچيده و بغرنج نيست بلكه با رعايت يك سري اصول پايه آسان خواهد شد.
عواملي كه روي فرآيند ماشين كاري تاثير دارند شامل: ماشين ابزار، ابزار برشي، هلدر ابزار و برنامه نويسي است. اگر اين پارامترها بخوبي شناخته شوند راز ماشينكاري فلزات سخت كشف مي شود و يك پروسه قابل پيش بيني خواهد شد.
انتخاب پروسه
با توجه به سختي مواد سه روش اصلي در ماشين كاري وجود دارد: ماشينكاري نرم، ماشين كاري سخت و EDM پيكربندي و سختي مواد قالب، روش ماشينكاري و يا تركيب استفاده از روشها را تعيين مي كند. ماشينكاري نرم قبل از عمليات حرارتي است و بيشتر براي قطعات بزرگ و يا قطعات با عمق زياد برش استفاده مي شود. اگر قطعه خيلي بزرگ نباشد و عمق ماشينكاري كم باشد مي توان تمام قطعه را در حالت سخت شده ماشينكاري كرد. بنابراين عمليات پرداخت و semi- finishing را مي توان بعد از عمليات حرارتي و روي مواد سخت شده انجام داد. اگر قطعه داراي اجزاء نازك و عميق باشد تنها انتخاب، فرآيند EDM (مانند اسپارك و وايركات) است.
انتخاب ابزار
انتخاب صحيح ابزار برشي در ماشينكاري فلزات سخت بسيار مهم است. سه طرح اصلي براي فرزانگشتي وجود دارد: سركره (ball end) سرگرد (ball nose) و تخت (square end)
در ماشينكاري فلزات سخت بهترين انتخاب، انگشتي ball end براي ماشينكاري خشن و بعضي عمليات پرداخت است. شعاع بزرگ اين ابزار نيروها و حرارت توليد شده ناشي از برش ماده سخت در سرعت برشي و پيشروي بالا را پخش مي كند. سركره اين ابزار، كاربر را مقدور مي سازد تا نزديك به قطعه و با سرعت و پيشروي بالاتر ماشينكاري كند. اگر يك قطعه بزرگ بوده و نواحي تخت داشته باشد يك انگشتي سرگرد ball nose)) بعد از عمليات خشن تراشي انگشتي سركره، استفاده مي شود. انگشتي ball nose شعاع به بزرگي ball end ندارد. بنابراين اين انگشتي نمي تواند به خوبي ball end حرارت و نيروها را پراكنده كند. انگشتي معمولي (square corner) بايد وقتي استفاده شود كه ابزار ball end و ball nose تا حد امكان مواد زيادي را از قطعه كار برداشته اند.
گوشه هاي تيز انگشتي square همانند يك كانون حرارت و نيرو عمل مي كند و احتمال لب پر شدن آن زياد است. فقط وقتي كه گوشه هاي تيز در كف و يا ديوارها لازم است مي توان انگشتي square استفاده كرد.
صلبيت ابزار
صلبيت ابزار عامل مهم ديگري است كه بايد به آن توجه شود. ساق ابزار در ابزارهاي با قطر كوچك بايد بزرگتر از قطر قسمت برنده آن بوده تا سفتي و صلبيت قسمت برنده افزايش يابد كه در نتيجه پرداخت سطح بهتر و عمر ابزار بيشتر شود. براي هر كاربرد بايد ابزار مناسب آن انتخاب شود. به عنوان مثال سري انگشتي هاي با زاويه هشت درجه (draft angle= 8) را مي توان براي قطعه كار با شيب سه درجه اصلاح كرد. به طور معمول زاويه ابزار بايد 2/1 درجه، خلاصي زاويه اي ابزار راتامين مي كند بعلاوه ابزار نبايد بيشتر از آنچه كه لازم است از هلدر ? ابزارگير - بيرون بيايد. اگر ماشينكاري ديواره هاي مستقيم لازم بود يك گردني در ابزار استفاده مي شود .
كنترل توليد حرارت
گرماي بيش از اندازه، ساختار سطح قطعه و مورفولوژي سطح را تغيير مي دهد كه باعث كاهش دقت ماشينكاري مي شود. يك روش براي حداقل كردن حرارت توليد شده كنترل radial step-over ابزار برشي است. Radial step-over فاصله بين خط مركز دو گام متوالي و موازي تيغه برش است. در عمليات خشن تراشي radial step-over بايد بين 25 تا 40 درصد قطر تيغه برشي باشد.
وقتي step-over خيلي بزرگ باشد گرما در شيارها و لبه ها (فلوت هاي ابزار) زياد خواهد شد زيرا زمان كافي براي خنك شدن هر فلوت قبل از ورود مجدد به قطعه كار وجود ندارد. با step-over كوچكتر گرماي كمتري توليد مي شود در هر دور چرخش، شيارها و لبه هاي ابزار درگيري كمتري با قطعه كار داشته و فرصت بيشتر براي خنك شدن دارند تا دوباره وارد كار و برش شوند بنابراين مي توان rpms بيشتري استفاده كرد.
پوشش ابزار با انتخاب پوشش مناسب مقاومت ابزار دردماهاي بالا بيشتر مي شود و مي توان سرعت هاي برشي بيشتري را به كار برد. براي مثال ماكزيمم دماي كاري براي نيتريد كربن تيتانيم (TiCN) 400 درجه سانتيگراد و براي نيتريد آلومينيوم تيتانيم 800 درجه سانتيگراد است. عموماً TiAlN به دليل مقاومت بالا در مقابل حرارت براي ماشينكاري فولاد سخت شده ترجيح داده مي شود و مي توان در سرعت هاي بالاي rpms بدون خرابي ابزار بكار برد. سرعت و پيشروي مناسب براي جلوگيري از لبه انباشته ضروري است. لبه انباشته در اثر جوش خوردگي براده با سطح برش ابزار بخاطر اصطكاك بالاي بين براده و ابزار تشكيل مي شود. براده بزرگ، گرما را دور مي كند و لبه انباشته ايجاد نمي شود اگر بار براده خيلي كم باشد عملي شبيه سنگ زني اتفاق مي افتد و گرما افزايش مي يابد. بنابراين حتي امكان بايد بار براده بزرگتري را انتخاب كرد
براي مثال اگر بار براده بردنده بايد 008/0 باشد و 002/0 استفاده شود، قطعه اي كه بايد 20 دقيقه ماشينكاري شود 80 دقيقه وقت خواهد گرفت. يعني زمان ماشينكاري چهار برابر شده است. هندسه ابزار نيز نقش مهمي در كنترل حرارت دارد. ابزار بايد براي ماشينكاري سرعت بالاي قطعات سخت شده طراحي شود. هندسه نادرست باعث شكست زودرس ابزار و كيفيت خراب سطح مي شود.
خنك كاري
سيال خنك كننده نبايد در بيشتر وقتها استفاده شود. نتيجه آزمايشها نشان مي دهد كه استفاده از سيال خنك كاري در مواد بالاي HRC40 عمر ابزار را كاهش مي دهد. خيلي از روشهاي خنك كاري شامل عبور سيال از سوراخ هاي داخل ابزار، شيارهاي خنك كننده، coolant hoses، خنك كاري تحت فشار بالا و فشار نرمال تست شده است در تمام حالت ها عمر ابزار كاربيدي به دليل شوك هاي حرارتي كاهش مي يابد. اما بايد براده ها را از محيط دور كرده و از re-cutting جلوگيري كرد. روش هاي عالي براي دور كردن براده شامل هوا و اسپري (mist coolant) است كه بايد حتي امكان نزديك نوك ابزار باشد.
تعويض ابزار
پايان عمر ابزار معمولاً با چشم غير مسلح قابل تشخيص است. يك روش ساده براي تشخيص عمر ابزار نگاه كردن به نوك ابزار هنگام براده برداري است. هنگامي كه تيغه فرز فرسوده شده باشد نيرو و حرارت افزايش يافته به شكل قرمزي نوك تيغه فرز نمايان مي شود. نور قرمز به آهستگي و هميشه در گوشه ها و يا جاييكه مواد بيشتري برداشته مي شود نمايان مي گردد. وقتي اين نور قرمز تابان، ظاهر شد ابزار معمولاً تحليل رفته و تعويض مي شود. همچنين تابش نور قرمز ممكن است معرف نواحي مشكل دار قطعه باشد كه ناشي از برنامه نويسي نامناسب است.
ابزار گير مانند ابزارگير انقباضي، تلرانس ساقه ابزار بايد in 0001/0- 0002/0 در قطر باشد. از پايداري و سازگاري سطح ابزار در هلدر اطمينان داشته باشيد.
تلرانس هاي صنعتي بالاي in 0005/0 است. اين تلرانس در هلدرها سبب لنگي و فيت نامناسب مي شود. بعلاوه تلرانس گردي (roundness) ساق (shank) ابزار بايد كمتر از in 000025/0باشد. لنگي سبب مي شود بار برده بر يك يا چند لبه برش زياد شود در حاليكه بر لبه هاي ديگر كاهش مي يابد. شوك حاصل از لنگي باعث ارتعاش ابزار و قطعه كار و كاهش عمر ابزار مي شود. اگر چه شنكهاي پوليش شده از لحاظ زيبايي خوش آيند است اما گيرندگي ابزارگير را كاهش مي دهد. با داشتن تلرانس مناسب در ابزار و ابزارگير، صلبيت و دقت و پايداري افزايش مي يابد.
ماشين ابزار
از ماشين ابزار نبايد چشم پوشي كرد. اگر چه ماشينكاري قطعات سخت شده روي ماشين ابزار قديمي امكان پذير است اما به صرفه نيست. اگر ماشيني دور اسپيندل (rpm) پاييني داشته باشد نرخ پيشروي به تناسب كم و آزاردهنده مي شود. ماشين ابزار بايد در بيشترين دقت و صلبيت ممكن باشد. در طراحي كنترلر ماشين ابزار بايد جوانب ماشينكاري سرعت بالا لحاظ شده باشد.
برنامه نويسي
برنامه نويسي روش درگير شدن ابزار با ماده و نيروهاي وارده به ابزار را تعيين مي كند. بنابراين برنامه نويسي حساسترين مرحله در موفقيت ماشينكاري سريع فلزات سخت است. به منظور حداقل كردن شوكهاي وارده به تيغه فرز، بايد مسير حلزوني (helical interpolation) در ورود به حفره قالب استفاده كرد. برنامه نويس بايد پارامترهاي ماشينكاري را به درستي انتخاب كند كه در اين مقاله به تعدادي از آن اشاره گرديد و در جد اول آورده شده است.

انواع براده شکن ها (Chip Breakers) و کاربرد آنها

یکی از پارامترهای مهم در انتخاب اینسرتها نوع براده شکن آن می باشد. انتخاب براده شکن به عوامل متعددی از جمله :
۱ - نوع ماشینکاری از نظر کیفیت سطح مورد نظر(خشن کاری-پرداخت کاری)
۲ - جنس مواد
۳ - یک طرفه یا دو طرفه بودن اینسرت
۴ - تلرانس ابعادی مورد نظر
۵  -محدوده پارامترهای ماشینکاری قابل دسترسی برای استفاده بهینه از خواص براده شکن و ...... بستگی دارد.

دانلود کامل مقاله انواع براده شکن

ساچمه زنی (Shot Peening)

ساچمه زنی (Shot Peening) فرایندی معروف و در عین حال مهم است که نیاز به معرفی و توسعه دارد.

تمیزکاری شیشه، سنگ و فلز یا مواد سخت دیگر به وسیله پرتاب ماسه توسط هوای فشرده انجام می شود. "بنجامین تیلگهام" در سال ۱۸۷۱ این فناوری را به ثبت رساند. اما بعدها ساچمه‌زنی بیشتر توسعه یافت.

این عملیات فرایند شکل دهی سرد است که در آن تنشهای باقیمانده درونی فشاری در منطقه ای نزدیک به سطح قطعه کار ایجاد می شوند. ساچمه زنی جایگزین فرایندهای پیچیده و هزینه بر شده و هزینه مصرف مواد را کاهش می دهد. این فرایند امکان طراحی قطعات سبکتر را فراهم آورده و بنابراین افزایش نسبت استحکام به وزن و همچنین نسبت هزینه به سود را در پی دارد.

امروزه بسیاری از اصولی که در ساچمه زنی بکار می رود از قبیل دمیدن هوای فشرده یا چرخهای پاشش شتابدار شن و ماسه یا ساچمه، آیا همگی مطلوب و مفید هستند؟

در دمش هوا، ساچمه فولادی توسط هوای فشرده با شتاب پرتاب می شوند و از طریق نازل روی قطعه ریخته می‌شوند. گاهی سرعت ساچمه ها به ۲۲۰ متر بر ثانیه نیز می‌رسد. استفاده از سیستمهای ساچمه زنی دوار مدرن می‌تواند سرعت جریان ساچمه ها را افزایش دهد. جریان انرژی در دمش هوا در مقایسه با ساچمه زنی دوار تقریبا یک به ده (۱:۱۰) است و به عبارت دیگر هزینه‌های پرداخت سطحی قطعات با استفاده از چرخهای پرتاب ساچمه کاهش می یابد. اما در هر حال، امنیت فرایند باید تضمین شود. باید به حداکثر قابلیت تکرار همه پارامترهای دمش و پرتاب ساچمه از قبیل سرعت دمش، زمان دمش و سرعت جریان ساچمه و زاویه ضربه رسید. امروزه پرتاب ساچمه ها با استفاده از چرخهای دوار برای پرداخت دسته های بزرگ قطعات تحت تنش های بالا و متناوب بکار می رود. کاربردهای معمول آن عبارتند از: صنعت خودروسازی، ماشین سازی و از نقطه نظر دیگر طیف قطعاتی چون همه انواع فنر، محور بادامک، میل لنگ، میله های پیستون، چرخ دنده ها، ابزارهای صنعت معدن کاری، قطعات متعادل‌كننده کشتی ها و هواپیماهاو فرایند دیگری که لازم است در مورد آن توضیح داده شود، فرایند Stress-Peening یا اصطلاحا تنش زنی با وجود یک تنش کششی قبلی است. در شرایطی که قطعات تنها در یک جهت تحت تنش قرار دارند، فرایند تنش زنی بکار می رود و در آن قطعاتی که تحت یک کشش قبلی قرار دارند ساچمه زنی می شوند. در طی این فرایند، تنش فشاری درونی بسیار بیشتر از ساچمه زنی معمولی ایجاد شده و در حقیقت درست تا حد سیلان تنش فشاری درونی ماده پیش می رود. تنش زنی، صرفه جویی بیشتر در وزن و افزایش عمرکاری را در پی دارد. این افزایش عمر کاری در قطعات مختلف متفاوت می باشد، مثلا برای چرخ دنده ها و فنرهای مارپیچی بیش از ۱۰۰۰ درصد، درزهای جوش ۲۰۰ درصد و برای میله های تحت تنش پیچشی بین ۱۴۰ تا ۶۰۰ درصد است.

به منظور افزایش مقاومت و دوام قطعه و اجتناب از ترک خوردگی تنشی(SCC)، باید تمام سطوح بحرانی و حساس کاملا ساچمه زنی شوند. برای کنترل این موضوع می‌توان از عدسی با بزرگنمایی x۱۰ استفاده کرد یا مایع خاصی را روی سطح قطعه پاشید یا رنگ کرد؛ در طی فرایند خشک کردن این مایع به شکل الاستیک در آمده و تنها توسط شکست سطح کنده می شود. برای کنترل این موضوع که آیا تمام سطحی که باید ساچمه زنی شود، با فیلم نازک پوشیده شده است یا نه، می توان از تابش پرتو فرابنفش استفاده کرد.

یک دستگاه ساچمه زنی معمولا‌ از اجزاء زیر تشکیل شده است:

چرخ دوار پرتاب کننده ساچمه، بخش جداکننده ساچمه که ساچمه های ساییده و فرسوده و خرد شده را از ساچمه های قابل استفاده جدا می کند، و جمع کننده گرد و غبار که برای تکمیل کار بخش قبلی ذرات ریز موجود در انبوه ساچمه ها را می گیرد.

برای رسیدن به شدت مورد نیاز در ساچمه زنی نیازمند اجزاء مناسب در دستگاه هستیم. اصل کار ساچمه زنی با کمک چرخهای دوار پرتاب کننده ساچمه بر مبنای استفاده از انرژی جنبشی بالای ساچمه ها قرار دارد؛ این انرژی از سرعت و جرم ساچمه ناشی می شود. بنابراین عملکرد دستگاه ساچمه زنی به مقدار زیادی به بازدهی چرخ های پرتاب بستگی دارد. معمولا این چرخهای دوار بصورت Patent بوده و در انحصار سازندگان اندک خود قرار دارند. استفاده از یک یا چند چرخ بر روی ماشین، مزیت های بیشماری را در پی دارد، مانند: ضربه با انرژی زیاد، کنترل جهت و سطح پاشش، توان عملیاتی بالای ساچمه های ساینده، پاشش یکنواخت با شدت بهینه، و زمان مناسب پرداخت سطحی.

بهبود استحکام خستگی: می دانیم که در فناوریهای جدید پرداخت سطحی و عملیات مربوط به سطح، ساچمه زنی از طریق پرتاب ساچمه بر روی قطعات با استفاده از چرخهای بزرگ دوار جایگزین دیگر فرایندهای گران قیمت و زمان بر شده است و امروزه به اثبات رسیده است که این عملیات در جهت افزایش استحکام خستگی فنرها موثر است. این فرایند هم از لحاظ زیست محیطی و هم از لحاظ اقتصادی مناسب بوده و همانطور که گفته شد امکان طراحی قطعات سبکتر و با هزینه کمتر را فراهم می آورد.