تحلیل عددی و بهینه‌سازی چگالی شار مغناطیسی در ناحیه براده برداری فرآیند پرداخت‌کاری با سیال هوشمند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

قطعات اپتیک با توجه به ویژگی­ های طراحی آ نها نیازمند دقت پروفایلی و صافی سطح بالا هستند. در فرآیند تولید این قطعات، به دلیل تردی و سختی بالا، آسیب­ های سطحی و زیرسطحی ایجاد می ­شود که برای حذف آن ها باید از فرآیند پرداخت کاری استفاده نمود. یکی از این فرآیندها، پرداخت کاری با استفاده از سیال هوشمند است. در این فرآیند با استفاده میدان مغناطیسی ایجادشده در ناحیه ماشین­ کاری، خواص رئولوژیکی سیال هوشمند تغییر می نماید که میزان این تغییرات وابسته به چگالی شار میدان مغناطیسی اعمالی است. در این مطالعه تحلیل اجزاء محدود به منظور بهینه سازی چگالی شار مغناطیس در ناحیه برداشت براده انجام شده است. با این هدف، بخش ایجاد میدان مغناطیس به عنوان بخش اصلی سیستم پرداخت کاری مورد تحلیل قرارگرفته است. برای این امر پارامترهای مهم در ایجاد چگالی شار میدان مغناطیس شناسایی و با استفاده از تحلیل اجزاء محدود مغناطیس اثر هرکدام از پارامترها بررسی شده است. برای طراحی تعداد تحلیل­ ها از روش تاگوچی استفاده شده و نتایج به دست آمده به کمک الگوریتم شبکه عصبی بهینه شده است. درنهایت سیستم پرداخت کاری با توجه به مقادیر بهینه ساخته شده و میزان چگالی شار مغناطیس اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که زاویه قطب ­ها، ضخامت پل­ ها و دیواره چرخ سیال بیشترین تأثیر را بر چگالی شار مغناطیسی در ناحیه برداشت براده دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis and Optimization of Magnetic Flux Density in the Polishing Process with Magnetorheological Fluid

نویسندگان [English]

  • A. Esmaeilzare
  • A. Bagheri Ardakani
  • M. Rezaei
  • A. Rahimi
Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the finishing process of optical parts, achieving minimum surface roughness and high profile precision are of great importance. Due to brittle nature and high hardness of these materials, the finishing process will induce surface and subsurface damages which can be removed by a polishing process. One of these processes is magnetorheological finishing. In this process, the rheological property of magnetorheological fluid changes by the inducted magnetic field at material removal region. In the present study, finite element analysis has been carried out to optimize the magnetic flux density in the material removal region. In order to analyze the magnetic field, the effective parameters on the amount of magnetic flux density are identified and their influence is investigated. Taguchi design of experiment method was used to reduce the number of numerical runs. By considering the finite element results and fabrication restrictions, the genetic algorithm is used for the optimization of parameters. The magnetorheological system was made with the optimized parameters and the amount of magnetic flux density was measured. The results show that the variations of poles angle, poles and the wheel wall thickness have remarkable influence on magnetic flux density in the material removal region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finishing process
  • Magnetorheological fluid
  • Optical parts
  • Finite element analysis

مراجع

[1] A. Esmaeilzare, A. Rahimi, S. Rezaei, Investigation of subsurface damages and surface roughness in grinding process of Zerodur® glass–ceramic, Applied Surface Science, 313 (2014) 67-75.
[2] J.C. Lambropoulos, T. Fang, P.D. Funkenbusch, S.D. Jacobs, M.J. Cumbo, D. Golini, Surface microroughness of optical glasses under deterministic microgrinding, Applied Optics, 35(22) (1996) 4448-4462.
[3] Z. Yao, W. Gu, K. Li, Relationship between surface roughness and subsurface crack depth during grinding of optical glass BK7, Journal of Materials Processing Technology, 212(4) (2012) 969-976.
[4] A. Esmaeilzare, H. Gholipour, H. Adibi, S.M. Rezaei, Surface and Subsurface Damage Measurements in Zerodur Glass-Ceramic Grinding Process and their Correlation with Surface Roughness, Modares Mechanical Engineering, 15(20) (2016) 332-337.
[5] M.R. Jolly, J.W. Bender, J.D. Carlson, Properties and applications of commercial magnetorheological fluids, in: Smart Structures and Materials 1998: Passive Damping and Isolation, International Society for Optics and Photonics, 1998, pp. 262-276.
[6] B.J. Park, F.F. Fang, H.J. Choi, Magnetorheology: materials and application, Soft Matter, 6(21) (2010) 5246-5253.
[7] M. Ocalan, G.H. McKinley, Rheology and microstructural evolution in pressure-driven flow of a magnetorheological fluid with strong particle–wall interactions, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 23(9) (2012) 969-978.
[8] S. Salzman, Optimal magnetorheological fluid for finishing of chemical-vapor-deposited zinc sulfide, University of Rochester, 2016.
[9] T.S. Bedi, A.K. Singh, Magnetorheological methods for nanofinishing–a review, Particulate Science and Technology, 34(4) (2016) 412-422.
[10] C. Miao, Frictional forces in material removal for glasses and ceramics using magnetorheological finishing, University of Rochester, (2010).
[11] J. Rabinow, The magnetic fluid clutch, Electrical Engineering, 67(12) (1948) 1167-1167.
[12] W. Kordonsky, Magnetorheological effect as a base of new devices and technologies, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 122(1-3) (1993) 395-398.
[13] D. Golini, S.D. Jacobs, W.I. Kordonski, P. Dumas, Precision optics fabrication using magnetorheological finishing, in: Advanced Materials for Optics and Precision Structures: A Critical Review, International Society for Optics and Photonics, 1997, pp. 102890H.
[14] D.C. Harris, History of magnetorheological finishing, in: Window and Dome Technologies and Materials XII, International Society for Optics and Photonics, 2011, pp. 80160N.
[15] S.D. Jacobs, D. Golini, Y. Hsu, B.E. Puchebner, D. Strafford, I.V. Prokhorov, E.M. Fess, D. Pietrowski, W.I. Kordonski, Magnetorheological finishing: a deterministic process for optics manufacturing, in: International Conference on Optical Fabrication and Testing, International Society for Optics and Photonics, 1995, pp. 372-383.
[16] J.E. DeGroote, Surface interactions between nanodiamonds and glass in magnetorheological finishing (MRF), University of Rochester. Institute of Optics, 2007.
[17] F. Pashmforoush, A. Rahimi, Nano-finishing of BK7 optical glass using magnetic abrasive finishing process, Applied optics, 54(9) (2015) 2199-2207.
[18] F. Pashmforoush, A. Rahimi, Numerical-experimental study on the mechanisms of material removal during magnetic abrasive finishing of brittle materials using extended finite element method, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 230(9) (2016) 1498-1510.
[19] Y. Wang, S. Yin, H. Huang, Polishing characteristics and mechanism in magnetorheological planarization using a permanent magnetic yoke with translational movement, Precision Engineering, 43 (2016) 93-104.
[20] M. Vahdati, S.A. Rasouli, Measurement and simulation of the magnetic flux density exerted on the abrasive particles in Magnetic abrasive finishing (MAF), Measurement, 2 (2016) 3.
[21] S.A. Rasouli, M. Vahdati, Study of significant factors on magnetic abrasive finishing on freeform surface, Modares Mechanical Engineering, 16(4) (2016) 248-258.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 3
مرداد و شهریور 1397
صفحه 577-588

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار