An investigation into stand-off distance & cutting speed on surface roughness using Abrasive Water Jet

Abdelrahman, Abouzaid.

doi:10.21608/idj.2020.81042

An investigation into stand-off distance & cutting speed on surface roughness using Abrasive Water Jet

International Design Journal

Article 27, Volume 10, Issue 2 - Serial Number 28, April 2020, Pages 297-304 PDF (1.47 M)

Document Type: Original Article

DOI: 10.21608/idj.2020.81042

Author

Abouzaid. Abdelrahman^*

Association professor at Department of Applied Arts, Faculty of Architecture and Design, Jazan University, Kingdom of Saudia Arabia.

Abstract

This paper aims to study the effect of both standoff distance (SOD) and cutting speed as a machining parameters between brass surface and Nozlle of Abrasive Water Jetting Cutting Technology (AWJCT), for optimizing cutting quality of metal product surfaces. High cutting quality for 0.8 mm thickness brass thin sheets using AWJCT by adjusting SOD and cutting speed are used in cutting with this technique. And study used an experimental approach to machine 57 pieces for 0.8 mm thickness brass thin sheets size 100 x 150 mm by AWJCT for the path includes types of straight lines, absute, acute, square angle, curved line and a curved line corresponds to an arc in a single path. SOD and different cutting speeds were used. The used values for SOD& cutting speed were recorded and the results evaluated. Cutting quality was monitored by measuring kerf width at different locations of cutting path and investigated. Experiments results were presented graphically, in order to get the optimum results that give high cutting quality. The effect of both SOD and cutting speed were discussed on the kerf width of samples. The major results are: SOD and cutting speed affected the kerf width at cutting path quality of samples. Using a higher SOD introduced maximum kerf width and low cutting quality, and to improve the cutting quality requires using lower SOD should be used. Increasing cutting speed decreases kerf width of cutting path and introduces high cutting quality, but decreasing cutting speed increased kerf width and introduced low cutting quality. Using of high cutting speeds with low SOD introduced higher cutting quality at samples surfaces. The higher speeds at the cutting path acute angels also resulted the widest kerf width at higher SOD used but, the kirf width in abtuse angle, sguare angle, curved line, a curved line corresponds to an arc and straight line is smaller. The study has shown a considerable effect of the cutting speed on kerf width and surface quality. It was found that the use of SOD of 1 mm with the speed of 150 mm/min are the optimum values to obtain the quality of suitable cut, low cost and time used.

Keywords

خشونة السطح; Surface roughness; سرعة القطع; Cutting Speed; المسافة الفاصلة; Stand-Off Distance; القذف النفاث بالماء والحبيبات; Abrasive Water Jet; جودة القطع; Cutting Quality

Full Text

مقدمة :Introduction

ازداد الطلب علی المنتجات الصغیرة والأجزاء الوظیفیة، فالعدید من المنتجات مصنوع من الخامات الهشة والصلدة واللدنة، ویُشغل بعملیات القذف ب

مقدمة :Introduction

ازداد الطلب علی المنتجات الصغیرة والأجزاء الوظیفیة، فالعدید من المنتجات مصنوع من الخامات الهشة والصلدة واللدنة، ویُشغل بعملیات القذف بالحبیبات: کالتجلیخ الدقیق، والصفع بالحبیبات الدقیقة، والتشطیب بمساعدة المجال المغناطیسی، کما تم مناقشة الاتجاهات المستقبلیة فی هذا المجال [Aurich, J.C. et al. 2019. p. 1]. کما تم تطویر العدید من الخامات الجدیدة سواء الناشئة أو المتطورة سریعاً فی العقد الماضی، شکل ذلک اهتماماً کبیراً لدی الباحثین لیدرسوا القیم المثلی لعوامل التشغیل أثناء تشغیل هذه الخامات من خلال (AMP) عملیات التصنیع المتقدمة [Shukla, R. et al. 2017. p. 335]. وتتمیز تقنیة الـ AWJM بممیزات عدیدة أهمها الرایش فی الحد الأدنی [Liu, H. et al. 2004. P. 488]. والـ AWJM تقنیة قطع غیر تقلیدیة فعالة تُستخدم فی قطع مدی کبیر من الخامات صعبة التشغیل، وللحصول علی جودة سطح فهناک حاجة ملحة إلى عملیات ما قبل التشغیل کضبط عوامل التشغیل للحصول على سطح جید اقتصادیاً، کالضغط النفاث بالماء والمسافة الفاصلة وسرعة القطع، أیضاً النظر فی خصائص کارتفاع معدل إزالة الخامة (MRR) ومتوسط قراءات خشونة السطح (Ra) والحد الأدنی لزاویة القطع (Ka) والتشطیب الجید للسطح یتأثر کل منها بشکل کبیر بسرعة القطع وضغط الماء النفاث [Kumar, R. S. et al. 2018. p. 11208].

وتعتبر خشونة السطح مقیاساً جیداً لتقییم جودة القطع فی الـ AWJM، وقد أظهرت نماذج أن خشونة السطح انخفضت مع زیادة سرعة الجسیمات وتناقص عرض القطع وزادت الصلادة المیکانیکیة للسطح [Schwartzentruber, J. et al. 2017. p. 1]. وقد أمکن قیاس الخشونة Ra و Rz(متوسط أقصى إنحرافات للسطح) باستخدام کلاً من النظام اللیزری والنظام المیکانیکی بالآداة (دراسة مقارنة) لعینات تجربة، ولوحظ أن النتائج التی تم الحصول علیها من خلال النظامین للقیم 0.610، 1.77 میکرومیتر متفقتان تماماً. لکن بالنسبة للقیمة 0.174 میکرومیتر، أظهر القیاس اختلافاً بین نتائج کلاً من القیاسات البصریة والقیاسات المیکانیکیة، وبالمقارنة والتحلیل للقیاسات التی أجریت بهاتین الطریقتین أوضحت أنه یمکن أن یعزی ذلک الفرق إلی نصف قطر آداة القلم فی القیاس المیکانیکی. [Chand, M. et al. 2011. p. 335].

أیضاً تم دراسة قطع الماغنسیوم وسبائکه AZ91 بالـ AWJ ، وتم التحقق من تأثیر عوامل التشغیل کضغط الماء، والسرعة، ومعدل تدفق الحبیبات علی عمق القطع وتشغیل السطح بقوة کبیرة وکانت عوامل التشغیل متنوعة فی ثلاث مستویات، وتم التعرف علی تأثیر کل عامل علی عمق وتشکیل سطح القطع، ووجد أن تأثیر ضغط الماء والسرعة علی عمق القطع أعلی مقارنة بمعدل تدفق الحبیبات الحاکة، وتم استخدام جهاز الـProjector لقیاس عمق القطع، وتم فحص کلاً من تشکیل سطح القطع والبنیة المجهریة باستخدام المسح بالمجهر الالکترونی SEM ولوحظ الدقة والانتظام لکلاً من الجزء العلوی والسفلی للقطع مقارنة بحالات التشویة فی الخامات اللدنة الأخرى مثل الألومنیوم أو الصلدة کالصلب، کما تم قیاس خشونة سطح القطع باستخدام جهاز اختبار تایلور هوبسون. ووجد أن خشونة السطح أعلی عند السرعة العالیة وأقل عند السرعة المنخفضة [Niranjan, C.A. et al. 2018. p. 366, Abouzaid, A. et al 2018. P. 1].

کما تم مراجعة استخدام کلاً من تقنیات القطع العادیة/ والتشغیل غیر التقلیدی فی قطع خامات السیرامیک الصناعی بشکل تفصیلی لمعرفة التقنیة الأفضل للتشغیل وللسطح الأمثل، أیضاً تم مناقشة بعض الدراسات المقارنة والتطورات المبتکرة الحدیثة الفعالة فی قطع السیرامیک. [Rakshit, R. et al. 2019. p. 90]

أیضاً تم دراسة خشونة السطح لمادة من مخلق کربونی وأخری من ألیاف البلاستیک المقوی وأظهرت النتائج أن القطع بالـ AWJ یعد الأفضل عن غیره فی هذه الحالة [D.K. Shanmugam et al. 2002. P. 289, 296].

کما تم فحص تأثیر سرعة القطع علی کل من جودة وخشونة السطح لعینات من الاستانلیس ستیل 316L سمک 10مم بالـ AWJ، وتم قیاس الخشونة فی أماکن مختلفة لجمیع أجزاء عمق القطع وتم مناقشتها، وتبین تأثیراً کبیراً لسرعة القطع علی خشونة وجودة السطح بوجود علامات بالقطع خاصة الأجزاء السفلیة من القطع [Piotr Löschner et al. 2016. P. 276].

کما أن الضغط الهیدرولیکی للقذف ونوع الحبیبات للمواد الحاکة من العقیق وأکسید الألومنیوم کلاهما عاملاً هاماً فی التأثیر علی خشونة السطح[M.A. Azmir et al. 2009. P. 6173] .

وفی دراسة تجریبیة لخشونة السطح فی الـ AWJ تم فحص تأثیر کلاً من سمک الخامة وسرعة القطع ومعدل تدفق الحبیبات علی خشونة السطح أثناء قطع الألومنیوم بالـ AWJ [Derzija, B. H. et al. 2015. P.394, 399]. وفی دراسة لتفکیک سبائک النحاس باستخدام القذف النفاث النبضی بالماء تم فحص کلاً من السطح والتشکیل والتباین لسبائک النحاس "النحاس الأصفر والبرونز" المشغلة وتبین أنها أثرت علی القیم المتوسطة للخشونة[Lehocka, D. et al. 2016. P. 375, 382] .

وفی دراسة بعنوان تصنیع الأعمدة الدقیقة بالتشغیل بالـ AWJC، للحصول علی ممیزات التصنیع ثلاثی الأبعاد العالیة الدقة قُدمت استراتیجیة مبتکرة لمسار القذف النفاث وتم استخدام الضغط وحجم الحبیبات کعوامل تشغیل علی ثلاث خامات عمل مختلفة هی سبائک الألومنیوم Al6061 والاستانلیس استیل SS304 وسبائک التیتانیوم Ti6Al4V، وتم قیاس خشونة السطح للأعمدة الدقیقة بواسطة جهاز قیاس خشونة السطح بتقنیة اللیف الضوئی ثلاثی الأبعاد وتمت المعالجة باستخدام برنامج الماسح الضوئی للصور(SPIP)، واستُخدم المجهر الرقمی والماسح الالکترونیSEM لفحص وتحلیل سلوک السطح المشغل مجهریاً، وتستخدم الأعمدة الدقیقة فی أغراض التبرید وکأداة تصنیع فی التشغیل الکهروکیمیائی والتفریغ الکهربی (EDM/ECM) [Pal, V.K. et al. 2014. p. 61].

کما تم إجراء اختبار تجریبی بعملیة الـ AWJعلی تشغیل خامة AA631-T6 باستخدام منهجیة Taguchi وتم الأخذ بعین الاعتبار لعوامل السرعة والمسافة الفاصلة ومعدل تدفق الحبیبات لدراسة تأثیر العوامل علی عرض أعلی قطع وعلی زاویة خلوص القطع، وتم استخدام سبع خوارزمیات تحسین متقدمة هی أسراب العناصر والذباب المضیء ومستعمرات النحل الاصطناعی ومحاکاة التلدین والثقب الأسود والجغرافیا الحیویة والخوارزمیة الجینیة، وتم مقارنة فعالیة هذه الخوارزمیات ووجد أن خوارزمیة الجغرافیا الحیویة تعمل بشکل أفضل مقارنة بباقی الخوارزمیات من واقع النتائج التجریبیة، وأوضحت التجارب أن کلاً من تقنیات التحسین وطریقة Taguchi هی الأدوات الفعالة فی تحسین عوامل تشغیل الـ AWJ. [Shukla, R. et al. 2017. p. 335]

کما تم دراسة التشغیل الدقیق لتفریز مغلف فی سبائک الألومنیوم وبوروسلیکات الزجاج باستخدام الـ AWJ ووجد أن القنوات المغلفة یمکن تشغیلها 2- 3 مرة أضیق مع خشونة أقل بنسبة 11% وأقل تموجاً بنسبة 44% من التی تم إنشاؤها دون تغلیف، وأن الزیادة فی سمک الغلاف أدی إلی زیادة فی عمق وعرض التفریز، وینقص من تموج وخشونة خط المنتصف. کما أن زیادة معدل تدفق الحبیبات أدی إلی زیادة عرض التفریز، لکنه أنقص العمق. وانخفضت معدلات تآکل خط المنتصف فی القنوات المغلفة بشکل أسرع مع العمق مقارنة بالحالات غیر المغلفة، وأوضحت الدراسة أن التشغیل الدقیق بالـ AWJ للتفریز المغلف ذو ممیزات ممکنة تقترب من عرض 150 میکرون، مما یدل علی جدوی تقنیة عمل مجری سیل دقیق وغیره من المکونات. [Haghbin, N. et al. 2018. p. 307]

وفی دراسة عن التنبؤ بتحسین السطح المشغل فی الـ AWJ للمعادن، استخدمت نماذج لتحسین السطح للتنبؤ بدقة المقطع الجانبی المستعرض الناتج عن التشغیل الدقیق بالـ AWJ للزجاج والبولیمرات الأولیة، وتم تعدیل النماذج بشکل مناسب، وأظهرت النتائج أن التحسین السطحی أثناء التشغیل الدقیق بالـ AJ للمعادن یمکن التنبؤ به باستخدام النماذج الحالیة [Ally, S. et al. 2012. p. 89].

کما تم قیاس الصلادة حتی عمق 3 میکرون لسطح مرکب معدنی هجینی مخلق A359/Al2O3/B4C باستخدام الـ AWJ والقطع بالسلک بالتفریغ الکهربی بنفس سرعة الدوران باختبار فیکرز بحمل 100جم/10 ث، واشتملت الدراسة علی قیاسات تشکیل السطح وتکوینه لمقارنة جودة السطح، کما تم قیاس خشونة السطحRa ، و Rq، و Rz (متوسط الجذر التربیعی لإنحرافات خشونة السطح) بجهاز قیاس الخشونة ضوئیاً، وتم استخدام مجهر لیزری متحد البؤر لتوصیف تفاصیل التشکیل، وتم استخدام التحلیل بالمجهر الالکترونی بمسح المجال بالانبعاثات FE-SEM لمناقشة الملاحظات المورفولوجیة ولاستکشاف جودة وعیوب الأسطح المشغلة، وتم فحص اجهادات تحت السطح من ناحیة العمق لکلا التقنیتین بجهاز حیود الأشعة السینیة X-RayDiffraction، وأظهرت النتائج قیمة أقل للصلادة 165 HV بالمقارنة بالعینة المأخوذة 200 HV وتم ملاحظتها فی الطبقة المعادة بالدوران بالسلک بالتفریغ الکهربی علی اجهاد الشد المتبقی 340 MPa میجا باسکال، أثناء الدوران للقذف النفاث بالماء والحبیبات ولوحظ تغیر فی الصلابة 204 HV جنبا إلی جنب مع الإجهاد المتبقی للضغط -285 MPa [Srivastava, A. et al. 2019. p. 628].

مشکلة البحث Statement of the problem:

- عدم توفر دراسة تبحث تأثیر کلاً من سرعة القطع والمسافة الفاصلة علی خشونة السطح لضبط جودة قطع السطح فی المنتجات المعدنیة المصنعة من النحاس الأصفر سمک 0.8 مم باستخدام الـ AWJM.

هدف البحث Objective:

- دراسة تأثیر کلاً من سرعة القطع والمسافة الفاصلة علی خشونة السطح فی المنتجات المعدنیة المصنعة من النحاس الأصفر سمک 0.8 مم باستخدام الـ AWJM.

- تحدید القیم المثلی لسرعة القطع والمسافة الفاصلة للحصول علی أسطح قطع خالیة من الرایش وضبط جودة القطع.

أهمیة البحث Significance:

- الاحتیاج الی بیان تأثیر کلاً من سرعة القطع والمسافة الفاصلة علی خشونة السطح فی المنتجات المعدنیة المصنعة من النحاس الأصفر سمک 0.8 مم باستخدام الـ AWJM.

- دعم الدارسین بتوفیر مادة علمیة فی القطع بالـ AWJM.

- تزوید الأقسام العلمیة ذات الصلة بالمادة العلمیة فی مجال الـ AWJM.

- نقل الخبرة العلمیة الی قطاع الصناعة فی الحد من خشونة سطح المنتجات فی الـ AWJC.

- الاحتیاج إلی تحسین جودة القطع السطح فی المنتجات المعدنیة.

فروض البحث Hypothesis:

- إستخدام قیم محددة لسرعة القطع والمسافة الفاصلة فی الـ AWJ لتشغیل أسطح المنتجات المعدنیة المصنوعة من النحاس الأصفر سمک 0.8 مم ینتج أسطح دون رایش ویحد من خشونة السطح ویحقق جودة قطع مثلی.

منهج البحث Methodology:

- یستخدم البحث المنهج التجریبی فی دراسة تأثیر کلاً من سرعة القطع والمسافة الفاصلة علی خشونة السطح للمنتجات المعدنیة من النحاس الأصفر سمک 0,8مم المشغلة بالـ AWJ.

الدراسة التجریبیة:-

تم إستخدام ماکینة التشغیل بالـ Abrasive waterJet [https://www.onejetwaterjet.cn] فی قطع عینات من النحاس الأصفر سمک 0.8 mm. ویوضح جدول رقم (1) القیم المُستخدمة لکلاً من المسافة الفاصلة بالـ mm وسرعة القطع المستخدمة بالـ mm/min فی إجراء القطع لعینات التجارب. وکان ضغط قذف الماء المستخدم ثابت 1400 psi وحجم الحبیبات الحاکة للقذف 80 mesh لجمیع العینات.

رقم التجربة/ العینة	S.O.D المسافة الفاصلة (mm)	سرعة القطع (mm/min)
0- 4	0	50- 5 - 10 – 15- 20
5- 12	1	5- 10- 15- 20- 150- 120- 90- 60
13-16	2	150- 120- 90- 60
17&19- 22	15	150 & 150- 120- 90- 60
18	10	150
23- 29	5	120- 90- 60- 30- 20- 10- 5
30- 34	4	135- 100- 70- 35- 5
35- 39	3.5	135- 100- 70- 35- 5
40- 44	3	135- 100- 70- 35- 5
45- 49	2.5	135- 100- 70- 35- 5
50- 54	1.5	135- 100- 70- 35- 5
55- 57	1	150

جدول رقم (1) یوضح قیم المسافة الفاصلة بالـ mm وسرعة القطع بالـ mm/min المستخدمة فی إجراء القطع لعینات التجارب.

وعن التکوین الکیمیائی تترکب خامة العینات التی اُستخدمت فی القطع من 62.26% (Cu)، و 37.7% (Zn)، و 0.02% (Fe). ویوضح شکل رقم (1) الأربع نقاط التی تم عندها فحص أخذ قراءة قیاسات خشونة السطح علی جزء من مسار القطع کممثل للخط المستقیم لعینات التجارب.

شکل رقم (1) یوضح الأربع نقاط التی تم عندها فحص وقراءة قیاسات خشونة السطح علی جزء من مسار القطع کممثل للخط المستقیم لعینات التجارب.

ویقیس جهاز فحص الخشونة المستخدم ارتفاع الرایش فی خط مستقیم وفی خطوات ویوضح ذلک الأشکال أرقام (2-a), (2-b), (2-c), (2-d), (2-e), (2-f) صور لخطوات استخدام جهاز قیاس خشونة السطح.

شکل رقم (2-a) یوضح تثبیت العینة.

شکل رقم (2-b) یوضح بدایة إجراء القیاس.

شکل رقم (2-c) الآداة أثناء أخذها القراءة.

شکل رقم (2-d) یوضح متابعة الجهاز.

شکل رقم (2-e) یوضح الانتهاء من القیاس.

شکل رقم (2-f) یوضح القراءة بعد الفحص.

کما یوضح الملحق رقم (أ) الموجود فی نهایة الدراسة قیم قراءة قیاسات خشونة السطح للأربع نقاط على مسار القطع للخط المستقیم المستخدم فی تشغیل العینات وذلک من خلال قیم التشغیل المستخدمة فی تجارب الـ AWJM. بعد الانتهاء من تشغیل العینات بالقطع تم إجراء القیاس وتم أخذ قراءة قیاسات خشونة سطح القطع عند النقاط الموضحة علی مسار القطع لکل عینة. تم تسجیل القراءات لعدد الـ 4 نقاط وذلک عن طریق الجهاز المبین أعلاه فی الأشکل أرقام من (2-a) إلی (2-f). وتم إدراج قیم عوامل التشغیل وقراءات الخشونة فی الجدول بالملحق رقم (أ)، وتم تمثیل نتائج قراءة قیاسات خشونة السطح علی المجور الرأسی وسرعات القطع المستخدمة علی المحور الأفقی وذلک عند مسافات فاصلة مختلفة ویوضح ذلک الأشکال البیانیة أرقام من (5- 14).

8- مناقشة النتائج:-

8-1- سرعة القطع وخشونة السطح وجودة القطع:-

فی العینة رقم 9 کانت أعلی قراءة لخشونة السطح 10.78 mµ عند أعلی سرعة قطع 150 مم/د ومسافة فاصلة 1 مم، وفی العینة رقم 11 کانت أعلی قراءة للخشونة 11.21 mµ عند سرعة قطع 90 مم/د وعند نفس المسافة الفاصلة 1 مم شکل بیانی رقم (6) ص 10 ونلاحظ زیادة خشونة السطح بزیادة السرعة مع قلة وثبات المسافة الفاصلة للعینتین.

أیضاً بمقارنة نتائج قراءة قیاسات الخشونة للعینات أرقام 9، و11 بنتائج قراءة قیاسات الخشونة للعینة رقم 6 فی نفس الشکل البیانی رقم (6) ص 10 نجد أن أقل قراءة للخشونة للعینة رقم 6 کانت 4.66mµ وهی قراءة منخفضة للخشونة عند سرعة قطع أقل 10مم/د واستخدام نفس المسافة الفاصلة 1مم راجع ملحق رقم (أ) ص 14 وعزى ذلک إلی خفض سرعة القطع. أیضاً العینة رقم 23 کانت أعلی قراءة للخشونة 10.97mµ عند سرعة قطع 120مم/د ومسافة فاصلة 5 مم، وبمقارنتها بالعینة رقم 26 وجد أن قراءة الخشونة 3.46mµ وهی أقل بسبب سرعة قطع المنخفضة 30مم/د وعند ثبات المسافة الفاصلة 5 مم شکل بیانی رقم (13) ص 11.

نستنتج مما سبق أن العلاقة بین سرعة القطع وخشونة السطح طردیة. فکلما زادت سرعة القطع زادت خشونة السطح وقلت جودة سطح القطع، وکلما قلت سرعة القطع قلت خشونة السطح وزادت جودة القطع [Abouzaid, A. et al. 2018. p. 13]. وتم التأکد من أن سرعة القطع المرتفعة تنتج خشونة أعلى للسطح وذلک بتکرار التجربة علی العینات أرقام 55، و 56، و57 باستخدام نفس قیم عوامل التشغیل وکانت أعلی قراءات للخشونة9.27 ، و 13.36، و8.15 mµ علی التوالی.

أما العینة رقم 17 شکل بیانی رقم (14) ص 11 نجد أن أعلی قراءة للخشونة 9.28mµ عند أعلی سرعة قطع 150مم/د وأعلی مسافة فاصلة 15 مم، وعزى ذلک أیضاً إلی کبر قیم کلا من سرعة القطع والمسافة الفاصلة. ویوضح الشکل رقم ( (3صور لخلفیة مسار القطع للخط المستقیم للعینات المشار إلیها أرقام 9، 11، 41، 51، 23، 26، 55، 56، 57، و 17.





الشکل رقم ( (3یوضح صور لخلفیة مسار القطع للخط المستقیم فی العینات أرقام 9، و11، 41، 51، 23، 26، 17 والأمام لـ 55، 56، 57.

8-2- المسافة الفاصلة وخشونة السطح وجودة القطع:-

بمراجعة قراءة قیاسات الخشونة للعینات أرقام 41، و 51کانت أعلی قراءات للخشونة فی العینتین 13.5، و 11.18 mµ عند السرعة 100 مم/د والمسافة الفاصلة 3، و 1.5 مم الشکل البیانی رقم (10) ص 10، والشکل البیانی رقم ((7 ص 10 علی التوالی ونجد زیادة الخشونة بزیادة المسافة الفاصلة وثبات سرعة القطع فی العینتین.

أیضاً فی العینة رقم 27 کانت قراءة الخشونة 12.34 mµ عند سرعة قطع 20مم/د عند نفس المسافة الفاصلة 5 مم فعلی الرغم من سرعة القطع الأقل کانت الخشونة أعلی وذلک بسبب کبر المسافة الفاصلة شکل رقم (13) ص 11. کذلک الحال فی العینة رقم 33 کانت أعلی قراءة للخشونة 12.8 mµ عند سرعة قطع 35 مم/د بسبب کبر المسافة الفاصلة 4 مم شکل رقم (12) ص 11، راجع قراءة قیاسات الخشونة للعینات أرقام 49، و48 ظهر أیضاُ تأثیر کبر المسافة الفاصلة 2.5 مم علی خشونة السطح فبالرغم من استخدام سرعات قطع منخفضة 5، 35 مم/د فی العینتین علی الترتیب إلا أن قراءة الخشونة کانت أعلی 10.28، و11.1 mµ الشکل البیانی رقم (10) ص 10، وکذلک الحال بالنسبة للعینات أرقام 42، و29 فإن کبر المسافة الفاصلة 3، 5 مم بالإضافة إلی السرعات 70، 5 مم/د شَکَلَ عاملاً معاً مؤثراً فی انتاج خشونة سطح عالیة وکانت أعلی قراءة 12.27، و 11.25علی التوالی بسبب کبر المسافة الفاصلة کما هو موضح فی الأشکال البیانیة أرقام (10) و(13) ص 10، و ص 11.

أیضاً بمقارنة نتائج قیاسات خشونة السطح للعینة رقم 29 کانت أعلی قراءة للخشونة هی 11.25mµ عند سرعة قطع 5 مم/د ومسافة فاصلة 5 مم بالعینة رقم 1 کانت أقل قراءة للخشونة 4.67mµ عند نفس سرعة القطع 5 مم/د وعند مسافة فاصلة Zero مم نجد انخفاض فی الخشونة مع المسافة الأقل، وزادت الخشونة فی العینة رقم 0 فکانت 7.24 mµ علی الرغم من استخدام نفس المسافة الفاصلة بالمقارنة بالعینة رقم 1 ولکن زیادة سرعة القطع إلی 50 مم/د شکل رقم (5) ص 10 أنتج وأدی إلی خشونة أعلى.

وللمحافظة على خشونة سطح أقل یجب أن تکون المسافة الفاصلة أقل وقد ظهر ذلک واضحاً فی الشکل البیانی رقم (5)، و (6) ص 10 للعینات أرقام 1، و6 وعلیه فان المسافة الفاصلة تتناسب طردیاً مع خشونة السطح فکلما زادت المسافة زادت الخشونة وقلت جودة سطح القطع، والعکس کلما قلت المسافة الفاصلة قلت الخشونة وزادت جودة سطح القطع. وکانت قراءات الخشونة عالیة 13.13، و18.07 mµ فی العینة رقم 53 مع سرعة القطع 35 مم/د والمسافة الفاصلة 1.5مم شکل رقم (7) ص 10.

أما العینات أرقام من 18 إلی 22 عند سرعات قطع 150، 60، 90، 120، 150 ومسافة فاصلة 15 فلا یوجد سطح لقیاس الخشونة وذلک بسبب کبر المسافة الفاصلة بشکل مبالغ فیه کما کان القطع غیر مکتمل فی بعض الأجزاء ویوضح الشکل رقم ( (4صور لخلفیة مسار القطع للخط المستقیم للعینات المشار إلیها أرقام 41، 51، 27، 33، 49، 48، 42، 29، 1، 0، 53، و19- 22، ومن الأمام للعینة رقم 18.

وقد تم تمثیل نتائج قراءة قیاسات خشونة السطح بیانیاً لجمیع العینات (راجع الأشکال البیانیة من أرقام 5- 14).









الشکل رقم ( (4یوضح صور لخلفیة مسار القطع للخط المستقیم للعینات المشار إلیها أرقام 41، 51، 27، 33، 49، 48، 42، 29، 1، 0، 53، و19- 22، وللعینة رقم 18 من الأمام.

8-3- التمثیل البیانی لنتائج قراءة قیاسات خشونة السطح للعینات:-

توضح الأشکال أرقام من (5- 14) التمثیل البیانی لنتائج قراءة قیاسات خشونة السطح لجمیع العینات:-

شکل رقم (5) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة Zero مم وسرعات قطع 5،10،15،20، و50 للعینات أرقام 4،3،2،1، و0.

شکل رقم (6) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 1 مم وسرعات قطع 5،10،15،20،60،90،120، و150 للعینات أرقام 5،6،7،8،12،11،10، و9.


شکل رقم (7) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 1.5 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 54،53،52،51، و50.			شکل رقم (8) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 2 مم وسرعات قطع 60،90،120، و150 للعینات أرقام 16،15،14، و13.

شکل رقم (9) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 2.5 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 49،48،47،46، و45.		شکل رقم (10) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 3 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 44،43،42،41، و40.

شکل رقم (11) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 3.5 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 39،38،37،36، و35.	شکل رقم (12) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 4مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 34،33،32،31 و30.

شکل رقم (13) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 5 مم وسرعات قطع 5،10،20،30،60،90، و120 للعینات أرقام 29،28،27،26،25،24، و23.		شکل رقم (14) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 15 مم وسرعة قطع 150 للعینة رقم 17.

9- الخاتمة:-

- أظهرت الدراسة تأثیراً لکلًا من سرعة القطع والمسافة الفاصلة کعوامل تشغیل للقطع بالـ AWJ علی خشونة السطح.

- انعکس تأثیر سرعة القطع والمسافة الفاصلة علی جودة سطح العینات المشغلة من النحاس الأصفر سمک 0.8مم المستخدم فی المنتجات المعدنیة.

- تم تحدید القیم المثلی التی تتیح خشونة سطح فی الحد الأدنی وجودة قطع مثالیة من خلال استخدام قیم متغیرة لکل من سرعة القطع والمسافة الفاصلة.

- العلاقة الطردیة بین کلاً من سرعة القطع وخشونة السطح، فکلما زادت سرعة القطع زادت خشونة السطح وانخفضت جودة سطح القطع والعکس کلما قلت سرعة القطع قلت خشونة السطح وارتفعت جودة القطع.

- استخدام قیمة أقل لسرعة القطع مع قیمة أکبر للمسافة الفاصلة أنتج خشونة سطح أعلی.

- العلاقة الطردیة بین کلاً من المسافة الفاصلة وخشونة السطح ، فکلما زادت المسافة الفاصلة زادت خشونة السطح وانخفضت جودة القطع والعکس کلما قلت المسافة الفاصلة قلت خشونة السطح وارتفعت جودة القطع.

- استخدام مسافة فاصلة Zero مم مع سرعة قطع 5 مم/د تعد من القیم الأفضل للحصول علی سطح دون رایش وخشونة فی الحد الأدنی 4.67mµ وجودة قطع مثلی مع الأخذ فی الاعتبار بأن خفض سرعة القطع سیزید من عرض القطع.

- حددت الدراسة مجموعة القیم التی یمکن بواستطها ضبط کلاً من خشونة السطح وجودة القطع لأسطح المنتجات المعدنیة من النحاس الأصفر سمک 0.8 مم.

الحبیبات: کالتجلیخ الدقیق، والصفع بالحبیبات الدقیقة، والتشطیب بمساعدة المجال المغناطیسی، کما تم مناقشة الاتجاهات المستقبلیة فی هذا المجال [Aurich, J.C. et al. 2019. p. 1]. کما تم تطویر العدید من الخامات الجدیدة سواء الناشئة أو المتطورة سریعاً فی العقد الماضی، شکل ذلک اهتماماً کبیراً لدی الباحثین لیدرسوا القیم المثلی لعوامل التشغیل أثناء تشغیل هذه الخامات من خلال (AMP) عملیات التصنیع المتقدمة [Shukla, R. et al. 2017. p. 335]. وتتمیز تقنیة الـ AWJM بممیزات عدیدة أهمها الرایش فی الحد الأدنی [Liu, H. et al. 2004. P. 488]. والـ AWJM تقنیة قطع غیر تقلیدیة فعالة تُستخدم فی قطع مدی کبیر من الخامات صعبة التشغیل، وللحصول علی جودة سطح فهناک حاجة ملحة إلى عملیات ما قبل التشغیل کضبط عوامل التشغیل للحصول على سطح جید اقتصادیاً، کالضغط النفاث بالماء والمسافة الفاصلة وسرعة القطع، أیضاً النظر فی خصائص کارتفاع معدل إزالة الخامة (MRR) ومتوسط قراءات خشونة السطح (Ra) والحد الأدنی لزاویة القطع (Ka) والتشطیب الجید للسطح یتأثر کل منها بشکل کبیر بسرعة القطع وضغط الماء النفاث [Kumar, R. S. et al. 2018. p. 11208].

مشکلة البحث Statement of the problem:

هدف البحث Objective:

- تحدید القیم المثلی لسرعة القطع والمسافة الفاصلة للحصول علی أسطح قطع خالیة من الرایش وضبط جودة القطع.

أهمیة البحث Significance:

- دعم الدارسین بتوفیر مادة علمیة فی القطع بالـ AWJM.

- تزوید الأقسام العلمیة ذات الصلة بالمادة العلمیة فی مجال الـ AWJM.

- نقل الخبرة العلمیة الی قطاع الصناعة فی الحد من خشونة سطح المنتجات فی الـ AWJC.

- الاحتیاج إلی تحسین جودة القطع السطح فی المنتجات المعدنیة.

فروض البحث Hypothesis:

منهج البحث Methodology:

الدراسة التجریبیة:-

رقم التجربة/ العینة	S.O.D المسافة الفاصلة (mm)	سرعة القطع (mm/min)
0- 4	0	50- 5 - 10 – 15- 20
5- 12	1	5- 10- 15- 20- 150- 120- 90- 60
13-16	2	150- 120- 90- 60
17&19- 22	15	150 & 150- 120- 90- 60
18	10	150
23- 29	5	120- 90- 60- 30- 20- 10- 5
30- 34	4	135- 100- 70- 35- 5
35- 39	3.5	135- 100- 70- 35- 5
40- 44	3	135- 100- 70- 35- 5
45- 49	2.5	135- 100- 70- 35- 5
50- 54	1.5	135- 100- 70- 35- 5
55- 57	1	150

جدول رقم (1) یوضح قیم المسافة الفاصلة بالـ mm وسرعة القطع بالـ mm/min المستخدمة فی إجراء القطع لعینات التجارب.

شکل رقم (2-a) یوضح تثبیت العینة.

شکل رقم (2-b) یوضح بدایة إجراء القیاس.

شکل رقم (2-c) الآداة أثناء أخذها القراءة.

شکل رقم (2-d) یوضح متابعة الجهاز.

شکل رقم (2-e) یوضح الانتهاء من القیاس.

شکل رقم (2-f) یوضح القراءة بعد الفحص.

8- مناقشة النتائج:-

8-1- سرعة القطع وخشونة السطح وجودة القطع:-





الشکل رقم ( (3یوضح صور لخلفیة مسار القطع للخط المستقیم فی العینات أرقام 9، و11، 41، 51، 23، 26، 17 والأمام لـ 55، 56، 57.

8-2- المسافة الفاصلة وخشونة السطح وجودة القطع:-

وقد تم تمثیل نتائج قراءة قیاسات خشونة السطح بیانیاً لجمیع العینات (راجع الأشکال البیانیة من أرقام 5- 14).









الشکل رقم ( (4یوضح صور لخلفیة مسار القطع للخط المستقیم للعینات المشار إلیها أرقام 41، 51، 27، 33، 49، 48، 42، 29، 1، 0، 53، و19- 22، وللعینة رقم 18 من الأمام.

8-3- التمثیل البیانی لنتائج قراءة قیاسات خشونة السطح للعینات:-

توضح الأشکال أرقام من (5- 14) التمثیل البیانی لنتائج قراءة قیاسات خشونة السطح لجمیع العینات:-


شکل رقم (7) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 1.5 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 54،53،52،51، و50.			شکل رقم (8) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 2 مم وسرعات قطع 60،90،120، و150 للعینات أرقام 16،15،14، و13.

شکل رقم (9) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 2.5 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 49،48،47،46، و45.		شکل رقم (10) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 3 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 44،43،42،41، و40.

شکل رقم (11) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 3.5 مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 39،38،37،36، و35.	شکل رقم (12) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 4مم وسرعات قطع 5،35،70،100، و135 للعینات أرقام 34،33،32،31 و30.

شکل رقم (13) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 5 مم وسرعات قطع 5،10،20،30،60،90، و120 للعینات أرقام 29،28،27،26،25،24، و23.		شکل رقم (14) یوضح التمثیل البیانی لقیاسات خشونة السطح عند نقاط مختلفة لمسار القطع للخط المستقیم عند مسافة فاصلة 15 مم وسرعة قطع 150 للعینة رقم 17.

9- الخاتمة:-

- أظهرت الدراسة تأثیراً لکلًا من سرعة القطع والمسافة الفاصلة کعوامل تشغیل للقطع بالـ AWJ علی خشونة السطح.

- استخدام قیمة أقل لسرعة القطع مع قیمة أکبر للمسافة الفاصلة أنتج خشونة سطح أعلی.

References

[1] Abouzaid, A., Newishy, M., & AlQotari, I. (2018). The effect of machining parameters on 0.8 mm thickness brass thin sheets using plasma arc technique for optimizing cutting quality of metal products. The 5^th international conference of Applied Arts [CD ROM]: International Design Journal.

[2] Ally, S., Spelt, J.K. & Papini, M. (2012). Prediction of machined surface evolution in the abrasive jet micro-machining of metals. Wear, Vol. (292-293) 89- 99. Received 2 April 2012, received in revised form 30 May 2012, accepted 31 May 2012, available online 9 June 2012, from since direct database.

[3] Aurich, J.C., Kirsch, B., Setti, D., Axinte, D., Beaucamp, A., ButlerSmith, P. & Yamaguchi, H. (2019). Abrasive processes for micro parts and structures. CIRP Annals- Manufacturing Technology, Vol. (2025) 1- 24, since direct database.

[4] Azmir, M.A., & Ahsan, A.K. (2009). A study of abrasive water jet machining process on glass/epoxy composite laminate. Journal of Materials Processing Technology, Vol. (209) 6168– 6173, from ScienceDirect database.

[5] Chand, M., Mehta, A., Sharma, R., Ojha, V N., & Chaudhary, K P. (2011). Roughness measurement using optical profiler with self-reference laser and stylus instrument — A comparative study. Indian Journal of Pure & Applied Physics, Vol. (49) 335- 339. Received 30 August 2010, revised 1 March 2011, accepted 31 March 2011, on line May 2011, from Research Gate database.

[6] Derzija, B. H., Cekic, A., Mehmedovic, M., & Djelmic, A. (2015). Experimental Study on Surface Roughness in Abrasive Water Jet Cutting. Procedia Engineering, Vol. (100) 394– 399, from ScienceDirect database.

[7] Haghbin, N., Ahmadzadeh, F. & Papain, M. (2018). Masked micro-channel machining in aluminum alloy and borosilicate glass using abrasive water jet micro-machining. Journal of Manufacturing Processes, Vol. (35) 307- 316, from Elsevier database.

[8] Kumar, R. S., Gajendran, S. & Kesavan, R. (2018). Estimation of Optimal Process Parameters for Abrasive Water Jet Machining Of Marble Using Multi Response Techniques. Materials Today: Proceedings, Vol. (5) 11208- 11218, from ScienceDirect database.

[9] Lehocka, D., Klich, J., Foldyna, J., Hloch, S., Krolczyk, J.B., Carach, J., & Krolczyk, G.M. (2016). Copper alloys disintegration using pulsating water jet. Measurement, Vol. (82) 375–383. Received 27 October 2015, received in revised form 21 December 2015, accepted 6 January 2016, available online 9 January 2016, from ScienceDirect database.

[10] Liu, H., Wang, J., Kelson, N., & Brown, R. J. (2004). A study of abrasive waterjet characteristics by CFD simulation. Journal of materials processing technology, Vol. (153–154) 488– 493, from Elsevier database.

[11] Löschner, Piotr., Jarosz, Krzysztof. & Niesłony, Piotr. (2016). Investigation of the effect of cutting speed on surface quality in abrasive water jet cutting of 316L stainless steel. Procedia Engineering, Vol. (149) 276– 282, from ScienceDirect database.

[12] Niranjan, C.A., Srinivas, S. & Ramachandra, M. (2018). Effect of process parameters on depth of penetration and topography of AZ91 magnesium alloy in abrasive water jet cutting. Journal of Magnesium and Alloys, Vol. (6) 366- 374. Received 9 April 2018, received in revised form 16 July 2018, accepted 20 July 2018, from Since Direct database.

[13] Pal, V.K. & Choudhury, S.K. (2014). Fabrication and analysis of micro-pillars by abrasive water Jet machining. Procedia Materials Science, Proceeding of the 3rd International Conference on Materials Processing and Characterisation [CD ROM]. India: Science Direct.

[14] Rakshit, R. & Kumar Das, A. (2019). A review on cutting of industrial ceramic materials. Precision Engineering, Vol. (59) 90- 109, from Since Direct database.

[15] Schwartzentruber, J., Spelt, J.K. & Papini, M. (2017). Prediction of surface roughness in abrasive waterjet trimming of fiber reinforced polymer composites. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. (122) 1– 17, from Since Direct database.

[16] Shanmugam, D.K., Chen, F.L., Siores, E., & Brandt, M. (2002). Comparative study of jetting machining technologies over laser machining technology for cutting composite materials. Composite Structures, Vol. (57) 289– 296, from Elsevier database.

[17] Shukla, R. & Singh, D. (2017). Experimentation investigation of abrasive water jet machining parameters using Taguchi and Evolutionary optimization techniques. Swarm and Evolutionary Computation, Vol. (32) 167- 183. Received 20 January 2016, received in revised form 7 June 2016, accepted 20 July 2016, available online 26 July 2016, from Since Direct database.

[18] Srivastava, A. K., Nag, A., Dixit, A. R., Scucka, J., Hloch, S., Klichová, D., Hlavácˇek, P. & Tiwari, S. (2019). Hardness measurement of surfaces on hybrid metal matrix composite created by turning using an abrasive water jet and WED. Measurement, Vol, (131) 628– 639. Received 16 September 2017, received in revised form 18 April 2018, accepted 9 September 2018, available online 11 September 2018, Since Direct database.

[19]https://www.onejetwaterjet.cn/PRODUCTS.html?gclid=EAIaIQobChMIufzuuIeN4wIVCgHTCh1roQinEAAYASAAEgLfBPD_BwE

Statistics

Article View: 437

PDF Download: 370