مطالعه ي قابليت ماشينكاري سراميك نارسانايSi3N4 به روش فرآيند ماشينكاري تخليه الكتريكي با الكترود كمكي

Study of nonconductive Si3N4 ceramic machining ability by electrical discharge machining process by assisting electrode

براساس نتايج پژوهش هاي انجام گرفته بيش از 50% هزينه تمام شده قطعات سراميكي مربوط به هزينه‌ي ماشينكاري مي باشد، اين درحاليست كه در مورد نيتريد سيليسيم (Si3N4) كه يكي از مهمترين سراميك هاي مهندسي است، اين مقدار تا 80% گزارش شده است. اين سراميك تركيبي از خواص مطلوب مانند مقاومت به سايش، خوردگي و سختي بالا را دارا مي باشد. با توجه به فرسايش زياد ابزار در ماشينكاري سراميك ها، استفاده از روشهاي سنتي ماشينكاري مناسب نيستند. فرآيند ماشينكاري تخليه‌ي الكتريكي روشي است كه مي تواند تمامي مواد رسانا را بدون توجه به خواص مكانيكي و متالورژيكي ماشينكاري نمايد، اما ماشينكاري سراميك هاي نارسانا از جمله نيتريد سيليسيم بصورت معمول با اين روش امكان پذير نمي باشد. لذا در اين تحقيق جهت انجام ماشينكاري تخليه الكتريكي اين سراميك از روش الكترود كمكي استفاده شده است بدين صورت كه پس از ساخت نمونه هاي سراميكي، پوشش دولايه مس- كربن و تك لايه مس بر روي نمونه ها قرار داده شد و قطعات با موفقيت ماشينكاري شدند. جهت بررسي بيشتر از سطح حفره ماشينكاري شده توسط ميكروسكپ الكتروني تصويربرداري انجام گرفت و الگوي توزيع عناصر نيز تهيه گرديد. نتايج نشان دهنده افزايش نرخ براده برداري در حالت پوشش دولايه نسبت به پوشش تك لايه مي باشد. همچنين پس از اتمام ماشينكاري، از سطح قطعات سراميكي و ابزار مس، آناليز EDX انجام شد كه نشان دهنده وجود عناصر كربن و مس در سطح ماشينكاري شده مي باشد. علاوه براين، فرسايش نسبي ابزار مسي در حالت پوشش دولايه كمتر مي باشد.

Based on the review of the previous researches, more than 50% of the cost of ceramic parts is related to machining costs, about silicon nitride (Si3N4), which is one of the most important engineering ceramics, while up to 80% has been reported. This ceramic has a combination of desirable properties such as wear and corrosion resistance and high hardness. Due to the high tool wear in machining process, the use of traditional methods is not appropriate. The electrical discharging machining process is a method that can machined all conductive materials without regard to mechanical and metallurgical properties, but machining of nonconducting ceramics such as silicon nitride is not normally possible by electrical discharging machining process. Therefore, in this research, the assisted electrode method has been used to perform the electrical discharge machining of silicon nitride ceramics. After preparing ceramic samples, copper-carbon bilayer and single copper layer were coating on the Si3N4 and they were successfully machined. In order to further examine the machined surface, imaging was performed by SEM. The results show that an increase in material removal rate in two-layer coating compared to single-layer coating. Also, after finishing machining process, EDX analysis was performed from the surface of ceramic workpiece, which indicates the presence of carbon and copper elements in the machined surface. In addition, the copper tool wear ratio in two-layer coating is less than that of single-layer coating.