• شماره ركورد
    30794
  • پديد آورنده

    غلامعلي نصر

  • عنوان
    ارزيابي تجربي و تحليلي خصوصيات سطحي و زيرسطحي در فرايند سنگ‌زني عدسي‌هاي غيركروي
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • سال تحصيل
    1396
  • تاريخ دفاع
    1403/02/01
  • استاد راهنما
    بهنام داودي
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    شيشه اپتيكي BK7 به دليل خواص مكانيكي و اپتيكي و فيوزد سيليكا با ضريب انبساط حرارتي پايين و خواص اپتيكي در محدوده UV به طور گسترده در صنعت هوانوردي و تجهيزات ليزري پرقدرت استفاده مي‌شوند. فرايند سنگ‌زني يكي از روش‌هاي ماشين‌كاري متداول اين مواد است. شكست، مكانيزم غالب در برداشت مواد شكننده است كه باعث ايجاد عيوب سطحي و زيرسطحي مي‌شود. امكان كاهش يا حتي حذف عيوب زيرسطحي در مرحله سنگ‌زني پرداخت با پيش‌بيني عمق تخريب زيرسطحي فراهم مي‌شود. اين رساله باهدف بررسي تأثير پارامترهاي متأثر بر عمق عيوب زيرسطحي و زبري سطح ناشي از فرايند سنگ‌زني المان‌هاي تختBK7 انجام شد. به طور خاص، تأثير جهت حركت چرخ سنگ تحت شرايط تماس متفاوت از جمله سنگ‌زني زاويه‌اي، عمودي و تخت با درنظرگرفتن: حداكثر ضخامت براده تغيير شكل نيافته، عمق تخريب زيرسطحي و زبري سطح با استفاده از معادلات نظري و يافته‌هاي تجربي بررسي شده است. نتايج نشان‌دهنده‌ي حداكثر انحراف 10% در عمق تخريب زيرسطحي و 61/15% در برآورد زبري سطح است. بر اساس ارزيابي‌هاي تجربي، روابط غيرخطي براي پارامترهاي مورد بررسي ارائه شده است. روابط و نتايج اندازه‌گيري شده اختلاف 27/4% براي عمق تخريب زيرسطحي و 10% براي زبري سطح و حداكثر ضخامت براده تغيير شكل نيافته داشته‌اند. به‌منظور شناسايي سهم سرعت پيشروي و نسبت سرعت چرخشي بر خطاهاي پروفايل و موجي بودن قطعه‌كار از ماشين سنگ‌زني دقيق با چهار درجه آزادي با چرخ سنگ كاسه‌اي براي سنگ‌زني غيركروي المان‌هاي كروي فيوزد سيليكا در شرايط نيمه پرداخت و پرداخت‌كاري همراه با يادگيري ماشين استفاده شد. مي‌توان از پيش‌بيني دقيق خطاهاي پروفايل قطعه‌كار براي تصحيح خطاهاي ساخت استفاده كرد. همچنين ارزيابي تأثير پارامترهاي ورودي بر خطاهاي موجي بودن سطح، رويكردي مناسب براي بهينه‌سازي فرايند توليد است. لازم به ذكر است كه بر اساس مطالعات انجام شده، پيش‌بيني خطاي پروفايل براي اولين‌بار انجام شده است. از چيدمان فاكتوريل كامل براي سه سطح سرعت پيشروي و نسبت سرعت چرخش جهت يافتن حساسيت مدل‌سازي و پيش‌بيني‌ها نسبت به اين متغيرها، استفاده شد. مدل سري فوريه مثلثاتي براي برازش خطاهاي فرم بر خطاهاي پروفايل، استفاده شد. ارزيابي‌ها نشان داد كه نسبت سرعت چرخش و تعامل بين سرعت پيشروي و نسبت سرعت چرخش به طور قابل‌توجهي بر خطاي فرم قطعه‌كار، تأثير گذاشته است. كاهش سرعت پيشروي در سنگ‌زني نيمه پرداخت، منجر به كاهش خطاهاي پروفايل و موجي بودن سطح المان‌هاي كروي شده است. حداقل خطاهاي موجي بودن و پروفايل بدون توجه به‌سرعت پيشروي در نسبت سرعت چرخش 25/50 به‌دست‌آمده است. براي مدل‌سازي خطاهاي پروفايل از چارچوب رگرسيون يادگيري گروهي با سه مجموعه از مجموعه‌داده‌هاي تجربي براي آموزش استفاده شد. مدل پروفايل با مجموعه‌داده‌هايي به‌غيراز داده‌هاي استفاده شده براي آموزش مرحله اعتبارسنجي شد. آزمايش‌ عملكرد نهايي مدل با استفاده از شش مجموعه‌داده جديد از خطاهاي پروفايل انجام شد. پيش‌بيني قابل‌توجهي براي خطاي پروفايل‌هاي باقي‌مانده حاصل شد. ضريب تعيين در تست‌هاي سنگ‌زني در شرايط پرداخت بين 740/0 تا 980/0 بوده است. علاوه بر ارزيابي خصوصيات سطحي المان‌هاي كروي، عمق تخريب زيرسطحي و زبري سطح المان‌ها در شرايط سنگ‌زني پرداخت مورد ارزيابي قرار گرفته است. مروري بر ادبيات موضوع نشان داده است كه بررسي عيوب زيرسطحي روي المان‌هاي كروي انجام نشده است؛ لذا روابط تحليلي محاسبه زبري سطح و عمق تخريب زيرسطحي متناسب با شرايط فرايند سنگ‌زني توسعه داده شد و مقايسه با نتايج تجربي انجام گرديد. تمامي نتايج تجربي در محدوده محاسبه‌شده‌ي زبري سطح و عمق تخريب زيرسطحي بر اساس زاويه رأس ذرات ساينده (46 تا 62 درجه) قرار داشتند. ماكزيمم خطاي تست‌هاي تجربي نسبت به زاويه رأس 62 درجه كمتر از 12% بوده است. باتوجه‌به تأثير اندك سرعت پيشروي، مي‌توان از تأثير سرعت پيشروي در محدوده تست شده، صرف‌نظر كرد. باتوجه‌به آنكه مقدار دبي برداشت ماده در سرعت پيشروي 1 ميلي‌متر بر دقيقه، بيشترين مقدار است؛ لذا اين مقدار به‌عنوان پارامتر مناسب در نظر گرفته شده است. بهترين زبري سطح و كمترين عمق تخريب زير سطحي در تست‌هاي سنگ‌زني شرايط پرداخت در نسبت سرعت چرخش 50/50 به‌دست‌آمده است. مقدار اختلاف ميان عمق تخريب زيرسطحي در نسبت سرعت چرخش 25/50 و 50/50 در مقايسه با اختلاف خطاي پروفايل و موجي بودن در شرايط مشابه، كمتر بوده است؛ بنابراين سرعت پيشروي 1 ميلي‌متر بر دقيقه و نسبت سرعت چرخش 25/50، مناسب‌ترين شرايط براي سنگ‌زني از ميان محدوده‌هاي سنگ‌زني شده در شرايط نيمه پرداخت و پرداخت بوده است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1403/02/12
  • عنوان به انگليسي
    Experimental and Analytical eva‎luation of the Surface and Sub-surface Characteristics in the Grinding Process of Aspheric Lenses
  • تاريخ بهره برداري
    4/20/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    غلامعلي نصر

  • چكيده به لاتين
    BK7 optical glasses are extensively used in the high-power laser equipment and aviation industry due to their excellent mechanical and optical properties. Fused silica, on the other hand, is widely used in lenses and other optical elements in UV regions thanks to its low thermal expansion coefficient and remarkable optical properties. However, due to these materials' brittle and hard nature, grinding is one of the most common machining methods. As a result of the dominant mechanism of fracture in removing brittle materials, surface and subsurface defects are often caused. It is possible to reduce or even eliminate defects beneath the surface during the grinding process by predicting the subsurface damage depth. This dissertation explores the impact of pertinent parameters on the depth of subsurface damage and surface roughness caused by grinding flat BK7 elements. In particular, the effect of the direction of movement of the grinding wheel under different contact conditions, including angular, vertical, and face grinding, considering the maximum undeformed chip thickness, the depth of subsurface damage, and the surface roughness has been investigated using theoretical equations and experimental results. According to the results, there is a maximum deviation of 10% in the subsurface damage depth and 15.61% in the estimation of surface roughness. Non-linear relationships for the studied parameters are presented based on experimental eva‎luations. The difference between the relationships and the measured results is 4.4% for the depth of subsurface damage and 10% for the surface roughness and the maximum undeformed chip thickness. A precision grinding machine with four degrees of freedom and a cup grinding wheel was utilized to investigate the effect of feed speed and rotational speed ratio on profile errors and the waviness of spherical fused silica elements during aspherical grinding. The study employed machine learning methods to analyze the grinding process under semi-finishing and finishing conditions. Accurately predicting workpiece profile errors can help correct manufacturing errors. eva‎luating the impact of input parameters on surface waviness errors is a suitable way to optimize the production process. Based on the literature review, it is worth noting that this is the first time that profile error prediction has been performed. A full factorial arrangement was used with three levels of feed speed and rotational speed ratio to determine the sensitivity of modeling and predictions to these variables. The form errors were fitted to profile errors using the trigonometric Fourier series model. The eva‎luations indicated that the rotational speed ratio and the interaction between the feed speed and the rotational speed ratio significantly influenced the workpiece form error. In semi-finishing grinding, reducing the feed speed has decreased profile errors and the surface waviness of spherical elements. Minimum waviness and profile errors were achieved regardless of the feed speed at the rotational speed ratio 50.25. An ensemble learning regression framework was utilized with three experimental datasets to train a model to predict the profile errors. This model was validated using data not part of the training phase. The model's accuracy was then tested using six new datasets of profile errors. The model was found to predict the error of residual profiles significantly, with R-squared values ranging from 0.740 to 0.980 in the grinding tests under finishing conditions. Apart from eva‎luating the surface characteristics of spherical elements, the subsurface damage depth and the surface roughness were also assessed under finishing grinding conditions. A literature review has revealed that the impact of subsurface damages on spherical elements has not yet been studied. Analytical relationships were developed to calculate surface roughness and subsurface damage depth based on grinding process conditions. These relationships were then compared to experimental results. The experiment results were consistent with the predicted values for surface roughness and depth of subsurface damage, which were based on the apex angle of the abrasive particles. The apex angle ranged from 46 to 62 degrees. The maximum deviation of the experimental results from the predicted value for the apex angle of 62 degrees was less than 12%. Based on the test results, the effect of feed speed in the tested range is negligible. A 1 mm/min feed speed is the most suitable parameter because it produces the highest material removal rate. The grinding tests for finishing conditions achieved the best surface roughness and the lowest subsurface damage depth at a rotational speed ratio of 50.50. The difference in subsurface damage depth was lower between the rotational speed ratio of 50.25 and 50.50 compared to the difference in profile error and waviness in similar conditions. Therefore, the most suitable conditions for grinding among the grinding ranges in semi-finishing and finishing conditions were a feed speed of 1 mm/min and a rotational speed ratio of 50.25.
  • كليدواژه هاي فارسي
    فيوزد سيليكا , BK7 , سنگ‌زني المان‌هاي تخت , سنگ‌زني المان‌هاي كروي , چرخ سنگ كاسه‌اي , عيوب سطحي و زيرسطحي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Bk7 , Fused Silica , Grinding Flat Elements , Grinding Spherical Elements , Cup Grinding Wheel , Surface and Sub-Surface Defects
  • Author
    Gholamali Nasr
  • SuperVisor
    Behnam Davoodi