تحقیق درباره کوره افتابی

کوره آفتابی وسیله‌ای است برای تولید گرما بوسیله تجمع و تمرکز نورخورشید در یک نقطه خاص و استفاده از حرارت آن نقطه برای تولید آب گرم و بخار آبگرم. کوره آفتابی به شکل بشقاب کاو (مقعر) وآینه‌ایو صیقلی (که نورهای تابیده شده بهطرف خود را بازتاب می‌کند) است. نورهای تابیده شده از بی نهایت دور موازی هستند،بنابراین همه آنها بعد از بازتابش نقطه خاصی به نام کانون می‌گذرند. برای ورود بهبحث با چند اصطلاح آشنا می‌شویم.

1.      مرکز آینه (C): نقطه‌ای استکه فاصله تمام نقاط سطح از آن نقطه ثابت است.

2.      کانون (F): نصف فاصله سطح تامرکز را کانون می‌نامند و فاصله و سطح بشقاب (رأس آینه) تا کانون فاصله کانونی (f) نامیده می‌شود.

3.      محور اصلی: خطی فرضی که وسط (رأس)بشقاب را به مرکز وصل کرده و کانون روی آن نیز کانون اصلی نامیده می‌شود.

پرتو نورهای تابیده شده نسبت به محور اصلی در بازتاب تقارن آینه‌ای دارند. پرتونورهایی که موازی محور اصلی بتابد حتما بازتاب آنها از کانون می‌گذرد (کانون اصلی) ، پس در آن نقطه حرارت و گرما بسیار بالاتر از اطراف است. پس اگر منبع آب در آننقطه قرار داده شود آب در اثر انرژی دریافتی از خورشید بسیار گرم خواهد شد و ایناساس یک کوره آفتابی است.

نمونه کوچک و قدیمی کوره آفتابیذره‌بیناست که از شیشه محدب یا حتی یختراشیده شفاف ساخته می‌شد. امروزه از اجسام آینه‌ای با توجه به ویژگی ساختمانی گفتهشده برای تولید آب گرم منازل در ابعاد محدود در پشت بامها و در ابعاد بزرگترساختمان بلند که نمای بیرونی آن به شکل کاو طراحی شده و در نمای جلویی آن ازشیشه‌های رفلکس و آینه‌ای برای بازتاب نور استفاده می‌شود، بطوری که بازتابها در یکنقطه در مقابل یعنی کانون جمع می‌شوند.

در کانون یک منبع آب قرار می‌دهند وبا لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل می‌کنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژیگرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لوله‌ها بهتوربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی می‌گردد.
با توجه به پیشرفت صنعتی ، نیاز روز افزون به انرژی ، گرانی ،محدودیت منابع ، ناوگان حمل و نقل ،آلودگیهایزیست محیطی برخی منابع انرژی مثلسوختهای فسیلی، پسماندها و ... . استفادهاز انرژی خورشید به عنوان منبع سالم و تجدید پذیر انرژی در زمین راه کار مناسبیبرای منازل در جهت کاهش هزینه و آلودگی و ... باشد، بویژه که برخی مناطق به دلیلصعب العبور بودن و هزینه انتقال و تلفات انرژی بالایی دارند.

برای افزایش بهره‌وری در استفاده از بشقابها و نیروگاهها می‌توان موارد زیر را درنظر گرفت. موقعیت جغرافیایی ، اقلیمی ، ویژگیهای آب و هوا با توجه به آفتابی بودن ،طول روز مسیر ظاهری حرکت خورشید در آسمان از طلوع تا غروب و با استفاده از منابعاطلاعاتی در این مورد می‌توان اطلاعات لازم را بدست آورد.

استفاده از موادمناسب و طراحی آنها در جهت افزایش نسبت بازتاب به نور تابشی و همچنین برنامهرایانه‌ای و یک موتور برای چرخاندن دستگاه و مجموعه برای افزایش کارایی توصیهمی‌شود، طوری که بشقاب و مجموعه همواره مسیر حرکت خورشید را تعقیب کرده و متناسب باآن بچرخد. در برنامه رایانه‌ای استفاده از روش و نمودار رویدات و سلرز - مدار میلخورشید بر حسب عرض جغرافیایی ، انرژی رسیده به سطح و توان جذب و بازتاب سطح در منبعفوق سودمند است.

انرژی خورشیدی(1)

برای تبدیل حرارتی می‌توان یا ازجمع کننده‌های تختو یا ازآینه‌هایمتمرکز کننده استفاده کرد. از نظر ترمودینامیکی از جمع کننده‌های تخت ، دماینسبتا کمتری گرفته می‌شود در صورتی که باآینه‌های سهمویدمای بالاتر و حتی در بعضیشرایط دمای بیشتر از تحمل مواد مورد استفاده بدست می‌آید. روش تبدیلانرژی خورشیدیبهانرژیالکتریکی یا تبدیل انرژی حرارتی به ترموالکتریکی توسط ماشین حرارتی خورشیدی کهبه مولد الکتریکی ترمو - یونی جفت شده ، انجام می‌پذیرید (هنوز در مرحله آزمایشاست). با جریان هوای گرم که توسط انرژی خورشیدی تولید می‌شود، می‌توان یکدستگاه ماشین بادیرا بکار انداخت، ولی هنوزمثال عملی در این مورد وجود ندارد.

مولدهای ترموالکتریکی خورشیدی

یک مدار بسته متشکل از دو فلز هادی مختلف کهتوسط جوش به هم متصل می‌شود، می‌تواند محل یک جریان پیوسته‌ای است، به شرط آنکه بیندو محل اتصال جوش ، اختلاف دما وجود داشته باشد. با استفاده ازمواد نیم رسانامی‌توان بازده تبدیل قابلملاحظه‌ای بدست آورد. یک مولد ترموالکتریکی از تعدادی کوپلها (جفتها) تشکیل شده کههر کدام از آنها از دو عنصر حرارتی تشکیل یافته است: یکی از نوع P و دیگری نوع N توسط پل فلزی که با منبع گرم در تماس است، به هم مربوطند. انتهای دیگر هر دو به یکمقاومت بسته شده و در دمای منبع سرد نگهداری می‌شوند.

منبع گرمای مورداستفاده می‌تواند یک شعله یا انرژی حرارتی یک سیال باشد که به انرژی خورشیدی نیزاندیشیده‌اند. در این مورد می‌توان از یک جمع کننده تخت را که شامل یک یا چند صفحهشیشه‌ای جهت جلوگیری از اتلافهای حرارتی تهیه می‌شود، و یا یک آینه متمرکز کننده رانیز مورد استفاده قرار داد. بهتر است دمای منبع سرد نزدیک به دمای محیط باشد، یاحداقل از آن خیلی دور نباشد؛ مثلا از جریان آب استفاده کرد و برای تأسیسات بزرگ آبگرم بدست آمده برای مصارف خانگی پیشنهاد شده است.
توان ترموالکتریکی یکترموکوپل با رابطه زیر معین می‌شود:

(e = E/(T₂ - T₁

که E نیروی الکتروموتوری ترموکوپل در مدار بازبر حسب ولت ، T₁ و T₂دماهای منبعهای سرد و گرم بر حسب درجهمطلق هستند. اگر n ترموکوپل با همان منبعهای گرم و سرد باشند، نیروی الکتروموتوریدستگاه مساوی با(ne(T₂ - T₁است.

ترموکوپلهای تجارتی

ترموکوپلهای تجارتی معمولا توان ترموالکتریکی ضعیف وحدود 63 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد هستند، به شرط آنکه اختلاف دما از 180 درجهسانتیگراد بیشتر نباشد. ترموکوپلی با یک آلیاژ مثبت متشکل از 35 درصد روی و 65 درصدآلومینیوم (شامل 2 درصدقلع ، 0.1 درصد نقره و 6 درصدبیسموت) و یک آلیاژ منفی 91 درصد بیسموت و 9 درصدآنتیموان توان ترموالکتریکی برای اختلاف دمای 80 درجه سانتیگراد به 280 میکرو ولت بر درجهسانتیگراد می‌رسد. متأسفانه به علت ذوب این آلیاژها در دمای 260 درجه سانتیگرادنمی‌توان آن را برای دماهای بالا بکار برد.

برای اصلاح بازده باید موادی باتوان ترموالکتریکی بالا را بکار برد و لازم است موادی که مورد استفاده قرارمی‌گیرند قابلیت هدایت گرمایی (K) ضعیف و مقاومت مخصوص (r) کمتری داشته باشند. تابه حال بازده 10 درصد با موادی که در اختیار دارند، برای دمای 500 درجه منبع گرم و 20 درجه منبع سرد بدست آمده است و با تکنیک خاصی بازده را به 12 درصد نیز بالابرده‌اند. اولین نمونه مولدهایی با جمع کننده تخت با یک یا دو صفحه شیشه‌ای و بدونمتمرکز کردن تشعشع خورشیدی بوده است. بازده حاصل از این نوع تبدیل انرژی خورشیدی بهانرژی الکتریکی حدود 0.5 درصد با جمع کننده‌های تخت بوده است. ترموکوپلهایی با نیمههادیها تهیه شده و توان ترموالکتریکی آنها بیشتر بوده است.

تولید انرژی از خورشید

چگونه می‌توانیم از گرمایخورشید برای تولیدانرژی استفاده کنیم. آیا از نور خورشید نیز می‌توان انرژی بدست آورد. برای اینکار ازباتریخورشیدی استفاده می‌شود که نور خورشید را می‌گیرد وبرق تولید می‌کند. باتریهای خورشیدی از ماده‌ای بنامسیلیسیومساخته می‌شود. هر باتری خورشیدیبرق بسیار ناچیزی تولید می‌کند. برای همین معمولا باید از تعداد زیادی باتری کنارهم استفاده شود تا مقدار برقی که بدست می‌آید، مفید و مناسب باشد.

این باتریهای خورشیدی براحتیتعمیر می‌شوند و نگهداری آنها ساده است و محیط را نیز آلوده نمی‌کنند. با استفادهاز باتریهای خورشیدی می‌توان دستگاههایی چونتلویزیون ،تلفن وپمپ آبرا بکار انداخت. در جاهایی که روزهایطولانی و آفتاب درخشان دارند، حتی می‌توان تمام برق مورد نیاز را از باتریهایخورشیدی گرفت. باتریهای خورشیدی خیلی سبک هستند و به راحتی می‌توان آنها را بهدهکده‌های دور افتاده برد. مردمی که همیشه در حرکت هستند نیز می‌توانند این باتریهارا همراه داشته باشند و هر کجا که می‌روند از برق آنها استفاده کنند. مثلا گروههایپزشکی که برای درمان مردم به صحراها و جاهای دور افتاده می‌روند، باتریهای خورشیدیرا برای روشن نگه داشتن یخچالهایشان بکار می‌گیرند تا داروها سالم و خنکبمانند.

با ساختننیروگاههای خورشیدی بزرگمی‌توان مقدارزیادی برق تولید کرد. البته این نیروگاهها در جاهایی مفید هستند که روزهای طولانی وآفتابی دارند. نیروگاه خورشیدی محیط را آلوده نمی‌کند، چون انرژی لازم را از خورشیدمی‌گیرد و نیازی به سوزاندنسوختهای فسیلیندارد. با استفاده از یکنیروگاه خورشیدی بزرگ ، برق مورد نیاز تمام خانه های یک شهر کوچک تولید می‌شود.

نیروی خورشیدی – برای امروز و همیشه

در نیروگاه خورشیدی ، با استفاده ازنیروی بخار ،‌ برق تولید می‌شود. تعداد زیادیآینه را بکار می‌گیرند تا نور خورشید را بر روی یک دیگ بخار بتابانند که در لوله‌هایدرون آن مایعی مثل روغن جریان دارد. روغن حرارت خورشید را می‌گیرد و آنقدر گرممی‌شود که می‌تواند آب دیگ را به بخار تبدیل کند. بخارتوربینرا به چرخش در می‌آورد. توربین همژنراتوررا می‌چرخاند و برق تولیدمی‌شود.

سولارواننام نیروگاه خورشیدی بزرگی است که در کالیفرنیایآمریکا ساخته شده است. این نیروگاه برج بسیار بلندی دارد. در بالای برج یک دیگ بخارقرار گرفته است. تعداد زیادی آینه اطراف برج روی زمین چیده شده‌اند و نور خورشید رابر دیگ می‌تابانند. به این ترتیب ، آب دیگ به بخار تبدیل می‌شود و بخار هم برایتولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روی دیوار یک ساختمان بزرگ 10طبقه تعداد زیادی آینه قرار داده‌اند که یک آینه بشقابی بزرگ بوجود آمده است. اینآینهانرژیخورشید را از منطقه‌ای وسیع جمع آوری می‌کند و بر برجی می‌تاباند کهکوره دورن آن قرار دارد. آینه‌هایی که روی تپه مقابل قرار گرفته‌اند، خورشید را دنبالمی‌کنند و پرتوهایی آن را بر آینه بشقابی بزرگ می‌تابانند. جالب است بدانید کهتعداد این آینه‌ها حدود 11000 عدد است. نیروی خورشید وقتی مفیدتر خواهد بود کهبتوانیم آن را ذخیره کنیم. استخر خورشیدیمی‌تواند گرمای خورشید را تاساعتها پس از غروب آن ذخیره و نگهداری کند. این استخر سرپوشیده پوشش سیاه رنگی داردکه گرمای خورشید را می‌گیرد. آب استخر دارای نمک است که مقدار آن در عمق استخربیشتر می‌شود.

لایه‌های بالایی آب نمک کمتری دارند از خروج گرمای لایهپایینی که گرم و داغ شده است جلوگیری می‌کنند. ساختن این استخرها و استفاده از آنهاساده است. راههای زیادی برای استفاده از انرژی و نیروی خورشید وجود دارد. نیرویخورشید پاکیزه است و می‌توانیم انرژی مورد نیازمان را از آن بگیریم. ذغال سنگ،نفتوگاز هوا را آلوده می‌کنند و سرانجام یک روز تمام می‌شوند.اما خورشید به درخشش خود ادامهمی‌دهد و نیروی آن همیشگی و ماندنی است.

باتری خورشیدی

وسیله یا دستگاهی است که نور خورشید را مستقیما بهالکتریسیته یا برق تبدیل می کند. ماهواره‌هایی که بهفضا فرستاده می‌شوند، انرژی مورد نیازشان را از تعداد زیادی از همین باتریها می‌گیرند. بعضی ماشین حساب‌ها با باتری خورشیدی هم کار می‌کنند. در نقاط دور افتاده که برقندارند، با استفاده باتری خورشیدی می‌توان دستگاههایی مثل تلویزیون یا یخچال رابکار انداخت و امروزه دانشمندان ماشینها و حتی هواپیماهایی ساخته‌اند که نیروی خودرا از باتری خورشیدی می‌گیرند.

توربین

دستگاهی که شبیه چرخ آب است و وقتی آب یا بخار با فشار به پره‌هایآن برخورد می‌کند، به چرخش در می‌آید. این دستگاه انرژی جنبشی آب را می‌گیرد و بهحرکت چرخشی تبدیل می‌کند.

ژنراتور

دستگاهی است کهانرژیمکانیکی (حرکت چرخشی) را می‌گیرد و بهانرژیالکتریکی یا برق تبدیل می‌کند. معمولا ‌این حرکت چرخشی از یک توربین به ژنراتورمنتقل می‌شود.

سوخت فسیلی

فسیل کلمه‌ای خارجی (لاتین) و به معنی چیزی است که از زمینبیرون آورده می‌شود. غال سنگ ، نفت و گاز را سوخت فسیلی نامیده‌اند، چون از دل زمینبیرون آورده می‌شوند. سوختهای فسیلی در طول میلیونها سال بوجود آمده‌اند. جانوران وگیاهان ، پس از مرگ ، در زیر لایه‌های سنگ و خاک قرار گرفته‌اند و سالهای زیادی زیرفشار مانده‌اند تا به این سوختها تبدیل شده‌اند. بنابراین ، اگر سوختها به همینترتیب مصرف شوند، سرانجام روزی تمام خواهند شد و در این مدت ، ذخیره جدیدی جای آنرا پر نخواهد کرد.

عایق

کوره آفتابی

کوره آفتابی با استفاده از انرژی خورشید گرم می شود (درکوره‌های دیگر ، نوعی سوخت را می‌سوزاند تا گرمایش به کوره منتقل شود.) معمولا بااستفاده از تعداد زیادی آینه ، پرتوهای نور خورشید را جمع آوری و پرقدرت می‌کنند ومجموعه آنها را بر روی کوره می‌تابانند تا دمایش خیلی بالا رود. ذرهبین وسیله‌ای است که همین کار را انجام می‌دهد. شاید دیده باشید که وقتی ذرهبین را مقابل خورشید می‌گیریم و مجموعه پرتوهای آنرا به صورت یک نقطه مثلا روی پوستیا کاغذ می‌تابیم، آن قدر حرارت ایجاد می‌شود که پوست می‌سوزد و یا کاغذ آتشمی‌گیرد.

نیروگاه خورشیدی

نیروگاه مخصوصی که برای تولید برق از انرژی گرمایی خورشیداستفاده می کند. از این انرژی برای گرم کردن یک کوره آفتابی استفاده می‌شود که بخارلازم را تولید می‌کند. از این مرحله به بعد ، کار همانند نیروگاههای دیگر انجاممی‌شود: بخار ، توربینها را می‌چرخاند و توربین هم ژنراتورها را بکار می‌اندازد تابرق تولید شود

کوره های القایی

کوره های القایی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی دارای مزایای فراوانی از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و تلفات گرمایی کمتر و ... است . همچنین در کوره هایی که در آنها از روشهای دیگر ، غیر القاء استفاده می شود ، اندازه کوره بسیار بزرگ بوده و در زمان راه اندازی و خاموش کردن آنها طولانی است . عبور جریان از یک سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ ، اساس کار کوره های القایی را تشکیل می دهد . در این کوره ها از حرارت ایجاد شده توسط تلفات فوکو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا هرگونه عملیات حرارتی استفاده می شود .

نخستین کوره القایی که مورد بهره برداری قرار گرفت از شبکه اصلی قدرت تغذیه میشد و هیچگونه تبدیل فرکانسی صورت نمی گرفت . با توجه به اینکه افزایش فرکانس تغذیه کوره موجب کاهش ابعاد آن و بالا رفتن توان (تلفات) می شود ، برای رسیدن به این هدف ، در ابتدا منابع تغذیه موتور ژنراتوری مورد استفاده واقع گردید . هر چند با این منابع می توان فرکانس را تا حدودی بالا برد ، ولی محدودیت فرکانس و عدم قابلیت تغییر آن و در نهایت عدم تطبیق سیستم تغذیه با کوره ، دو عیب اساسی این سیستمها به شمار میرفت . با توجه به این معایب ورود عناصر نیمه هادی به حیطه صنعت موجب گردید منابع تغذیه استاتیک جایگزین منابع قبلی شوند .

در سال ۱۸۳۱ میلادی مایکل فارادی (Faraday) با ارائه این مطلب که اگر از سیم پیچ اولیه ای جریان متغیری عبور کند ، در سیم پیچ ثانویه مجاورش نیز جریان القاء میشود ، تئوری گرمایش القایی را بنا نهاد . علت اصلی این پدیده القاء ، تغییرات شار در مدار بسته ثانویه است که از جریان متناوب اولیه ناشی میشود . نزدیک به یکصد سال این اصل در موتورها، ژنراتورها ، ترانسفورماتور ها ، وسایل ارتباط رادیویی و ... بکار گرفته می شد و هر اثر گرمایی در مدارهای مغناطیسی به عنوان یک عنصر نا مطلوب شناخته می شد . در راستای مقابله با اثرات حرارتی در مدارهای مغناطیسی و الکتریکی از سوی مهندسین گامهای موثری برداشته شد . آنها توانستند با مورق نمودن هستهِ مغناطیسی موتورها و ترانسفورماتورها ، جریان فوکو(Eddy Current) را که عامل تلفات حرارتی بود مینیمم نمایند .

به دنبال آزمایشات فارادی ، قوانین متعددی پیشنهاد شد . قوانین لنز (Lenz) و نیومن (Neuman) نشان دادند که جریان القاء‌ شده با شار القایی مخالفت کرده و به طور مستقیم با فرکتنس متناسب می باشد . فوکو (Focault) در سال ۱۸۶۳ در مقاله ای تحت عنوان "القاء جریان در هسته" (The Induction Of Current in Cores) که توسط هویساید (Heviside) منتشر گردید نظریه ای راجع به جریان فوکو ارائه داد و در رابطه با انتقال انرژی از یک کویل به یک هسته توپر بحث نمود . علاوه بر افراد فوق ، تامسون (Thomson) نیز در ارائه نظریه گرمایش از طریق القاء سهم بسزایی داشت .

در اواخر قرن نوزدهم استفاده از تلفات فوکو و هیسترزیس به عنوان منبع گرمایش القائی از طرف مهندسین مطرح شد . همچنین در اوایل قرن اخیر در کشورهای فرانسه ، سوئد و ایتالیا بر اساس استفاده از خازنهای جبران کننده توان راکتیو پیشنهاداتی برای کوره های القایی بدون هسته ارائه شد . در این پیشنهادات بیشتر ذوب فلزات در فرکانسهای میانی مورد نظر بود .

دکتر نورث روپ (Northrup) ایده کوره با فرکانس میانی را برای موارد صنعتی گسترش داد . در روزهای نخستین ، بر اثر نبود امکانات از جمله خازنهای با ظرفیت کافی و قابل اطمینان ، توسعه و پیشرفت متوقف شد . بعدها در سال ۱۹۲۷ کمپانی کوره های الکتریکی (Electrical Furnace CO. [EFCO.]) نخستین کوره الکتریکی با فرکانس میانی را در شفیلد انگلستان و به منظور آهنگری و گرمادهی موضعی فلزات جهت اتصال به یکدیگر ، نصب کرد . بعد از این ، تعداد و اندازه این کوره ها رو به افزایش گذاشته است . لازم به ذکر است که مزیتهای دیگر کوره های القایی همچون دقت زیاد برای گرم کردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحی سطحی در طی پیشرفتهای بعدی ( در سالهای جنگ جهانی دوم ) بیشتر آشکار شد . در گرمایش القایی عدم نیاز به منبع خارجی گرم کننده ، تلفات گرمایی کمتر شده و تمیزی شرایط کار تامین میگردد . در این روش همچنین نیازی به تماس فیزیکی بار و کویل نبوده و علاوه بر این چگالی توان بالا در مدت زمان گرمایش کم به آسانی قابل دسترس می باشد .

در ابتدا کوره های القایی مستقیماً از شبکه قدرت تغذیه می شدند که بنوبه خود گام موفقی در استفاده از توان الکتریکی جهت عملیات حرارتی بحساب میآمد .

از آنجائیکه تلفات فوکو و هیسترزیس با فرکانس نسبت مستقیم دارند و اینکه ابعاد کویل کوره با بالا رفتن فرکانس کاهش می یابد ، مهندسین به فکر تغذیه کوره در فرکانسهای بالاتر از فرکانس شبکه قدرت افتادند . اولین قدم در این راه استفاده از فرکانسهای دو برابر و سه برابر که از هارمونیکهای دوم و سوم بدست می آمدند ، بود .

این هارمونیکها بر خلاف طبیعت مخرب خود در این نوع کاربرد سودمند تشخیص داده شدند . پائین بودن راندمان در استفاده از هارمونیکهای فوق موجب گردید طراحان روش دیگری را مورد استفاده قرار دهند در این مرحله سیستم موتورـژنراتور توسعه یافت که با استفاده از این سیستم توانستند فرکانس تغذیه را تا صدها هرتز افزایش دهند . در کوره های القایی افزایش فرکانس باعث کاهش عمق نفوذ جریان القایی میگردد لذا در عملیات حرارتی سطحی که سختکاری سطح فلز ، مورد نظر می باشد از کوره های القایی با فرکانس بالا استفاده می شود . با ورود عناصر نیمه هادی مانند تریستورها ، ترانزیستورها و موسفت ها به حیطه صنعت محدودیت فرکانس و عدم تغییر آن ، در تغذیه کوره ها مرتفع شد .

▪ از لحاظ سیستم قدرت میتوان سیستمهای القایی را به چهار دسته اساسی تقسیم نمود :

الف ) سیستمهای منبع (Supply Systems)

در این سیستمها که فرکانس کار آنها بین ۵۰ تا ۶۰ هرتز و ۱۵۰ تا ۵۴۰ هرتز می باشد احتیاجی به تبدیل فرکانس نیست و با توجه به فرکانس کار ،‌ عمق نفوذ جریان زیاد بوده و حدود ۱۰ تا ۱۰۰ میلیمتر می باشد . همچنین مقدار توان لازم تا حدود چندین صد مگا وات نیز میرسد .

ب ) سیستمهای موتورـژنراتور (Motor-Generator Systems)

فرکانس این سیستمها از ۵۰۰ هرتز تا ۱۰ کیلو هرتز می باشد . در این سیستمها تبدیل فرکانس لازم بوده و این عمل بوسیله ژنراتورهای کوپل شده با موتورهای القایی صورت می پذیرد . همچنین در این سیستمها توان به وسیله ماشینهای ۵۰۰ کیلو وات تامین میگردد و برای بدست آوردن توانهای بالاتر ،‌ از سری کردن ماشینها استفاده میشود . عمق نفوذ در این سیستمها به خاطر بالاتر بودن فرکانس نسبت به سیستمها منبع ، کمتر بوده و در حدود ۱ تا ۱۰ میلیمتر است .

ج ) سیستمهای مبدل نیمه هادی (Solid-State Converter Systems)

در این سیستمها فرکانس در محدوده HZ۵۰۰ تا KHZ‌۱۰۰ بوده و تبدیل فرکانس به طرق گوناگونی صورت میپذیرد . در این سیستمها از سوئیچهای نیمه هادی استفاده میشود و توان مبدل بستگی به نوع کاربرد آن تا حدود MW۲ میتواند برسد .

د ) سیستمهای فرکانس رادیویی (Radio-Frequency System)

فرکانس کار در این سیستم در محدوده KHZ۱۰۰ تا MHZ۱۰ می باشد . از این سیستمها برای عمق نفوذ جریان بسیار سطحی، در حدود ۱/۰ تا ۲ میلیمتر استفاده می گردد و در آن از روش گرمایی متمرکز با سرعت تولید بالا استفاده میگردد .

سایت برق و قدرت

چدن چكش خوار :

چكيده :

چدن چكش خوار يك آلياژ آهن ـ كربن به عمل آمده تحت گرماست كه در شرايط ريخته گري به حالت انجماد درمي آيد. با يك ساختار بدون گرافيت. يعني ميزان كل كربن به شكل محكم شده (سيماني شده) وجود دارد. (Fe3C)

دو گروه از چدن هاي چكش خوار مشخص شده است. (چدن چكش خوار ميان سفيد و ميان سياه) كه بوسيله تركيب شيميايي، چرخه دما و زمان جريان گداختگي ، فضاي گداختگي و
ويژگي ها و ريزساختار حاصل از آن تشخيص داده مي شود.

چدن چكش خوار يك آلياژ ـ آهن ـ كربن به عمل آمده تحت گرما است. كه در شرايط ريخته گري به حالت انجماد درمي آيد. دو گروه از چدن هاي چكش خوار مشخص شده است. (چدن چكش خوار ميان سفيد و ميان سياه) كه بوسيله تركيب شيميايي، چرخه دما و زمان جريان گداختگي ، فضاي گداختگي و ويژگي ها و ريزساختار حاصل از آن تشخيص داده مي شود.

چدن چكش خوار ميان سفيد :

ريزساختار چدن چكش خوار ميان سفيد بستگي به اندازه بخش دارد. بخش هاي كوچك شامل پرليت و كربن بازپخت در زمينه فريتي هستند. در بخش هاي بزرگ سه منطقه وجود دارد:

ـ منطقه سطح كه شامل فريت (آهن) خالص است.

ـ منطقه مياني كه داراي كربن بازپخت و فريت (آهن) و پرليت است.

ـ منطقه هسته شامل پرليت، كربن بازپخت و دخول فريتي.

ريزساخت نبايد شامل گرافيت ورقه باشد.

چدن چكش خوار پرليتي و ميان سياه :

ريزساختار چدن چكش خوار ميان سياه يك قالب و زمينه ضرورتاً از فريت (آهن) دارد.

ريزساختار چدن چكش خوار پرليتي داراي كي قالب برطبق درجه مشخص شده از پرليت يا محصولات تغيير شكل محصولات سخت شده است.

گرافيت به شكل برآمدگي هاي كربن بازپخت وجود دارد. ريزساختار نبايد شامل گرافيت ورقه باشد.

سيستم تعيين (انتخاب) چدن چكش خوار :

تعيين براساس ISO 5922 (1981) چدن چكش خوار شامل يك حرف نشانگر نوع آهن و دو عدد نشانگر قدرت كششي و دو عدد نشانگر امتداد حداقل است.

الف) حروف كه نشانگر نوع چدن چكش خوار هستند مي توانند باشند:

W ـ براي چدن چكش خوار ميان سفيد

B ـ براي چدن چكش خوار ميان سياه

P ـ براي چدن چكش خوار پرليتي

پس از اين حرف يك فاصله بكار مي رود.

ب) اولين دو عدد نشانگر قدرت كششي حداقل است. برحسب نيوتن در هر ميلي مترمربع، از يك قطعه آزمايشي به قطر 12 ميلي متر تقسيم بر 10 ـ براي مثال: اگر حداقل قدرت كششي N/mm² 350 باشد عدد تعيين 35 خواهد بود.

ج) دو عدد بعدي نشانگر امتداد حداقل است. (L₀ = 3d) بعنوان درصدي از قطعه آزمايشي به قطر 12 ميلي متر. يك عدد صفر بايد اولين عدد باشد وقتي كه مقدار كمتر از 10% باشد براي مثال اگر حداقل امتداد 4% باشد عدد تعيين 4 است و اگر حداقل امتداد 12% باشد عدد تعيين 12 است.

براي مثال عدد تعيين چدن چكش خوار ميان سفيدي كه داراي حداقل قدرت كششي N/mm² 400 و حداقل امتداد 5% هنگاميكه بر روي يك قطعه آزمايشي به قطر 12 ميلي متر اندازه گيري مي شود. W40_05 خواهد بود.

تركيب شيميايي چدن چكش خوار :

تركيب شيميايي چدن چكش خوار عموماً مطابق با محدوده داده شده در جدول 1 است. مقادير كوچك كُرُم (03/0% تا 01/0%) ـ بور (0020/0%) ـ مس (0/1% < ) ـ نيكل (8/0% تا 5/0%) و موليبدن (5/0% تا 35/0%) نيز گاهي وجود دارند.

جدول (1) : تركيب شيميايي چدن چكش خوار

خصوصيات مكانيكي آهن چكش خوار :

آهن چكش خوار، مانند آهن نرم (واكتيل) مقدار قابل ملاحظه اي نرمي و سفتي را به دليل تركيب آن از گرافيت گره دار و قالب فلزي كم كربن دارد.

به هر حال به علت روشي كه در آن گرافيت شكل مي گيرد در آهن چكش خوار، گره ها به درستي كروي نمي شوند آنگونه كه در آهن نرم (واكتيل) هستند ولي به شكل نامنظم و بي قاعده
جمع مي شوند.

آهن چكش خوار و آهن نرم (واكتيل) براي بعضي از كاربردهايي كه در آن نرمي و سفتي مهم هستند بكار مي روند. در بسياري از موارد انتخاب بين آهن نرم و چكش خوار براساس اقتصاد يا دسترسي به آن است بجاي اينكه براساس ويژگي ها و خصوصيات باشد.

در كاربردهاي خاصي به هر حال آهن چكش خوار يك مزيت مشخص دارد. آن ترجيح داده مي شود براي ريخته گري بخش كوچك :

ـ براي قسمتهايي كه بايد سوراخ شده، تازه درست مي شوند و يا با سرما شكل داده مي شوند.

ـ براي قسمتهايي كه نياز به حداكثر قابليت تراش را دارند.

ـ براي قسمتهايي كه بايد اثر مقاومت خوبي را در دماهاي پايين حفظ كنند.

ـ براي قسمتهايي كه مقاومت را مي پوشانند (فقط آهن چكش خوار)

آهن نرم (واكتيل) مزيت واضحي دارد جائيكه انقباض تبديل به حالت انجماد براي پرهيز از قطرات گرم به مقدار كم مورد نياز است و يا جائيكه آن بخش بيش از حد ضخيم است و اجازه نمي دهد. تبديل به انجماد همانند آهن سفيد انجام شود (تبديل به انجماد مانند آهن سفيد در تمام يك بخش براي توليد آهن چكش خوار ضروري است.)

ريخته گري هاي آهن چكش خوار در ضخامت هاي بخشي در محدوده از حدود 5/1 تا 100 ميلي متر و وزن هاي كمتر از 03/0 تا 180 كيلوگرم يا بيشتر توليد مي شود.

ويژگي هاي مكانيكي قطعات آزمايشي چدن چكش خوار بايد مطابق با ارقام داده شده زير باشد:

جدول (2): خصوصيات مكانيكي چدن چكش خوار ميان سفيد

جدول (3): خصوصيات مكانيكي چدن چكش خوار پرليت و ميان سياه

عمليات ذوب :

ذوب مي تواند با سرد كردن منقطع ذوب يا با فرآيند دوپلكس انجام شود. سرد كردن ذوب در كوره هاي القا (يا اندوكسيون) كانال مانند يا فاقد هسته، كوره هاي قوس الكتريكي ، يا كوره هاي طاقي انجام مي شود. در دوپلكس، آهن در يك كوره قوس الكتريكي يا طاقي ذوب مي شود و فلز ذوب شدني به كوره القاء (يا اندوكسيون) كانال مانند براي نگهداري و ريخته گري انتقال
داده مي شود.

مواد شارژ (بازگشت ريخته گري، تراشيدن فولاد، آلياژهاي آهن و به جز در ذوب طاقي، كربن) به دقت انتخاب مي شوند و عمل ذوب به خوبي كنترل مي شود براي توليد فلز كه داراي تركيب و ويژگي هاي مطلوب باشد.

اصطلاحات كوچكي در تركيب و دماي ريخته گري در مرحله دوم ذوب دوپلكس انجام مي شود ولي بيشتر اين روند كنترل در كوره ذوب اوليه صورت مي پذيرد. قالب ها در شن سبز، شن داراي سيليكات CO₂ ، يا شن داراي صمغ (قالب هاي پوششي) توليد مي شوند.

دامنه وسايل و تجهيزات از ماشين آلات كاملاً اتوماتيك و مكانيزه تا روش هاي قالب گيري دستي يا مورد نياز در كف زميني، بسته به اندازه و تعداد، ريخته گري مورد توليد متغير است. بطور كلي تكنولوژي قالب گيري در ريخته گري آهن چكش خوار شبيه به تكنولوژي مورد استفاده براي توليد آهن خاكستري است.

عمليات گرما در كوره هاي مداوم كنترل شده با توليد بالا يا كوره هاي نوع منقطع كه مجدداً بستگي به نيازمندي هاي توليد دارند انجام مي شود.

پس از تبديل به انجماد و سرد شدن فلز به حالت آهن سفيد درمي آيد و دريچه ها (گسيت ها) و sprues خط تغذيه مي تواند به راحتي از ريخته گري با ضربه برداشته شود.

با اين عمل كه sprues (مهميز زدن) نام دارد عموماً به صورت دستي با چكش انجام مي شود زيرا تنوع و گوناگوني قطعه توليد شده در ريخته گري موجب مي شود كه مهميز كردن (spuring) اتوماتيكي و مكانيزاسيون خيلي مشكل بشود. پس از مهميز كردن (spuring) قطعه هاي ريخته گري تحت عمليات گرما قرار مي گيرند در حاليكه دريچه ها و بالا برنده ها به قسمت ذوب براي عمليات مجدد برمي گردند.

طرز عمل آهن هاي خاكستري (gray irons) :

چكيده :

آهن هاي خاكستري گروهي از چدنها هستند كه گرافيت ورقه را در طول انجماد تشكيل مي دهند. در مقابل شكل شناسي گرافيت گلوله اي آهن هاي شكل پذير و نرم. گرافيت ورقه در آهن هاي خاكستري در يك قالب با ريزساختاري كه توسط عمل تركيب و گرما مشخص مي شود، پخش مي گردد.

ريزساخت معمول آهن خاكستري يك قالب پرليت با ورقه هاي گرافيت كه در سرتاسر پخش شده است مي باشد. برحسب تركيب، آهن خاكستري معمولاً شامل 5/2% تا 4% كربن (c) 1% تا 3% سيليسيوم (si) و اضافاتي از منگنز بسته به ريزساخت مطلوب مي باشد. (به اندازه حداقل 1/0% منگنز در آهن خاكستري كه داراي بيشترين جزء آهن است و حداكثر 2/1% در پرليت). ديگر عناصر آلياژي شامل نيكل، مس، موليبدنيوم و كُرُم است.

كاهش ميزان سيليسيوم و ميزان كل كربن يا با افزودن عناصر آلياژي معمول ترين عمليات گرمايي در آهن خاكستري بازپخت يا تمپرينگ و آزاد كردن فشار است.

تركيب شيميايي يك پارامتر مهم ديگر است كه بر عمليات گرما در چدن هاي خاكستري و سيليسيوم اثر مي گذارد. براي مثال: قابليت انحلال كربن را كاهش و درجه انتشار كربن را در آستنتيت را افزايش مي دهد و معمولاً واكنش هاي مختلف را در طول عمليات گرما سرعت مي بخشد. سيليسيوم نيز دماي سخاتار آستنيتكي را تا حد زيادي بالا برده و ميزان كربن تركيبي را كاهش مي دهد. (حجم استحكام يا سخت كاري شدن) در مقابل منگنز دماي ساختار آستنتيكي را پايين مي آورد و قابليت سخت شدن را افزايش مي دهد. آن همچنين قابليت انحلال كربن را افزايش و انتشار كربن را در آستنتيك كاهش داده و ميزان كربن تركيب شده را افزايش مي دهد. به علاوه، منگنز تبديل به آلياژ شده و كاربيد پرليت را تثبيت مي كند و از اين رو ميزان پرليت را افزايش مي دهد.

گداختگي (تمپرينگ) :

عمليات گرما اغلب براي آهن خاكستري بكار مي رود به استثناء آهن در كاهش فشار كه همان گداختگي يا بازپخت است. گداختگي آهن خاكستري شامل گرما دادن به آهن توصيه مي گردد.

تمپرينگ (گداختگي) متوسط يا كامل :

اين عمل معمولاً در دماهاي بين 790 و 900 درجه سانتيگراد (1450 و 1650 درجه فارنهايت) انجام مي شود. اين عمليات وقتي استفاده مي شود كه يك گداختگي تبديل به آهن بدليل ميزان آلياژ بالا در آهن خاصي بي اثر باشد. در هر حال توصيه مي شود كه ميزان تأثير دماهاي زير 760 درجه سانتيگراد (F 1400) را قبل از اينكه دماي گداختگي بالا به عنوان بخشي از رويه استاندارد پذيرفته شود، آزمايش كنيد.

حفظ زمان قابل مقايسه با زمانهاي استفاده شده در گداختگي تبديل به آهن معمولي بكار گرفته مي شوند. وقتي كه از دماهاي بالا در گداختگي متوسط استفاده مي شود، ريخته گري بايد به آرامي از طريق ناحيه تبديل از حدود 790 تا 675 درجه سانتيگراد (1450 تا 1250 درجه فارنهايت) سرد گردد.

تمپرينگ (گداختگي تبديل به گرافيت) :

اگر ريزساختار آهن خاكستري شامل ذرات كاربيد بزرجگ باشد دماهاي تمپرينگ بالاتر مورد نياز است. گداختگي تبديل به گرافيت ممكن است به سادگي براي تبديل كاربيد بزرگ به پرليت و گرافيت عمل كنند. اگرچه در بعضي موارد كاربرد انجام عمل گداختگي تبديل به آهن براي فراهم كردن قابليت تراش حداكثر ممكن است مطلوب باشد.

محدوده دما براي طبيعي سازي آهن خاكستري تقريباً 885 تا 925 درجه سانتيگراد (1625 تا 1700 درجه فارنهايت) است. دماي تبديل به آستنتيك تأثير زيادي بر ريزساختار و بر ويژگي هاي مكانيكي مانند قدرت كشش و سختي دارد.

قدرت كشش و سختي ريخته گري آهن خاكستري طبيعي شده بستگي به پارامترهاي زير دارد:

ـ ميزان كربن تركيبي

ـ فاصله و فضاي پرليت (فاصله بين صفحات محكم شده)

ـ شكل شناسي گرافيت

ـ شكل شناسي گرافيت تا حد زيادي در طول طبيعي سازي تغيير نمي كند و اثر آن بر سختي و قدرت كشش در اين بحث در مورد طبيعي سازي حذف مي گردد.

ميزان تركيب كربن با دماي طبيعي سازي (آستنتيك) و تركيب شيميايي ريخته گري مشخص مي شود. دماي طبيعي سازي بالاتر قابليت انحلال كربن را در آستنتيك افزايش مي دهد. (يعني حجم محكم سازي در پرليت حاصل). حجم محكم سازي بالاتر در عوض هم سختي و هم قدرت كشش را افزايش مي دهد. تركيب آلياژ ريخته گري آهن خاكستري نيز بر قابليت انحلال كربن در آستنتيك اثر مي گذارد. بعضي از عناصر قابليت انحلال كربن را افزايش مي دهند و بعضي آن را كاهش مي دهند. عناصر ديگر اثري بر روي آن ندارند. ميزان كربن قالب از اثرات تركيبي عناصر آلياژي تعيين مي شود.

انواع ماشين تراش

ماشين تراش رايجترين ماشين ابزاري است كه در عمليات توليد در مقياس كوچك بكار مي رود. انواع ديگر ماشين تراش نيز وجود دارد. در عمليات توليد در مقياس متوسط بطور گسترده اي از ماشين سري تراش استفاده مي شود. در اين ماشين بجاي پس دستگاه برجك شش گوش و چرخاني قرار دارد كه به كمك پيچ جلوبر در طول بستر به حركت در مي آيد. در سطوح ششگانة اين برجك مي توان انواع قلمها را نصب كرد ( در بعضي از برجكها در هر سطح 2 يا چند قلم نصب مي شود ) و هر يك از آنها را به موقع، و با به چرخش درآوردن برجك به موقعيت مناسب آورد و تراشكاري را آغاز كرد.

          ماشين تراشهاي خودكار ( تك محوري و چند محوري ) براي توليد انبوه قطعات كوچك از ميله هاي استوانه اي مناسب اند. حركتهاي مختلف در اين ماشين ها به كمك بادامكهايي كه به همين منظور تراشيده شده اند كنترل مي شود. كلية عمليات، از جمله تغذية تدريجي مادة اوليه به درون گيرة فشنگي، از طريق سوراخي كه در محور اصلي تعبيه شده، بطور خودكار انجام مي شود. فقط در هنگام تعويض ميلة مادة اوليه، ماشين نيازمند مراقبت است. قطعاتي از قبيل پيچهاي كوچك، كه بايد به تعداد زياد توليد شوند، با استفاده از اين نوع ماشينها تراشيده مي شوند.

ماشين داخل تراش عمودي

براي تراش قطعات سنگين، يا قطعاتي با قطر زياد، ماشين تراش با محور افقي مناسب نيست. محور اصلي چنين ماشينهايي بايد بسيار بالا برده شود، در اين صورت تراشكار به آساني نمي تواند قطعه كار و قلم را به دستگاه ببندد. از سوي ديگر بستن قطعه كار به صفحه نظام، يا بستن آن بين 2 مرغك بسيار دشوار خواهد بود. بدين سبب براي تراشيدن اين نوع قطعات از ماشيني به نام داخل تراش عمودي استفاده مي شود كه طبق همان اصول ماشين تراش افقي قطعه كار مي چرخد ( حركت C` ) و حركت پيشروي به طور پيوسته و خطي به قلم داده مي شود. حركت پيشروي ممكن است در امتداد عمود بر محور چرخش قطعه كار ( حركت X )، يا به موازات آن ( حركت Z ) نيز باشد.

          در اين ماشينها قلمهاي تك لبه اي به كار مي روند كه به قلم گيرهايي شبيه قلم گير چهار طرفه ولي بدون قابليت تقسيم سريع، بسته مي شوند. عمليات تراش معمولاً به روتراشي ( حركت –Z )، پيشاني تراشي ( حركت –X )، و داخل تراشي ( حركت –Z ) محدود است. هندسة تراش و معادله هايي كه در آنجا به دست آمد، براي ماشين داخل تراش عمودي نيز معتبر است.

          براي بستن قطعه كار از ميزي افقي و چرخان، كه شيارهايي شعاعي T شكل براي جاي دادن گيره ها دارد، استفاده مي شود.

ماشين داخل تراش افقي

آخرين ماشين از مجموعة ماشينهايي كه در آنها از قلمهاي تك لبه اي استفاده مي شود و حركت اصلي چرخشي دارند و در اينجا شرح داده مي شود ماشين داخل تراش افقي است. اين نوع ماشين غالباً در مواردي بكار مي رود كه به تراشيدن سوراخ داخلي در قطعه كارهاي بزرگ غير استوانه اي نياز است. به طور كلي وقتي گفته مي شود كه ماشيني عمودي يا افقي است، منظور نشان دادن امتداد محوري است كه حركت اصللي ماشين را تأمين مي كند. بنابراين در ماشين داخل تراش افقي محور اصلي افقي است.

          ويژگي اصلي اين ماشين آن است كه بر خلاف داخل تراش عمودي، در اين ماشين قطعه كار در حين ماشينكاري ثابت است و حركتهاي مولد را تنها قلم انجام مي دهد. متداولترين فرايند ماشينكاري كه با اين ماشينها انجام مي شود سوراخ تراشي است. عمل سوراخ تراشي با چرخش قلم، كه بر روي ميلة داخل تراش متصل به محور اصلي نصب شده ( حركت C ) انجام مي شود. حركتهاي ماشين ابزار، كه مي توان براي حركت دادن قطعه كار از آنها استفاده كرد، صرفاً براي استقرار قطعه كار به كار مي روند و معمولاً در هنگام ماشينكاري از آنها استفاده نمي شود. با استفاده از قلم كير ويژه اي كه قلم را در حين چرخش در امتداد شعاعي پيشروي مي دهد، مي توان پيشاني تراشي كرد.

          ميز كار اين ماشين نيز شيارهاي T شكل دارد و براي بستن قطعه كار با گيره از آنها استفاده مي كنند.

          معادله هاييكه قبلاً براي تعيين ضخامت برادة تغيير شكل نيافته، زمان ماشينكاري و آهنگ براده برداري به دست آمد، در اينجا نيز براي سوراخ تراشي و پيشاني تراشي معتبر است.

ماشين صفحه تراش

صفحه تراش ماشين كوچكي است كه حركت اصلي در آن خطي است. قلم تك لبه اي در سر قلم كه در انتهاي بازو قرار دارد محكم مي شود. حركت بازو رفت و برگشتي است ( حركت X ) كه بوسيلة يك سيستم محرك مكانيكي، يا سيلندر و پيستون هيدروليكي تأمين مي شود. سرعتحركت رفت، كه در حين آن عمل تراش انجام ميشود، خواه با استفاده از سيستم مكانيكي و خواه با استفاده از سيستم هيدروليكي، به مراتب از سرعت حركت برگشت كمتر است. سرعت حركت برگشت از آن رو بيشتر است كه زمان ماشينكاري به حداقل ممكن برسد. در همة صفحه تراشها طول حركت قابل تغيير است تا بتوان براي هر قطعه، طول حركت مناسب را انتخاب كرد. در پايان هر حركت برگشت، پيشروي به صورت پله اي و به كمك چرخ ضامن دار، كه سبب چرخيدن، پيچ جلوبر در كشو عرضي، و در نتيجه حركت ميز مي شود، انجام مي گيرد.

          از ماشينهاي صفحه تراش بيشتر براي تراشيدن سطوح مستوي بر روي قطعات كوچك وابسته به گروههاي كم تعداد استفاده مي شود. براي ماشينكاري سطحي افقي ، پيشروي به طور افقي ( حركت Y` )، و براي ماشينكاري سطحي عمودي، پيشروي به طور عمودي ( حركت Z` ) انجام مي شود.

          همان طور كه در شكل ديده مي شود، سر قلم به قلم گير و پاية مركب در ماشين تراش بي شباهت نيست. سر قلم را مي توان چرخاند و در مكان زاويه اي دلخواه در صفحة قائم محكم و بدين ترتيب ماشينكاري سطوح مورب را با پيشروي دستي قلم امكان پذير ساخت. يكي از قسمتهاي اصلي سر قلم صفحه تراش، جعبة زير دنده است. قلم گير با يك پين افقي به سر قلم لولا مي شود، بنابراين مي تواند حول لولا و به سمت بالا حركت چرخشي انجام دهد. در نتيجه به سبب نيرويي كه قطعه كار در حين حركت برگشت قلم به آن وارد مي كند، بلند مي شود. قطعه كار معمولاً به گيره اي بسته مي شود كه خود از طريق شيارهاي T شكل به ميز متصل شده است.

زمان لازم براي تراش سطحي به پهناي b از رابطة زير بدست مي آيد.

t  =

كه در آن  nبسامد حركتهاي رفت و برگشت يا حركتهاي تراش و f آهنگ پيشروي است.

          آهنگ براده برداري  Z در حين عمل تراش از رابطه زير بدست مي آيد.

Z= Au = f au

كه در آن u سرعت تراش و a عمق تراش است.

ماشين صفحه تراش دروازه اي

  به سبب محدوديت طول حركت و طول طرة بازو در صفحه تراش معمولي تراش سطوح قطعات بزرگ با صفحه تراش دروازه اي انجام مي شود با اعمال حركت اصلي خطي به قطعه كار ( حركت X ) و حركت پيشروي قلم درامتداد عمود بر آن ( Y يا Z ) در صفحه تراش دروازه اي  اين مسأله حل مي شود. حركت اصلي معمولاً از طريق شانه و پينيون انجام مي گيرد و نيروي محرك پينيون از موتور الكتريكي دور متغير تأمين ميشود.

          همانند صفحه تراش معمولي قلم گيرهاي صفحه تراش دروازه اي نيز جعبة زير رنده دارند و مانع تداخل بين قلم و قطعه كار در حين حركت برگشت شود حركت پيشروي در اين ماشينها پله اي است.

قطعه كار با استفاده از گيره روي شيارهاي T شكل ميز بسته مي شود زمان ماشينكاري آهنگ براده برداري و ضخامت برادة تغيير شكل نيافته را مي توان از معادله هاي نظير براي صفحه تراش معمولي بدست آورد صفحه تراش دروازه اي آخرين ماشين از گروه ماشينهاي با قلم تك لبه اي است كه در اينجا شرح داده شد.

ماشينهايي كه در آنها قلم هاي چند لبه اي بكار مي رود

قلم هاي چند لبه اي

از رايج ترين قلم هاي چند لبه اي مي توان مته، برقو، تيغه فرز و قلم خان كشي را نام برد كه در ادامه مطلب به همراه ماشينهايي كه اين قلم ها اغلب روي آنها بكار مي روند معرفي مي شوند.

ماشين مته

          ماشين مته تنها عملياتي را مي تواند انجام دهد كه در آنها قلم حركت چرخشي داشته باشد و در امتداد محور چرخش خود پيشروي كند قطعه كار در حين تراش همواره ساكن است در بسياري از ماشينهاي مته حركت پيشروي قلم با راه اندازي دستي اهرمي كه در سمت راست كله گي قرار دارد انجام مي شود ميز كار و كله گي را مي توان روي ستون حركت داد و در محل مناسب محكم كرد و بدين ترتيب قطعات با ارتفاعات مختلف را براي ماشين كاري به ماشين بست معمول ترين عملي كه با اين ماشين انجام مي شود مته كردن و توليد سطح استوانه اي داخلي با قلمي است كه مته مارپيچ ناميده مي شود.

          اين قلم دو لبه برنده دارد كه هر يك به سهم خود در برداشت براده شركت مي كنند پس پيشروي به ازاي هر دندانه ( عمقي از ماده كه بوسيله از يك دندانه برداشته و به موازات امتداد حركت پيشروي اندازه گيري مي شود ) همان ( درگيري پيش ) است كه با نصف f برابر است.

a= sin k

كه در آن k زاويه لبه برنده اصلي است.

زمان ماشينكاري t از معادله زير بدست مي آيد.

t=

بديهي است كه سرعت تراش در دو نوك جانبي مته حداكثر و در نوك مياني مته كه بصورت لبه يك اسكنه كوتاه است صفر است . نقش اين لبه اسكنه اي كه در ايجاد سوراخي جديد در قطعه كار اين استكه با پس زدن ماده به سمت لبه هاي برنده راه مته را در داخل قطعه كار باز مي كند شرايط مناسب تراش در اين ناحيه اثري بر كيفيت سطح ماشين كاري شده ندارد بلكه لبه هاي برنده فرعي در اين امر دخبل اند براده حاصل كه به صورت مارپيچ در مي آيند از درون شيارهاي مته به خارج حمل مي شود.

          مته هاي مارپيچ معمولاً براي ايجاد سوراخهايي به طول كمتر از 5 برابر قطر خود مناسب اند گرچه بايد اضافه كرد كه مته هاي مخصوصي نيز يافت مي شود كه در ماشينهاي ويژه براي مته كردن سوراخهاي عميق تر بكار مي روند و از شرح آنها در اينجا خودداري مي كنيم.

قطعه كار را معمولاً در گيره اي قرار مي دهند و سپس گيره را با پيچ و مهره به ميز متصل مي كنند اما معمولاً براي ايجاد سوراخ هر محور سوراخي در قطعه استوانه اي از ماشين تراش استفاده مي كند بدين منظور مته مارپيچ را در پس دستگاه بجاي مرغك جا مي زنند يا از دستگاه مخصوصي براي بستن مته استفاده مي كنند كه خود روي حماله نصب ميشود.

مته مارپيچهاي بزرگ معمولاً تنه اي مخروطي دارند كه درون ماده گي مخروطي مناسبي كه در انتهاي محور اصلي ماشين قرار دارد جا مي خورد براي جلوگيري از لغزش بين اين سطوح مخروطي از زبانه اي در انتهاي تنه استفاده مي شود كه درون شياري مناسب در انتهاي قسمت مخروطي ماده گي قرار مي گيرد براي آزاد كردن مته از درون شياري مناسب به انتهاي گوه اي كه بدين منظ.ر ساخته شده است ضربه اي وارد شود.

          مته مارپيچهاي كوچك تنه استوانه اي دارند و به كمك سه نظامي كه به سه نظام مته هاي دستي بي شباهت نيست به محور ماشين متصل مي شوند اين سه نظام تنه مخروطي دارد تا بتوان آنرا در ماده گي روي محور اصلي ماشين مته يا پس دستگاه ماشين تراش جا زدو استوار كرد.

          عمل خزينه زني براي ايجاد خزينه ماده گي مخروطي به عمق كم كه در انتها آزادي دارد با مته مرغك انجام مي شود. از اين ماده گي مخروطي مي توان براي استقرار نوك مرغك در ماشين تراش يا به منزلة راهنمايي براي مته مارپيچ و جلوگيري از سرگرداني نوك مياني آن در آغاز تراش استفاده كرد. برقوزني به منظور پرداختكاري سوراخي كه قبلاً ايجاد شده است انجام مي شود.

          برقو شبيه مته است ولي شيارهايي مستقيم دارد و مقدار لبه هاي برنده آن نيز بيشتراست منظور اصلي از اين عمل براده برداري سنگين نيست بلكه تنها هدف آن افزايش دقت و صافي سطح ماشين كاري شده سوراخ از طريق برداشتن اندكي از ماده قطعه كار است.

          پيشاني تراشي موضعي براي ايجاد فرورفتگي دايره اي و مسطح حول يك سوراخ و در صفحه عمود برمحور سوراخ انجام مي شود، سطح حاصل نشيمن گاه خوبي براي واشر و مهره است. كله گي و موتور اين ماشين ها در طول بازويي كه خود در صفحه افقي مي گردد حركت كشويي دارد و بدين ترتيب سطح بزرگي را پوشش مي دهد اين ماشينها به ويژه در مواردي كه بايد سوراخهاي متعددي در يك قطعه كار سنگين ايجاد كرد بسيار مناسب اند.

ماشين فرز افقي

ماشين هاي فرز در دو نوع مهم ساخته مي شود. افقي و عمودي همانطور كه قبلاً نيز گفته شد صفتهاي افقي و عمودي امتداد محور اصلي ماشين را مشخص مي كند. در ماشين فرز افقي تيغه فرز به محوري افقي كه خود به كمك محور اصلي به چرخش در مي آيد بسته مي شود بنابراين قلم مي چرخد و كار بصورت پيوسته پيشروي مي كند.

          ساده ترين عمل ماشينكاري در اين ماشينها فرزكاري با تيغه غلطكي است كه براي توليد سطح افقي روي قطعه كار انجام مي شود.

اگر جهت تيغه غلطكي معكوس مي شد قلم به صعود روي قطعه كار تمايل مي يافت بدين سبب اين نوع فرز كاري با تيغه غلطكي را فرزكاري صعودي مي نامند. شواهد حاكي از آن است كه در فرزكاري صعودي نسبت به فرزكاري معمولي با تيغه غلطكي به نيرو و توان كمتري نياز است و بنابراين به آن ترجيح داده مي شود اما فرزكاري صعودي مستلزم صلابت ماشين و وسايل نگاه دارنده قلم و قطعه كار است.

          آهنگ پيش روي f كه معادل مقدار پيشروي قطعه كار به ازاي يك دور چرخش تيغه است با معادله زير بيان مي شود.

F=

كه در آن  u سرعت پيشروي قطعه كار و  بسامد چرخش تيغه فرز است. ( درگيري پيش ) كه معدل ضخامت براده اي است كه با يك دندانه برداشته مي شود و به موازات امتداد حركت پيش روي اندازه گيري مي شود برابر است با f/N، كه Nتعداد دندانه هاي تيغه فرز است.

ماشين فرز عمودي

با استفاده از ماشين فرز عمودي انواع مختلف عمليات ماشين كاري سطوح افقي عمودي يا مورب انجام مي شود همانطور كه از نام اين ماشين بر مي آيد محور اصلي آن عمودي است.

          قطعه كار را مي توان در يكي از سه امتداد زير پيشروي كرد:

1- در امتداد محور عمودي ( حركت Z ) با بالا و پايين بردن زانو

2- در امتداد محور افقي ( حركت Y ) با حركت دادن زين روي زانو

3- درامتداد محور افقي ( حركت X ) با حركت دادن ميز روي زين

در ماشين هاي بزرگ زين مستقيماً روي بستر سوار مي شود و حركت نسبي بين قلم و قطعه كار در امتداد محور عمودي با حركت دادن كله گي در طول ستون ( حركت Z ) تأمين مي شود اين نوع ماشين ها را ماشين هاي فرز عمودي بستر دار مي داند.

          در تخمين زمان ماشين كاري t بايد براي حركت نسبي اضافه بين قلم و قطعه كار اضافه مجازي در نظر گرفت.

          تيغه فرزهايي كه در ماشين هاي عمودي بكار مي روند معمولاً يا سوراخي در ميان دارند و يا داراي تنه استوانه اي اند.

          آن دسته از تبغه ها كه سوراخ دارند به ميلة فرزي متنصل مي شوند كه خود بوسيله ميلة كششي به درون ماده گي واقع در محور اصلي كشيده و به آن متصل مي شود.

آن دسته از تيغه هايي كه تنه استئانه اي دارند به كمك سه نظام يا از طريق پيچي كه بر قسمت ماشين كاري شدة تنه فشار وارد مي آورد به محور اصلي بسته مي شوند.

          در اين نوع ماشين نيز قطعه كار را با استفاده از يا شكاف هاي T شكل به ميز كار مي بندند.

          در فرزكاري با تيغه غلطكي درگيري كاري را عمق تراش مي نامند.

از طرفي

sin=

=

و در نهايت نتيجه مي شود

a=

سرانجام، اگر  كوچك باشد داريم

          در هنگام تخمين زدن زمان ماشين كاري ،  بايد به اين نكته توجه داشت كه مصافتي كه تيغه فرز مي پيمايد بيش تر از طول قطعه كار است.

و چنانكه ديده مي شود معادل  است كه در آن  طول قطعه كار است.

بنابراين زمان ماشينكاري عبارت است از

آهنگ براده برداري ، معادل حاصل ضرب سرعت پيشروي  و مساحت مقطع براده ( اندازه گيري شده در امتداد حركت پيشروي ) است. در اينجا درگيري پشت،  با پهناي قطعه كار برابر است پس

تراشه تيغه داراي لبه هاي برنده اي است تا مقطع دلخواه را روي قطعه كار ايجاد كند.

          نظر به اينكه ساخت اين تيغه ها معمولاً مستلزم صرف هزينه زياد است از اين نوع تيغه ها تنها در توليد با مقياس بزرگ استفاده مي شود. در شكاف تراشي از تيغه هاي استاندارد كه در دو طرف لبه هاي برنده اصلي لبه اي فرعي دارند براي ايجاد شكافهايي با مقطع مستطيلي استفاده مي شود. در فرزكاري تحت زاويه نيز با استفاده از تيغه فرزهاي استاندارد با دندانه مورب شكافهاي مثلثي دز قطعه كار ايجاد مي كند. فرزكاري با تيغه هاي مركب براي ايجاد نقاطي با شكلهاي مختلف و با استفاده از ماشيني كه همزمان تيغه هاي مختلف روي آن بسته مي شود انجام مي گيرد.

          در ماشينهاي فرز افقي تيغه ها به وسيله خار به ميلة فرز بسته مي شود. يك سر اين ميله مخروطي است تا درون مادگي مخروطي نظير كه سر محور اصلي تعبيه شده است جا زده شود. براي محكم كردن ميله فرز به محور اصلي ماشين از يك ميله كشش استفاده مي شود كه از پشت ماشين به درون محور اصلي تو خالي رانده شده و به ميلة فرز پيچيده شده است.