Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Study of vibration damping properties of materials for using as fixture in high-precision grinding process
Year (A.D.)
2018
Document Type
Thesis
First Advisor
ธาชาย เหลืองวรานันท์
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Metallurgical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมโลหการ)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมโลหการและวัสดุ
DOI
10.58837/CHULA.THE.2018.1231
Abstract
แรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการขัดสีความเที่ยงตรงสูงเป็นตัวแปรหนึ่งที่ส่งผลให้คุณภาพผิวของชิ้นงานเซรามิคชนิด AlTiC ที่ถูกขัดสีลดลง โดยที่การควบคุมแรงสั่นสะเทือนนั้นอาจหมายถึงการควบคุมคุณภาพผิวชิ้นงานเซรามิคชนิด AlTiC ที่จะได้จากกระบวนการขัดสีนั้นๆ สำหรับงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสมบัติการหน่วงแรงสั่นสะเทือนของวัสดุที่ใช้ทำฐานวางชิ้นงานในกระบวนการดังกล่าว ซึ่งจะช่วยให้มีการลดลงหรือยับยั้งแรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการ ในงานวิจัยนี้ได้มีการเลือกใช้วัสดุโลหะที่มีใช้อย่างแพร่หลายในทางวิศวกรรมและสามารถนำมาใช้เพื่อทำฐานวางชิ้นงานได้ ได้แก่ อะลูมิเนียม ทองแดงอัลลอยด์ และ เหล็กกล้าไร้สนิม โดยที่ทำการทดสอบเพื่อวัดค่า damping ratio ซึ่งเป็นค่าที่ใช้บอกถึงสมบัติการหน่วงแรงสั่นสะเทือน นอกจากนี้ยังได้เลือกวัสดุพอลิเมอร์(Polymer) ทางการค้ามาใช้ร่วมกับวัสดุโลหะ(เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304) ในรูปแบบของวัสดุผสมโดยคาดว่าจะได้ผลของค่า damping ratio ที่สูงมากขึ้น หรือมีการหน่วงแรงสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น สำหรับวัสดุพอลิเมอร์ที่ใช้ในงานวิจัย ได้แก่ ซิลิโคน(silicone rubber), เทอร์โมเซตโพลียูรีเทน(thermosetting polyurethane), เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน(thermoplastic polyurethane, TPU) และ ไนลอนโพลีเอไมด์12(Nylon 12) ที่ความแข็งต่างกัน 2 ชนิด ในการทดลองเพื่อหาค่า damping ratio จะใช้ชิ้นงานที่มีขนาด 6 มิลลิเมตร x 20 มิลลิเมตร x 120 มิลลิเมตร ทำการให้แรงกระทำต่อชิ้นงานและตรวจวัดในช่วงของค่าความถี่ตอบสนองของชิ้นงานนั้นๆ แล้วจึงนำค่าแรงสั่นสะเทือนที่ได้มาคำนวณหาค่า damping ratio ต่อไป ซึ่งผลที่ได้จากการวิจัยพบว่าวัสดุโลหะที่ได้ค่า damping ratio สูงที่สุด คือ เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304 มีค่าเท่ากับ 0.0398 และ วัสดุผสมพอลิเมอร์ชนิด TPU มีค่า damping ratio สูงที่สุดที่ 0.0802 และยังสูงที่สุดจากวัสดุทั้งหมดที่นำมาทดลอง และเมื่อนำไปใช้ในฐานวางชิ้นงานจริงยังพบว่าฐานวางชิ้นงานที่เสริมด้วยพอลิเมอร์ชนิด TPU ให้ผลค่าเฉลี่ยความหยาบผิวที่ต่ำที่สุดหรือมีคุณภาพผิวชิ้นงานที่ดีที่สุด โดยมีค่า 1.28 นาโนเมตร และมีค่าเฉลี่ยกำลังสองของความหยาบผิว เท่ากับ 1.59 นาโนเมตร
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Vibration during high-precision grinding process always occurs and causes surface defects which reduce product quality or surface roughness of AlTiC, a kind of engineering ceramics. To control the vibration is a mean to control the surface roughness of AlTiC from the process. This research focuses on studying vibration damping properties of fixture materials, damping capability of fixture material reduces vibration during high-precision grinding. Conventional fixture materials are metals; therefore, various commercial engineering metallic materials such as aluminum, copper alloys and stainless steel had been chosen to be investigated. This research studies their damping property, namely damping ratio value to be used as fixture material. Several commercial polymers are also combined with metallic alloy (stainless steel AISI304) to create composite fixture, expecting a better damping property. Silicone rubber, thermosetting polyurethane (TPU), polyurethane (PU) and two type of Nylon12 (40 and 70 Shore D hardness) were used to make polymer-metal composite materials. Test specimen is in form of a cantilever beam having a size of 6 mm x 20 mm x 120 mm. A forced vibration was triggered, and the free vibration afterward was monitored at a range of frequency. The resulting free vibration is used to calculate the damping ratio value. A higher value means better damping capability of the material. Primary results show that the best metallic alloy for vibration damping is stainless steel grade AISI304, having damping ratio of 0.0398. In polymer-metal composite materials, the highest damping ratio is 0.0802 in TPU-metal composite. For using as fixture in the process, the fixture reinforced with TPU had the best surface roughness of AlTiC pieces which average roughness value as 1.28 nm and RMS roughness value as 1.59 nm.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
ดวงทวี, ศิรวิทย์, "การศึกษาสมบัติการหน่วงแรงสั่นสะเทือนด้วยวัสดุเพื่อใช้ในฐานวางชิ้นงานสำหรับกระบวนการขัดสีความเที่ยงตรงสูง" (2018). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 3362.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/3362