ساخت دستگاه پولیش‌کاری مغناطیسی سطوح خارجی قطعات

خبرگزاری علم و فناوری آنا - علی امینی؛ در دهمین جشنواره علمی، پژوهشی و فناوری فرهیختگان دانشگاه آزاد اسلامی که به مناسبت هفته پژوهش و فناوری ۲۹ آذر ۱۴۰۲ در سازمان مرکزی دانشگاه آزاد اسلامی برگزار شد، اختراع بین‌المللی حمید زارع‌پور فیروزآبادی عضو هیئت علمی تمام‌وقت دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد و استادیار رشته مهندسی مکانیک، ساخت و تولید این دانشگاه با عنوان «طراحی و ساخت یک دستگاه جدید برای پولیش‌کاری مغناطیسی سطوح خارجی قطعات مختلف» به‌عنوان اختراع برتر بین‌المللی انتخاب و از زارع‌پور تجلیل شد.

خبرنگار خبرگزاری آنا در راستای بررسی جزئیات اختراع بین‌المللی عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد گفت‌وگویی را با زارع پور فیروزآبادی ترتیب داده است که در ادامه می‌آید:

آنا: لطفا درباره اختراع بین‌المللی خود توضیحاتی کامل بفرمایید.

زارع پورفیروزآبادی: پرداختکاری مغناطیسی سطح یا پولیش‌کاری به کمک میدان مغناطیسی، یکی از انواع روش‌های نانوپرداختکاری سطح محسوب می‌شود که در آن از یک میدان مغناطیسی برای به حرکت درآوردن ذرات ساینده در برابر سطح مورد نظر استفاده می‌شود. تاکنون در دستگاه‌های پولیش‌کاری ساخته شده از میدان مغناطیسی دائم و میدان مغناطیسی به کمک سیم‌پیچ استفاده شده است؛ اما در آن‌ها سیستم هوشمندی برای تغییر مناسب شدت جریان در هر لحظه وجود نداشته است.

در این پتنت به طراحی و ساخت یک دستگاه جدید برای پولیش‌کاری مغناطیسی سطوح خارجی قطعات مختلف پرداخته شده است، قطعاتی که دوار بوده و سطح مقطع متقارن نسبت به محور اصلی خود دارند؛ اما سطح مقطع در طول این محور غیر یکنواخت است. 

در پولیش‌کاری اجسام دوار یکنواخت، شدت میدان مغناطیسی در تمام طول قطعه ثابت خواهد ماند و احتیاجی به تغییر میزان شدت میدان مغناطیسی نیست؛ اما در پولیش‌کاری اجسام دوار غیر یکنواخت در هر لحظه از پولیش‌کاری فاصله سطح قطعه کار نسبت به هسته میدان مغناطیسی در حال تغییر است. در دستگاه ساخته شده میزان شدت جریان در هر لحظه متناسب با فاصله بین سطح قطعه کار و مرکز هسته میدان تغییر خواهد کرد. به این ترتیب این اجسام را می‌توان به صورت یکنواخت و با کیفیت سطح بسیار بالا (در مقیاس نانومتری) پولیش‌کاری کرد.

آنا: جرقه اولیه اختراع چطور در ذهن شما خطور کرد؟

زارع‌پور فیروزآبادی: با پیشرفت مواد مختلف نظیر نیمه‌هادی‌ها، مواد اپتیکی، مواد مورد استفاده در صنایع مختلف نظیر هوا-فضا، اتومبیل‌سازی و مهندسی پزشکی از یک طرف و نیاز به تولید قطعات با اشکال و سطوح پیچیده از طرف دیگر، فرآیند‌های پرداختکاری فوق دقیق برای تولید اشکال با هندسه پیچیده و کیفیت سطح بالا به شدت مورد تقاضا است.

فرآیند پولیش‌کاری با ذرات ساینده مغناطیسی (MAF) یک فرآیند پرداختکاری در مقیاس میکرو و نانو است که در آن ذرات ساینده، تحت میدان ایجادشده توسط قطب‌های مغناطیسی یک برس انعطاف پذیر تشکیل داده و قابلیت پرداختکاری روی سطح قطعه کار را ایجاد می‌کنند.

یکی از مسائل موجود در فرآیند پولیش‌کاری مغناطیسی، نبود قابلیت تغییر شدت میدان مغناطیسی در حین فرآیند است. به این صورت که تمامی سطح قطعه کار با نیرویی ثابت پولیش‌کاری می‌شوند و این در حالی است که در صورت تغییر فرم سطوح قطعه کار و ایجاد گپ پولیش‌کاری، نیاز به تغییر شدت میدان مغناطیسی متناسب با آن وجود دارد.

در اختراع حاضر با تغییر مقدار ولتاژ و در نتیجه تغییر شدت جریان وارد شده به سیم‌پیچ، یک میدان مغناطیسی متغیر متناسب با گپ پولیش‌کاری به‌وجود می‌آید. در نتیجه برس ساینده مغناطیسی با قابلیت تغییر میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و در اثر آن، میزان نیروی ذرات ساینده در حین فرآیند متناسب با فرم قطعه کار و گپ ایجاد شده بین برس مغناطیسی و سطح قطعه تغییر می‌کند که موجب افزایش کیفیت و دقت عملیات پرداختکاری قطعات با سطوح خارجی انحنادار می‌شود.

آنا: کارایی و کاربرد‌های این اختراع را توضیح دهید.

زارع‌پور فیروزآبادی: در دستگاه ارائه شده در قالب این پتنت با شکل‌گیری سریع ذرات ساینده در جهت خطوط میدان مغناطیسی، برس‌های ساینده‌ای ایجاد می‌شود که با تغییر میدان مغناطیسی، میزان چسبندگی ذرات ساینده آن در حین فرآیند پولیش‌کاری تغییر می‌کند.

ذرات ساینده از پودر اکسید آهن و ذراتی مانند SiC و Al۲O۳ تشکیل شده اند. با اعمال نیروی مغناطیسی از طرف هسته میدان به ذرات ساینده، این ذرات به شکل خطوط میدان درخواهند آمد.

این شکل‌گیری موجب می‌شود تا ذرات همانند یک برس انعطاف‌پذیر و قابل کنترل عمل کرده و سطح قطعات انحنادار را با کیفیت بسیار بالا پولیش‌کاری کنند.

آنا: این اختراع، چه مشکلی از مشکلات جامعه به‌ویژه صنعت را رفع می‌کند؟

زارع‌پور فیروزآبادی: مکانیزم مورد استفاده در این طرح و نحوه کارکرد آن در پرداختکاری نانومتری قطعات برای نخستین بار در دنیا ارائه شده و با توجه به قابلیت استفاده از آن در صنایع مختلف برای پرداختکاری یکنواخت سطوح قطعات فرمدار، کاربرد‌های وسیعی در ساخت قطعات مورد نیاز در صنایع مختلف از جمله مهندسی پزشکی، صنایع نظامی، خودروسازی و صنایع میکروالکتریک را دارد.

آنا: این اختراع اکنون در چه وضعیتی هست؟

زارع پورفیروزآبادی: دستگاه اختراع شده طی آزمون‌های عملی با موفقیت برای پرداختکاری قطعات با سطوح دوار مورد استفاده قرار گرفته و کارآیی آن به اثبات رسیده است. این اختراع برای استفاده در فرآیند‌های نانوپرداختکاری سطوح خارجی قطعات انحنادار در صنایع مختلف قابل استفاده و بهره‌برداری است.

آنا: دستاورد‌ها و برنامه‌های پیش روی خود را شرح دهید.

زارع‌پور فیروزآبادی: این پتنت به عنوان چهارمین پتنت گرنت شده با مالیکت دانشگاه آزاد اسلامی است که در ماه ژوئن سال ۲۰۱۸ در اداره ثبت اختراعات آمریکا درخواست بررسی آن ثبت اولیه شده و در سپتامبر ۲۰۱۹ انتشار پیدا کرد و سرانجام پس از طی مراحل داوری در ماه سپتامبر ۲۰۲۲ موفق به اخذ گرنت نهایی و دریافت شماره پتنت از اداره ثبت اختراعات آمریکا شد. 

 این پتنت عنوان اختراع بین‌المللی برتر دهمین جشنواره فرهیختگان دانشگاه آزاد اسلامی را کسب کرد.

لازم است از همکاری و زحمات حمیدرضا رادنژاد و پیمان مرادی غریب‌وند از دانش‌آموختگان مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک واحد دانشگاهی نجف‌آباد _که ثبت این اختراع مستخرج از پروژه کارشناسی ارشد ایشان است_ و همراهی و همکاری امین الله محمدی به عنوان مشاوره قدردانی کنم. 

آنا: در رزومه خود سابقه تألیف هم دارید؟ 

زارع‌پور فیروزآبادی: بله دو تألیف:
 Loose Abrasive Machining, (Book Chapter) - Handbook of 
Manufacturing Engineering and Technology
۲۰۱۵
Springer-Verlag London

و مفاھیم و روش‌ھای اندازه‌گیری تلرانس‌ھای ھندسی در مھندسی ساخت و تولید ۱۳۸۷ دانشگاه آزاد اسلامی نجف آباد را در کارنامه خود دارم.

آنا: قبلا هم اختراع یا اختراعات ثبت شده داشته‌اید؟

زارع‌پور فیروزآبادی: بلی دو اختراع داشته ام:

Magnetic Abrasive Finishing of Curved Surfaces که در سال ۲۰۲۲ در آمریکا ثبت شد.

و سرشعله اجاق گاز با ھندسه متغیر که سال ۱۳۹۷ در کشورمان ثبت اختراع شد.