بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر فرآیند پرداخت کاری ساینده مغناطیسی با استفاده از روش رویه پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر

2 دانشگاه صنعتی امیر کبیر*مهندسی مکانیک

3 صنعتی امیرکبیر*مهندسی مکانیک

چکیده

فرآیند پرداخت‌کاری ساینده مغناطیسی با توجه به ماهیت آن یک فرآیند سرد محسوب می‌شود. بنابراین، این فرآیند آسیب‌های سطحی همچون میکرو ترک‌ها، تغییر فاز، سوختگی و غیره را بر روی سطح قطعات ماشین‌کاری شده ایجاد نخواهد کرد. در این مقاله، اثر پارامترهای گپ‌کاری، سرعت دورانی قطعه‌کار و نوع ساینده در فرآیند پرداخت‌کاری ساینده مغناطیسی بر زبری سطح بیرونی قطعات استوانه‌ای از جنس فولاد زنگ نزن 440C با استفاده از روش رویه پاسخ برای رسیدن به کمترین زبری سطح، مدل‌سازی و بهینه‌سازی شده است. با اجرای آزمایش‌ها، میزان زبری سطح نمونه‌ها به عنوان تابع هدف اندازه‌گیری شده است. سپس با استفاده از روش رویه پاسخ، مقادیر بهینه پارامترهای گپ‌کاری و سرعت دورانی قطعه‌کار به دست آمده است. نتایج بهینه‌سازی به کمک روش رویه پاسخ نشان می‌دهد که فرآیند با دقت خوبی مدل‌سازی شده است و همچنین استفاده از مدل توسعه‌یافته میزان بهبود در زبری سطح پرداخت‌شده را به میزان 17/52 درصد افزایش داده است. علاوه بر این، نتایج میکروسکوپی بافت سطح نمونه‌ها، نشان می‌دهد که فرآیند پرداخت‌کاری ساینده مغناطیسی جهت و شیارهای ناشی از فرآیند سنگزنی را به طور قابل توجهی از بین برده است و همچنین یک سطح پرداخت فوق صیقل و یکنواختی به مانند یک آینه تا محدوده 207/0 میکرومتر به دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of Parameters Affecting Magnetic Abrasive Finishing Process Using Response Surface Method

نویسندگان [English]

  • Yahya Choopani 1
  • Mohsen Khajehzadeh 2
  • Mohammad Reza Razfar 3
1 PhD Student, Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology
2 Mechanical Engineering Department of Amirkabir University of Technology
3 Full Professor, Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

Magnetic abrasive finishing is a nano-machining process; due to low machining temperature, this process is categorized as a cold forming process. Therefore, the machined surface is free from thermal damages such as microcracks, phase changes, burnt area and etc. In this paper, the effects of machining parameters (machining gap, work piece rotational speed and abrasive particles’ type) on work piece surface roughness have been experimentally studied. To achieve this goal, a series of experimental tests were conducted on a newly developed setup and work piece surface roughness was measured. The results of experimental studies were then used to develop a mathematical model for work piece surface roughness using response surface method. The results show that there is good agreement between experimental results and model predictions. This model was then used to minimize workspace surface roughness. In the selected range of machining parameters the minimum value of surface roughness is achieved by work piece rotational speed of 373.73 rpm, machining gap of 1.98 mm and using diamond particles as abrasive. In addition, it was shown that abrasive particles’ type is the most affecting parameter on work piece surface roughness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic abrasive finishing
  • optimization
  • Response Surface Method
  • AISI440C stainless steel
  • Surface roughness
 [1] Y. Choopani, M. Razfar, P. Saraeian, M. Farahnakian, Experimental investigation of external surface finishing of AISI 440C stainless steel cylinders using the magnetic abrasive finishing process, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 83(9-12) (2016) 1811-1821.
[2] S. Abraham, Method of polishing wire-drawing dies and apparatus therefor, in, Google Patents, 1929.
[3] H.P. Coats, Method of and apparatus for polishing containers, in, Google Patents, 1940.
[4]T. Shinmura, K. Takazawa, E. Hatano, Study on magnetic abrasive finishing (1st report-on process principle and a few finishing characteristies), J. of JSPE, 52(5) (1986) ( .758-158In Japanese).
[5] M. Fox, K. Agrawal, T. Shinmura, R. Komanduri, Magnetic abrasive finishing of rollers, CIRP annals, .481-181 )4991( )1(34
[6] F. Hashimoto, H. Yamaguchi, P. Krajnik, K. Wegener, R. Chaudhari, H.-W. Hoffmeister, F. Kuster, Abrasive fine-finishing technology, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2(65) (2016) 597-620.
[7]  D.K. Singh, V. Jain, V. Raghuram, Parametric study of magnetic abrasive finishing process, Journal of materials processing technology, 149(1-3) (2004) 22-29.
[8]  B. Girma, S.S. Joshi, M. Raghuram, R. Balasubramaniam, An experimental analysis of magnetic abrasives finishing of plane surfaces, Machining science and Technology, 10(3) (2006) 323-340.
[9]  C.-T. Lin, L.-D. Yang, H.-M. Chow, Study of magnetic abrasive finishing in free-form surface operations using the Taguchi method, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 34(1-2) (2007) 122-130.
[10] S. Kim, J. Kwak, Magnetic force improvement and parameter optimization for magnetic abrasive polishing of AZ31 magnesium alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 18 (2008) s369-s373.
[11] R.S. Mulik, P.M. Pandey, Magnetic abrasive finishing of hardened AISI 52100 steel, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 55(5-8) (2011) 501-515.
[12] P. Kala, P.M. Pandey, Comparison of finishing characteristics of two paramagnetic materials using double disc magnetic abrasive finishing, Journal of Manufacturing processes, 17 (2015) 63-77.
[13] G.C. Verma, P. Kala, P.M. Pandey, Experimental investigations into internal magnetic abrasive finishing of pipes, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 88(5-8) (2017) 1657-1668.
[14] K. Pandey, U. Pandey, P.M. Pandey, Statistical Modeling and Surface Texture Study of Polished Silicon Wafer Si (100) using Chemically Assisted Double Disk Magnetic Abrasive Finishing, Silicon,  (2018) 1-19.
[15] V.K. Jain, K.K. Saren, V. Raghuram, M.R. Sankar, Force analysis of magnetic abrasive nano-finishing of magnetic and non-magnetic materials, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 100(5-8) (2019) 1137-1147.
[16] V. Kumar, R. Sharma, K. Dhakar, Y.K. Singla, K. Verma, Experimental evaluation of magnetic abrasive finishing process with diamond abrasive, International Journal of Materials and Product Technology, 58(1) (2019) 55-70.
[17] T. Shinmura, T. Aizawa, Study on internal finishing of a non-ferromagnetic tubing by magnetic abrasive machining process, Bulletin of the Japan Society of Precision Engineering, 23(1) (1989) 37-41.
[18] V. Alimirzaloo, V. Modanloo, M.K. Takanlou, Modeling and optimization of the machining parameters effects on the tool wear and surface roughness by the response surface and desirability function method, Modares Mechanical Engineering, 15(20) (2016) 192-197.(In persian).
[19] A. Heidarzadeh, R.T. Mousavian, R.A. Khosroshahi, Y.A. Afkham, H. Pouraliakbar, Empirical model to predict mass gain of cobalt electroless deposition on ceramic particles using response surface methodology, Rare Metals, 36(3) (2017) 209-219.