‌مطالعه تجربی اثر پارامترهای فرآیند پرداخت الکتروشیمیایی روی صافی سطح، نرخ برداشت مواد و دقت ابعادی سوراخ‌های داخلی فولاد کربنی ساده با استفاده از روش سطح پاسخ و بر مبنای طرح باکس-بنکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فازغ التحصیل ارشد

2 هیات علمی/ دانشگاه زنجان/دانشکده مهندسی

3 زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک

چکیده

فرآیند پرداخت الکتروشیمیایی از جمله فرآیند‌‌های نوین پرداخت به شمار می‌رود. در این فرآیند سطوح قطعه کار تحت انحلال آندی کنترل شده قرار گرفته و زبری آن کاهش می‌یابد. عوامل مختلفی مانند هندسه، جنس ابزار و قطعه کار، نرخ پیشروی ابزار، ترکیب مایع الکترولیت، فاصله ابزار و قطعه کار، دبی الکترولیت، دمای الکترلیت و ولتاژ کاری بر خروجی فرآیند اثر گذار است. از طرفی پارامتر‌‌های خروجی مهم فرآیند صافی سطح نهایی، نرخ پرداخت‌کاری و دقت ابعادی ناحیه تحت پرداخت می‌باشند. در این مقاله اثر شکل ابزار، فاصله بین الکترودها، ولتاژ کاری و سرعت پیشروی ابزار بر پارامتر‌‌های خروجی بررسی شده است. به علت زیاد بودن تعداد پارامتر‌‌های ورودی و خروجی و احتمال برهمکنش میان اثرات پارامتر‌‌های مؤثر از روش طراحی آزمایش بر اساس متدولوژی سطح پاسخ استفاده شده است. به کمک این استراتژی نحوه اثرگذاری پارامتر‌‌های ورودی بر خروجی‌ها و اثرات خطی و غیر خطی پارامتر‌‌های ورودی و امکان بر هم کنش پارامتر‌‌ها با هم مورد ارزیابی تجربی قرار گرفته است. با استفاده از مدل تجربی حاصله و با اجرای روش بهینه‌ سازی هم زمان، پارامتر‌‌های ورودی مطلوب جهت حصول نرخ پرداخت بیشینه در عین بسته نگاه داشتن تلرانس ابعادی و حصول صافی سطح در حد مطلوب بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Electrochemical Finishing Process Using Box-Behnken Design in Response Surface Methodology

نویسندگان [English]

  • Bahman Nemati 1
  • Rasoul Moharrami 2
  • Mohammad Mostafa Mohammadi 3
1 دانشگاه زنجان گروه مهندسی مکانیک
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان،
3 زنجان-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک
چکیده [English]

Electrochemical polishing is a nontraditional finishing process by which the surface roughness of the metallic workpiece is reduced due to anodic dissolution. In this process, an electrochemical cell is formed using the workpiece as the anode, a tool as the cathode, and a power supply.  Different parameters like inter electrode gap, the chemical composition of the electrolyte, and its temperature along with the electric potential affect the finishing performance. The important performance parameters are surface roughness, material removal rate, and the dimensional tolerance of the workpiece. In this article, the effect of inter electrode gap, cathode geometry, tool feed rate, and electric potential on the process outputs are evaluated experimentally. Due to the high number of input and output variables and possible interactions between the input variables, Box-Behnken design in response surface methodology is selected for designing the experiments. The experimental models are evaluated by analysis of variance. Using the response surface methodology, the effect of input parameters on process outputs and the possible interactions between the input variables are extracted. Also, multi-objective optimization is performed for determining the input variables which are adequate for maximizing the material removal rate along with achieving a predetermined amount for surface smoothness and geometric tolerance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface roughness
  • Material removal rate
  • Box-Behnken design
  • Response surface methodology

مراجع

[1] A. Gomez-Gallegos, F. Mill, A. Mount, Surface finish control by electrochemical polishing in stainless steel 316 pipes, Journal of Manufacturing Processes, 23 (2016) 83-89.
[2] H.A.-G. El-Hofy, Advanced machining processes: nontraditional and hybrid machining processes, McGraw Hill Professional, 2005.
[3] R. Singh, S. Dhami, N. Rajput, Comparison of EDM and ECM machined AISI 304 steel: Surface roughness, hardness and morphological characteristics, Materials Today: Proceedings, 48 (2021) 965-974.
[4] A. Kumar, B. Pabla, Review on optimized process parameters of electrochemical machining and its variants, Materials Today: Proceedings,  (2021) 46, 10854-10860.
[5] H. Zhao, J. Van Humbeeck, J. Sohier, I. De Scheerder, Electrochemical polishing of 316L stainless steel slotted tube coronary stents, Journal of Materials science: materials in medicine, 13(10) (2002) 911-916.
[6] C. Huang, C. Hsu, The electrochemical polishing behavior of duplex stainless steel (SAF 2205) in phosphoric-sulfuric mixed acids, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 34(9) (2007) 904-910.
[7] A. Jerin, K. Karunakaran, Machinability investigation and optimizing process parameters in ECM of stainless steel− 12X18H10T for minimizing surface roughness, Materials Today: Proceedings,  3 (2021) 603.  
[8] Y. Liu, N. Qu, Investigation on the performance of macro electrochemical machining of the end face of cylindrical parts, International Journal of Mechanical Sciences, 169 (2020) 105333.
[9] L. Tang, X. Feng, K. Zhai, Y. Ji, Z. Wang, Q. Lei, L. Ren, Gap flow field simulation and experiment of electrochemical machining special-shaped inner spiral tube, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 100(9) (2019) 2485-2493.
[10] B. Wang, J. Zhu, Effect of electrochemical polishing time on surface topography of mild steel, Journal of University of Science and Technology Beijing, Mineral, Metallurgy, Material, 14(3) (2007) 236-239.
[11] E.-S. Lee, Machining characteristics of the electropolishing of stainless steel (STS316L), The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 16(8) (2000) 591-599.
[12] S.-G. Choi, S.-H. Kim, W.-K. Choi, E.-S. Lee, The optimum condition selection of electrochemical polishing and surface analysis of the stainless steel 316L by the Taguchi method, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 82(9-12) (2016) 1933-1939.
[13] H. Hocheng, P. Pa, Electropolishing and electrobrightening of holes using different feeding electrodes, Journal of Materials Processing Technology, 89 ((1999) 440,446.
[14] Y. Wang, Z. Xu, J. Liu, A. Zhang, Z. Xu, D. Meng, J. Zhao, Study on flow field of electrochemical machining for large size blade, International Journal of Mechanical Sciences, 190 (2021) 106018.
[15] S. Zhang, J. Liu, X. Lin, Y. Huang, M. Wang, Y. Zhang, T. Qin, W. Huang, Effect of electrolyte solutions on the electrochemical dissolution behavior of additively manufactured Hastelloy X superalloy via laser solid forming, Journal of Alloys and Compounds, 878 (2021) 160395.
[16] D.C. Montgomery, Design and analysis of experiments, John wiley & sons, 2017.
[17] G. Ye, L. Ma, L. Li, J. Liu, S. Yuan, G. Huang, Application of Box–Behnken design and response surface methodology for modeling and optimization of batch flotation of coal, International Journal of Coal Preparation and Utilization, 40(2) (2020) 131-145.
[18] A.S. Souza, W.N. dos Santos, S.L. Ferreira, Application of Box–Behnken design in the optimisation of an on-line pre-concentration system using knotted reactor for cadmium determination by flame atomic absorption spectrometry, Spectrochimica acta part B: atomic spectroscopy, 60(5) (2005) 737-742.
[19] M.J. Anderson, P.J. Whitcomb, RSM simplified: optimizing processes using response surface methods for design of experiments, Productivity press, 2016.
[20] D. Landolt, Fundamental aspects of electropolishing, Electrochimica Acta, 32(1) (1987) 1-11.
[21] H. Akçay, A.S. Anagün, Multi response optimization application on a manufacturing factory, Mathematical and Computational Applications, 18(3) (2013) 531-538.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 6
شهریور 1401
صفحه 1409-1422

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار