بهینه‌سازی پارامترهای هندسی میکروبافت ابزار برش تراشکاری هنگام ماشینکاری فولاد زنگ‌نزن 17-4PH

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله تاثیر بافت‌های موازی لبه برنده بر فرآیند تراشکاری فولاد زنگ‌نزن 17-4PH مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای عمق، عرض و گام میکروبافت مطالعه شد. نیروی برش برآیند اندازه‏‌گیری شده و تأثیر پارامترهای بافت بر روی آن با استفاده از تحلیل واریانس بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش عرض شیارهای میکروبافت ابتدا نیروی برش کاهش می‌یابد و سپس رو به افزایش می‌گذارد. این روند نشان می‌دهد که عرض شیارهای میکروبافت یک مقدار بهینه‌ای دارد که در آن نیروی برش فرآیند تراشکاری فولاد کمینه است. همچنین با افزایش عمق شیارهای میکروبافت، نیروی برش کاهش یافت. با افزایش گام شیارهای میکروبافت نیز مشخص شد نیروی برش روند افزایشی را طی کرده است. به منظور دستیابی به پارامترهای میکروبافت که در آن کمترین نیروی برش و کمترین تغییر شکل قطعه‌کار در فرآیند تراشکاری حاصل شود، بهینه‌سازی انجام شد. بر اساس نتایج بهینه‌سازی، مقادیر بهینه پارامترهای عرض، عمق و گام شیارهای میکروبافت هنگام تراشکاری فولاد 17-4PH به ترتیب برابر است با µm 126، µm 15، µm 200 بدست آمد. درصد خطای محاسبه شده جهت صحه‌گذاری بهینه‌سازی برابر با 5.81% بدست آمد که بیانگر دقت بالای فرآیند بهینه‌سازی در نر‌م‌افزار دیزاین اکسپرت است. تغییر شکل قطعه‌کار با ابزار دارای میکروبافت بهینه µm 30 و با ابزار ساده برابر با µm 62 بدست آمد که کاهش 51/6 درصدی با ابزار دارای میکروبافت را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of Micro-Textured Tools Geometric Parameters in Turning of 17-4PH Stainless Steel

نویسندگان [English]

  • Reza Niksefat 1
  • Mohammad Reza Razfar 2
  • Ali Ghazizadeh 1
  • Salman Khani 2
1 Department of Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of microtextures parallel to the cutting edge on the rake face of cutting tools during the turning process of 17-4PH steel was investigated. The depth, width, and distance of micro-textures were studied. Turning tests were performed with the created tools and the cutting force was measured by a dynamometer. The results showed that by increasing the width of microgrooves, the cutting force first decreases and then increases. This trend shows that the width of the microgrooves has an optimal value in which the cutting force during the turning process is minimal. Also, the cutting force is reduced by increasing the depth of microgrooves. By increasing the distance of microgrooves, it was found that the cutting force has increased. Based on the optimization results, the optimal values of the parameters of width, depth, and distance of the microgrooves are 126 µm, 15 µm, and 200 µm, respectively. The calculated error percentage for optimization validation was 5.81%, which indicates the high accuracy of the optimization process in the Design-Expert software. The deflection of the workpiece was achieved with a tool with an optimal microgroove of 30 µm and with a plane tool equal to 62 µm, which shows a 51.6% reduction with a textured tool. In fact, the accuracy of the machined part was improved with microtextured tools.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cutting force
  • Microtextured tools
  • Laser surface texturing
  • Analysis of variance
  • Optimization

مراجع

[1] N. Kawasegi, H. Sugimori, H. Morimoto, N. Morita, I. Hori, Development of cutting tools with microscale and nanoscale textures to improve frictional behavior, Precis. Eng., 33(3) (2009) 248-254.
[2] S. Lei, S. Devarajan, Z. Chang, A study of micropool lubricated cutting tool in machining of mild steel, J. Mater. Process. Technol., 209(3) (2009) 1612-1620.
[3] T. Sugihara, T. Enomoto, Development of a cutting tool with a nano/micro-textured surface—Improvement of anti-adhesive effect by considering the texture patterns, Precis. Eng., 33(4) (2009) 425-429.
[4] T. Enomoto, T. Sugihara, S. Yukinaga, K. Hirose, U. Satake, Highly wear-resistant cutting tools with textured surfaces in steel cutting, CIRP Ann., 61(1) (2012) 571-574.
[5] T.D. Ling, P. Liu, S. Xiong, D. Grzina, J. Cao, Q.J. Wang, Z.C. Xia, R. Talwar, Surface texturing of drill bits for adhesion reduction and tool life enhancement, Tribology Letters, 52(1) (2013) 113-122.
[6] T. Obikawa, A. Kamio, H. Takaoka, A. Osada, Micro-texture at the coated tool face for high performance cutting, Int. J. Mach. Tools Manuf., 51(12) (2011) 966-972.
[7] Y. Xing, J. Deng, S. Li, H. Yue, R. Meng, P. Gao, Cutting performance and wear characteristics of Al2O3/TiC ceramic cutting tools with WS2/Zr soft-coatings and nano-textures in dry cutting, Wear, 318(1-2) (2014) 12-26.
[8] J. Ma, N.H. Duong, S. Lei, Finite element investigation of friction and wear of microgrooved cutting tool in dry machining of AISI 1045 steel, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 229(4) (2015) 449-464.
[9] D.M. Kim, V. Bajpai, B.H. Kim, H.W. Park, Finite element modeling of hard turning process via a micro-textured tool, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 78(9) (2015) 1393-1405.
[10] J. Kümmel, D. Braun, J. Gibmeier, J. Schneider, C. Greiner, V. Schulze, A. Wanner, Study on micro texturing of uncoated cemented carbide cutting tools for wear improvement and built-up edge stabilisation, J. Mater. Process. Technol., 215 (2015) 62-70.
[11] J. Xie, M.-J. Luo, J.-L. He, X.-R. Liu, T.-W. Tan, Micro-grinding of micro-groove array on tool rake surface for dry cutting of titanium alloy, Int. J. Precis. Eng.Manuf., 13(10) (2012) 1845-1852.
[12] D. Jianxin, W. Ze, L. Yunsong, Q. Ting, C. Jie, Performance of carbide tools with textured rake-face filled with solid lubricants in dry cutting processes, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 30(1) (2012) 164-172.
[13] W. Da Silva, M. Suarez, A. Machado, H. Costa, Effect of laser surface modification on the micro-abrasive wear resistance of coated cemented carbide tools, Wear, 302(1-2) (2013) 1230-1240.
[14] D. Jianxin, S. Wenlong, Z. Hui, Design, fabrication and properties of a self-lubricated tool in dry cutting, Int. J. Mach. Tools Manuf., 49(1) (2009) 66-72.
[15] W. Ze, D. Jianxin, C. Yang, X. Youqiang, Z. Jun, Performance of the self-lubricating textured tools in dry cutting of Ti-6Al-4V, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 62(9-12) (2012) 943-951.
[16] T.S. Sahu, A. George, B. Kuriachen, J. Mathew, P.B. Dhanish, Experimental investigations on the wear behaviour of micro-EDM-fabricated textured tools during dry turning of Ti6Al4V, Industrial Lubrication and Tribology, 74(1) (2022) 26-33.
[17] M.K. Gupta, Q. Song, Z. Liu, R. Singh, M. Sarikaya, N. Khanna, Tribological behavior of textured tools in sustainable turning of nickel based super alloy, Tribol. Int., 155 (2021) 106775.
[18] S. Khani, M. Farahnakian, M.R. Razfar, Experimental study on hybrid cryogenic and plasma-enhanced turning of 17-4PH stainless steel, Mater. Manuf. Process., 30(7) (2015) 868-874.
[19] E. Armarego, R.H. Brown, The machining of metals, PRENTICE-HALL INC, ENGLEWOOD CLIFFS, 1969.
[20] S. Timoshenko, Strength of Materials, Krieger Pub Co, 1983.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 10
دی 1401
صفحه 2411-2428

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار