بهینه‌سازی سایش ابزار و زبری سطح در ماشین‌کاری با ابزار عملیات تبریدی‌شده با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران.

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.

چکیده

سیالات برشی برای دست‌یابی به اهداف مختلفی به‌کار می‌روند. از سیالات برشی برای رسیدن به کیفیت سطح بهتر، سایش ابزار کمتر و کاهش نیروی برشی استفاده می‌شود. در این مقاله، تأثیر عملیات تبریدی ابزار برشی بر سایش ابزار و زبری سطح قطعه‌کار در مقایسه با تراشکاری خشک و معمولی فولاد AISI 304 بررسی شده است. روش به‌کاررفته برای طراحی آزمایش‌ها، روش تاگوچی می‌باشد. به‌منظور تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از آزمایش‌ها روش نسبت سیگنال به نویز به‌کار رفته است. از الگوریتم ژنتیک و رگرسیون به‌ترتیب برای بهینه‌سازی و مدل‌سازی سایش ابزار و زبری سطح قطعه‌کار استفاده شده است. از رگرسیون برای تعیین رابطه سرعت برشی، نرخ پیشروی، عمق برش و شرایط ماشین‌کاری به‌عنوان متغیرهای مستقل با سایش ابزار و زبری سطح به‌عنوان متغیر پاسخ استفاده شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که ترا‌شکاری فولاد زنگ‌نزن AISI 304 با ابزار عملیات تبریدی‌شده در مقایسه با ترا‌شکاری خشک و معمولی، زبری سطح قطعه‌کار را کاهش می‌دهد. افزایش مقدار فاز اِتا یکی از دلایل کاهش سایش و افزایش سختی ابزار عملیات تبریدی‌شده می‌باشد. مقادیر بهینه برای سایش ابزار و زبری سطح قطعه‌کار به‌ترتیب 4/0 میلی‌متر و 8/2 میکرون‌متر ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of Tool Wear and Surface Roughness in Machining with Cryogenic Treated Tool Using Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • Valiolah Panahizadeh 1
  • Mohammad Mahdi Abootorabi 2
  • Aref Saliminia 3
1 Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.
3 PhD Student, Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Cutting fluids are used to achieve various purposes such as better surface quality, less tool wear, and reduced cutting force. In this paper, the effect of cutting tool cryogenic treatment on tool wear and workpiece surface roughness in comparison with dry and conventional turning of AISI 304 steel was investigated. The Taguchi method was used to design the experiments. The signal-to-noise ratio method was used to analyze the results of the experiments. Genetic algorithm and regression were used to optimize and model tool wear and workpiece surface roughness, respectively. Regression was used to determine the relationship between cutting speed, feed rate, depth of cut, and machining conditions as independent variables with tool wear and surface roughness as the response variables. The results demonstrated that machining AISI 304 stainless steel with cryogenic treated tool reduced the surface roughness of the workpiece compared to dry and conventional turning. Increasing the amount of ETA phase was one of the reasons for reducing wear and increasing the hardness of the cryogenic treated tool. Optimal values for tool wear and workpiece surface roughness were 0.4 mm and 2.8 microns, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cryogenic treatment
  • Optimization
  • Genetic algorithm
  • Tool wear
  • Surface roughness
[3] Deshpande, Y. V., Andhare, A. B., & Padole, P. M. (2018). How cryogenic techniques help in machining of nickel alloys? A review. Machining Science and Technology, 22(4), 543-584. https://doi.org/10.1080/10910344.2017.1382512
[4] Yildiz, Y., & Nalbant, M. (2008). A review of cryogenic cooling in machining processes. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48(9), 947-964. https:// doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2008.01.008
[5] singh, A., & Grover, N. k. (2015). Wear Properties of Cryogenic Treated Electrodes on Machining Of En-31. Materials Today: Proceedings, 2(4), 1406-1413. https://doi. org/10.1016/j.matpr.2015.07.060
[6] Voglar, J., Novak, Ž., Jovičević-Klug, P., Podgornik, B., & Kosec, T. (2021). Effect of Deep Cryogenic Treatment on Corrosion Properties of Various High-Speed Steels. Metals, 11(1), 1-16. https://doi.org/10.3390/met11010014
[7] Akincioğlu, S., Gökkaya, H., & Uygur, İ. (2015). A review of cryogenic treatment on cutting tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 78(9), 1609-1627. https://doi.org/10.1007/s00170-014-6755-x
[8] Senthilkumar, D., & Rajendran, I. (2011). Influence of Shallow and Deep Cryogenic Treatment on Tribological Behavior of En 19 Steel. Journal of Iron and Steel Research, International, 18(9), 53-59. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(12)600 34-X
[9] Padmakumar, M., & Dinakaran, D. (2021). A review on cryogenic treatment of tungsten carbide (WC-Co) tool material. Materials and Manufacturing Processes, 36(6), 637-659. https://doi.org/10.1080/10426914.2020.1843668
[10] Chopra, S. A., & Sargade, V. G. (2015). Metallurgy behind the Cryogenic Treatment of Cutting Tools: An Overview. Materials Today: Proceedings, 2(4-5), 1814-1824. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.119
[11] Gill, S. S., Singh, J., Singh, H., & Singh, R. (2012). Metallurgical and mechanical characteristics of cryogenically treated tungsten carbide (WC–Co). The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 58(1), 119-131. https://doi.org/10.1007 /s00170-011-3369-4
[12] Li, B., Zhang, T., & Zhang, S. (2018). Deep cryogenic treatment of carbide tool and its cutting performances in hard milling of AISI H13 steel. Procedia CIRP, 71, 35-40. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.019
[13] Padmakumar, M., & Dinakaran, D. (2020). Investigation on the effect of cryogenic treatment on tungsten carbide milling insert with 11% cobalt (WC–11%Co). Springer Nature Applied Sciences, 2(6), 1-9. https://doi.org/10.1007/s42452-020-2872-3
[14] Mukkoti, V. V., Sankaraiah, G., & Yohan, M. (2018). Effect of cryogenic treatment of tungsten carbide tools on cutting force and power consumption in CNC milling process. Production & Manufacturing Research, 6(1), 149-170. https://doi.org/10. 1080/21693277.2018.1436011
[15] Saliminia, A., & Abootorabi, M. M. (2019). Experimental investigation of surface roughness and cutting ratio in a spraying cryogenic turning process. Machining Science and Technology, 23(5), 779-793. https://doi.org/10.1080/10910344.2019. 1584821
[16] Xavior, M. A., & Adithan, M. (2009). Determining the influence of cutting fluids on tool wear and surface roughness during turning of AISI 304 austenitic stainless steel. Journal of Materials Processing Technology, 209(2), 900-909. https://doi.or g/10.1016/j.jmatprotec.2008.02.068
[17] He, H-B., Han, W-Q., Li, H-Y., Li, D-Y., Yang, J., Gu, T., & Deng, T. (2014). Effect of deep cryogenic treatment on machinability and wear mechanism of TiAlN coated tools during dry turning. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 15(4), 655-660. https://doi.org/10.1007/s12541-014-0384-z
[18] Özbek, N. A., Çiçek, A., Gülesin, M., & Özbek, O. (2014). Investigation of the effects of cryogenic treatment applied at different holding times to cemented carbide inserts on tool wear. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 86, 34-43. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2014.06.007
[19] Akıncıoğlu, S., Gökkaya, H., & Uygur, İ. (2016). The effects of cryogenic-treated carbide tools on tool wear and surface roughness of turning of Hastelloy C22 based on Taguchi method. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 82(1), 303-314. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7356-z
[20] NAS, E., & ÖZBEK, N. A. (2020). Optimization Of The Machining Parameters In Turning Of Hardened Hot Work Tool Steel Using Cryogenically Treated Tools. Surface Review and Letters, 27(05), 1-14. https://doi.org/10.1142/s0218625x1950 1774