کاربرد روش تاگوچی در بهینه‌سازی سایش کناره‌ای ابزار در ماشینکاری با سرعت بالا

محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

عطا فردآقائی ¹ , مهدی جلالی عزیزپور ²

1 - گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد واحد اهواز
2 - گروه مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، اهواز، ایران

تاریخ دریافت : 1400/06/02 تاریخ پذیرش : 1400/06/24 تاریخ انتشار : 1400/06/01

کلید واژه: روش پوشش‌دهی, بهینه‌سازی, روش تاگوچی, مکانیزم سایش, سایش کناره‌ای,

چکیده مقاله :

هدف از این پژوهش، پیش بینی شرایط بهینه‌ای از پارامترهای ماشینکاری شامل روش پوشش ابزار، سرعت برش، میزان پیشروی و عمق برش برای به حداقل رساندن سایش ابزار در تراشکاری فولاد 4140 AISI سخت شده، با ابزار پوشش داده شده به روش PVD و CVD، می باشد. در سال های اخیر گرایش به سمت تکنولوژی پوشش دهی ابزار برش، با افزایش سرعت برش و نرخ پیشروی، افزایش یافته است. این ابزارها با استفاده از دو روش متفاوت پوشش داده می شوند: رسوب فیزیکی بخار (PVD) و رسوب شیمیایی بخار (CVD). آرایه متعامد L18 از طراحی آزمایشات تاگوچی و نسبت سیگنال به نویز (S/N) جهت انجام بهینه سازی پارامترها استفاده شد. همچنین آنالیز واریانس (ANOVA) جهت تعیین اهمیت پارامترهای موثر، به کار گرفته شد. در نهایت آزمون تایید با استفاده از روش بهینه سازی تاگوچی، جهت اعتبارسنجی و نشان دادن کارآمد بودن این روش انجام گرفت. نتایج نشان داد ابزار با پوشش PVD بهترین عملکرد را برای حداقل سایش ابزار دارد. همچنین سرعت برش، مهمترین پارامتر تاثیر گذار بر سایش ابزار به دست آمد. نتایج آزمون تایید، نشان داد که روش تاگوچی یک روش قابل اطمینان و موفق برای بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری جهت حداقل سایش ابزار در تراشکاری سرعت بالای فولاد AISI 4140 می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

The purpose of this study was to predict the optimal conditions of machining parameters including tool coating method, cutting speed, advancement rate, and cutting depth to minimize tool flank wear in AISI 4140 hardened steel machining, with PVD and CVD coated tools. In recent years, the trend towards cutting tool coating technology has increased with increasing cutting speed and advancement rate. These tools are coated using two different methods: physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD). The L18 orthogonal array was designed by Taguchi experiments and the signal-to-noise ratio (S/N) was used to optimize the parameters. Analysis of variance (ANOVA) was also used to determine the importance of effective parameters. Finally, the validation test was performed using the Taguchi optimization method to validate and show the effectiveness of this method. The results showed that the tool with PVD coating has the best performance for minimum tool wear. Also, cutting speed was the most important parameter affecting tool wear. The results of the confirmation test showed that the Taguchi method is a reliable and successful method for optimizing machining parameters for minimum tool wear in AISI 4140 high-speed steel turning.

منابع و مأخذ:

• P.G.. Vosniakos. G.. (2003). Predicting surface roughness in machining: a review. International Journal of Machine Tools & Manufacture 4. pp 844-852.


• K.. Michailidis. N.. Skordaris. G.. Bouzakis. E.. Biermann D.. M’Saoubi. R.. (2012). Cutting with coated  tools:  Coating  technologies,  characterization  methods  and performance optimization. IRP Annals  -  Manufacturing  Technology  61. pp 703 – 723.


• K.. Khrais. Y.J.. Lin (2007) . Wear mechanisms and tool performance of TiAlN coated inserts during machining of AISI 4140 steel. Wear 262. pp 64–69.


• M.. Reiji Kumar. R.. Kassie. A.. (2013). Performance of Coated Carbide Tools. The International Journal of Engineering and Science. 4. pp 47-54.


• Günay. M.. Yücel. M.. (2013). Application of Taguchi Method for Determining Optimum Surface Roughness in Turning of High-Alloy White Cast Iron. Measurement 46. pp 913 – 919.


• M.. Shahrom. N. X. Yusoff. M. (2013). Taguchi Method Approach on Effect of Lubrication Condition on  Surface Roughness in Milling Operation. Malaysian Technical Universities Conference on Engineering & Technology.  Procedia Engineering 53. pp 594 – 599.


• M.. Yallese. M.. Aouici. H.. Mabrouki. T.. (2013). Comparative Assessment of Wiper and Conventional Ceramic Tools on Surface Roughness in Hard Turning AISI 4140 steel. Measurement 46. pp 3041 – 3056.


• S.. Dhupal. D.. Kumar. A.. (2014). Experimental Investigation into Machinability of Hardened AISI 4140 steel Using TiN Coated Ceramic Tool. Measurement 52. pp 812-818.


• S.. Choudhury. S.K..(2013). Investigations on machinability aspects of hardened AISI 4340 steel at different levels of hardness using coated carbide tool. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials 38. pp 124–133.


•  Kıvak. T.. (2014). Optimization of Surface Roughness and Flank Wear Using the Taguchi method   in Milling of Hadfield Steel with PVD and CVD Coated inserts. Measurement 50. pp 19 – 28.


• F.. Fuat. O.. (2019). Comparison and optimization of PVD and CVD method on surface roughness and flank wear in hard-machining of DIN 1.2738 mold steel. Sensor Review, 2019.‏


• A.. (2020) Optimization and analysis of process parameters for flank wear, cutting forces and vibration in turning of AISI 5140. Measurement 163. 107959.


• Asiltürk. I.. Akkus. H.. (2011). Determining the effect of cutting parameters on surface roughness in hard turning using the Taguchi method. Measurement 44. pp 1697–1704.


• K.. (2011). Experimental investigation and optimisation in drilling of GFRP composites. Measurement 44. pp 2138–2148.

Any name. (2014). Catalog and Technical Turning Sandvik Coromant Company, Manufacturer of Cutting Tools.