ﺑﺮرﺳﯽ ماشین‌کاری تخلیه‌الکتریکی ماده مرکب آلومینیوم تقویت شده با نانو ذرات اکسید تیتانیوم

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

علی اکبر لطفی ¹ , سعید دانشمند ²

1 - استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهر ری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، واحد شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت : 1397/05/16 تاریخ پذیرش : 1398/05/15 تاریخ انتشار : 1398/06/01

کلید واژه: ماشین‌کاری تخلیه‌الکتریکی, سایش ابزار, نانوذرات اکسید تیتانیوم, ماده مرکب زمینه فلزی, نرخ براده برداری,

چکیده مقاله :

نانو ذرات مورد استفاده در مواد مرکب زمینه فلزی دارای انواع مختلف و خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی متفاوتی می باشند که باعث بهبود سختی، مقاومت مکانیکی، سایش و خواص دمایی می شوند و قابلیت های ماشینکاری مواد را تغییر می دهند. در این تحقیق به بررسی پارامترهای ماشینکاری تخلیه الکتریکی ماده مرکب الومینیوم تقویت شده با نانوذرات اکسید تیتانیوم پرداخته می شود. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر شدت جریان، ولتاژ، زمان روشنی و خاموشی پالس و نانو ذرات اکسید تیتانیوم بر نرخ براده برداری، سایش ابزار و زبری سطح می باشد. از نفت سفید به عنوان دی الکتریک و الکترود مسی به عنوان ابزار و تجزیه و تحلیل واریانس برای اعتبار سنجی آزمایشگاهی استفاده می شود. نتایج نشان داد نانو ذرات سرامیکی اکسید تیتانیوم با توجه به ایتکه غیر هادی هستند تاثیر زیادی بر پارامترهای ماشینکاری ندارند و حین فرایند ماشینکاری تخلیه الکتریکی ذوب نمی شوند و شدت جریان و زمان روشنی بیشترین تاثیر بر نرخ براده برداری، سایش ابزار و زبری سطح دارند. با افزایش شدت جریان و زمان روشنی پالس سایش ابزار و زبری سطح زیاد شده و با افزایش زمان خاموشی پالس سایش ابزار کم می شود. به طور متوسط نرخ سایش الکترود ابزار در آلومینیوم 2024 تقویت شده با نانو ذرات اکسید تیتانیوم 5 درصد به میزان 46/3 درصد معادل 346/0گرم بیشتر از نمونه آلومینیوم 2024 از نظر وزنی است.

چکیده انگلیسی:

.Nano-particles used in metal matrix composites show a various range of mechanical, chemical and physical features, causing significant improvements in mechanical strength, hardness and thermal characteristics. They can also change the capability of machining. Electrical discharge machining is considered as an integrate part of hard metal machining. In this paper, the parameters of electrical discharge machining for aluminum composite material improved by Nano-particles of titanium dioxide have been studied. The purpose of this study was to evaluate the impacts of electrical current and voltage and pulse on and off-time on the material removal rate, tool wear rate and surface roughness. Kerosene as a dielectric and copper electrode were used to carry out the experiment. In addition, Analysis of variance was utilized to authenticate the experimental results. The result shows that Nano-particles titanium dioxide has trivial effects on machining parameters due to being insulators. They also do not melt in the process of electrical discharge machining. Moreover, the electrical current and the pulse on time have the most influence on the material removal rate, tool wear rate and surface roughness. By increasing the electrical current and pulse on time, tool wear rate and surface roughness have grown, while by increasing the pulse off time tool wear rate has decreased. The average wear rate of the electrode in the aluminum alloy 2024 reinforced with 5% titanium oxide nanoparticles is 46.3%, equivalent to 0.346 gr, more than the weight loss of the aluminum 2024 specimen.

منابع و مأخذ:

[1]     B. Chandra Kandpal, J. kumar & H. Singh, “Machining of aluminium metal matrix composites with electrical discharge machining - a reviewˮ, Materials Today, pp. 1665-1671, 2015.

 

[2]     Ch. Roy, Kh. Hussain Syed & P. Kuppan, “Machinablity of al/ 10%sic/ 2.5%tib2 metal matrix composite with powder-mixed electrical discharge machiningˮ, Procedia Technology, Vol. 25, pp. 1056- 1063, 2016.

 

[3]     M. Sivaraj & N. Selvakumar, “Experimental analysis of Al-TiC sintered nano composite on EDM process parameters using ANOVAˮ, Materials and Manufacturing Processes, Vol. 31, pp. 802-812, 2016.

 

[4]     S Gopalakannan1 & T Senthilvelan, “A parametric study of electrical discharge machining process parameters on machining of cast Al/B4C metal matrix nanocomposites, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineersˮ, Part B: J Engineering Manufacture, Vol. 227, pp. 993-1004, 2013.

 

[5]     C. Velmurugan, R. Subramanian, S. Thirugnanam & B. Ananadavel, “Experimental investigations on machining characteristics of Al 6061 hybrid metal matrix composites processed by electrical discharge machiningˮ, Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 3, No. 8, pp. 87-101, 2011.

 

[6]     Y. Lin, A. Wang, D. Wang & C. Chen, “Machining performance and optimizing machining parameters of Al2O3–TiC ceramics using EDM based on the taguchi methodˮ, Materials and Manufacturing Processes, Vol. 24, pp. 667-674, 2009.

 

[7]     N. P. Hung, L. J. Yang & K.W. Leong, “Electric discharges machining (EDM) of cast metal matrix compositesˮ, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 44, pp. 229-236, 1994.

 

[8]     K. M. Patel, P. M. Pandey & P. Venkateswara Rao, “Surface integrity and material removal mechanisms associated with the EDM of Al2 O3 ceramic compositeˮ, Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 27, pp. 892-899, 2009.

 

[9]     P. Narender Singh, K. Raghukandan, M. Rathinasabapathi & B. C. Pai, “Electrical discharge machining of Al- 10% SiC as cast metal matrix compositesˮ, Journal of Materials Processing Technology, pp. 1653-1657, 2004.

 

[10] D. Akshay, K. Pradeep & S. Inderdeep, “Experimental investigation and optimization in EDM of Al 6063 SiCp metal matrix compositeˮ, Journal of Machining and Machability of Materials, Vol. 3, pp. 293-308, 2008.

 

[11] R. Karthikeyan, P. R. Lakshmi Narayanan & R. S. Naagarazan, “Mathematical modeling for electric discharge machining of aluminium-silicon carbide particulate compositesˮ, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 87, No. 1-3, pp. 59- 63, 1999.

 

[12] V. Senthilkumar & B. U. Omprakash, “Effect of Titanium Carbide particle addition in the aluminium composite on EDM process parametersˮ, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 13, pp. 60-66, 2011.

 

[13] M. Kalayarasan & M. Murali, “Optimization process Parameters in edm using Taguchi method with grey relational analysis and topsis for ceramic compositesˮ, Journal of Engineering Research in Africa, Vol. 22, pp. 83-93, 2016.

 

[14] K. Padmavathi & R. Ramakrishnan, “Tribological properties of micro and nano TiO₂ reinforced aluminium metal matrix compositesˮ, Journal of Engineering and Technology, Vol. 9, pp. 3368-3373, 2017.

 

[15] S. Siddesha, T. D. Jagannath, T. R. Punith & N. S. Rakshith, “Effects of fabrication of aluminium 2024/Tio2 metal matrix compositeˮ, Journal of Innovative Research & Development, Vol. 5, pp. 174-177, 2016.

 

[16]    ب. مسعودی و س. دانشمند، "بررسی تأثیر پارامترهای ماشینکاری تخلیه الکتریکی، بر روی ماده مرکب پایه آلومینیوم 2024 با استفاده از تحلیل مقدار کل نرمال شده پارامترها(TNQL)  و نسبت سیگنال به نویز(S/N) "، فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد / سال یازدهم / شماره اول / بهار 1396.

 

[17] M. Ramulu, G. Paul & J. Patel, “EDM surface effects on fatigue strength of 15 vol.% SiCp/Al metal matrix composite materialˮ, Composite Structure, Vol. 54, pp. 79-86, 2001.