مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تجربی تلرانس‌های هندسی و صافی سطح در فرآیند ماشینکاری با جت آب و ساینده روی فولاد هاردوکس 400

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران
چکیده
در این تحقیق با استفاده از فرآیند ماشینکاری با جت آب و ساینده، قابلیت ماشینکاری فولاد هاردوکس ۴۰۰ به عنوان یکی از پرمصرف‌ترین مواد مورد استفاده در صنعت ورق‌سازی، مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا زبری سطح و تلرانس‌های هندسی (تختی، توازی و تعامد) به عنوان خروجی‌های فرآیند و فشار جت آب، درصد وزنی ذرات ساینده، فاصله نازل تا سطح قطعه‌کار و سرعت پیشروی نازل نیز به عنوان ورودی‌های فرآیند در نظر گرفته شدند. پس از انجام آزمون‌های ماشینکاری، تلرانس‌های هندسی توسط ماشین اندازه‌گیری مختصات و زبری سطح توسط دستگاه زبری‌سنج تماسی اندازه‌گیری شد. براساس نتایج به‌دست‌آمده مشاهده شد که با افزایش فشار، کاهش سرعت پیشروی، کاهش فاصله نازل تا سطح قطعه‌کار و افزایش درصد وزنی ذرات ساینده، کیفیت سطح بهتر شده و میزان خطاهای هندسی کاهش می‌یابد. اندازه‌گیری‌های صورت پذیرفته نشان داد که بهترین کیفیت سطح و تلرانس‌های هندسی به‌ازای فشار ۳۰۰مگاپاسکال، سرعت پیشروی ۱۰میلی‌متر بر دقیقه، درصد وزنی ساینده ۳۰% و فاصله نازل ۱میلی‌متر حاصل شده است. همچنین تکرار آزمون‌های تجربی نشان داد که محدوده خطای نسبی آزمون‌ها در اکثر حالات کمتر از ۱۰% بوده که بیانگر تکرارپذیری بالای نتایج به‌دست‌آمده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Study of Geometric Tolerances and Surface Roughness in Abrasive Water Jet Machining Process of Hardox 400 Steel

نویسندگان English

F. Pashmforoush
A. Hassanpour Babajan
R. Beyraghi Baranlou
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Maragheh, Maragheh, Iran
چکیده English

In this study, an abrasive water jet machining process was used to evaluate the machinability of Hardox 400 steel, as one of the most widely used materials in the sheet metal industry. In this regard, surface roughness and geometrical tolerances (flatness, parallelism, and perpendicularity) were considered as the machining outputs, and water jet pressure, the weight percentage of abrasive particles, nozzle gap and feed rate were considered as the process input parameters. Followed by machining tests, the measurement of geometrical tolerances and surface roughness was performed through coordinate measuring machine (CMM) and surface roughness tester, respectively. The obtained results indicate that by the increase of jet pressure, decrease of feed rate, decrease of nozzle gap and increase of abrasives particles weight fraction, the surface quality improves and the geometrical errors reduce. Also, it was observed that the best surface roughness and geometrical tolerances have been obtained in the case of water jet pressure of 300 MPa, the feed rate of 10 mm/min, the abrasive weight percentage of 30% and nozzle gap of 1 mm. By repeating the experimental tests, it was shown that the relative error of the obtained results is less than 10%, which indicates the high repeatability of the results.

کلیدواژه‌ها English

Abrasive Water Jet Machining
Surface roughness
Geometrical Tolerances
Hardox 400 Steel
Dhanawade A, Upadhyai R, Rouniyar A, Kumar S. Experimental study on abrasive water jet machining of PZT ceramic. Journal of Physics: Conference Series. 2017;870:012019. [Link] [DOI:10.1088/1742-6596/870/1/012019]
Yue Z, Huang C, Zhu H, Wang J, Yao P, Liu ZW. Optimization of machining parameters in the abrasive waterjet turning of alumina ceramic based on the response surface methodology. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014;71:2107-2114. [Link] [DOI:10.1007/s00170-014-5624-y]
Chithirai Pon Selvan M, Mohana Sundara Raju N. Abrasive waterjet cutting surfaces of ceramics - an experimental investigation. International Journal of Advanced Scientific Engineering and Technologies Research. 2012;1(3):52-59. [Link]
Xu S, Wang J. A study of abrasive waterjet cutting of alumina ceramics with controlled nozzle oscillation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2005;27:693-702. [Link] [DOI:10.1007/s00170-004-2256-7]
Murugan M, Gebremariam MA, Hamedon Z, Azhari A. Performance analysis of abrasive waterjet machining process at low pressure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;319:012051. [Link] [DOI:10.1088/1757-899X/319/1/012051]
Nagendra Prasad K, John Basha D, Varaprasad KC. Experimental investigation and analysis of process parameters in abrasive jet machining of Ti-6Al-4V alloy using taguchi method. Materials Today: Proceedings. 2017;4(10):10894-10903. [Link] [DOI:10.1016/j.matpr.2017.08.044]
Kumaran ST, Ko TJ, Uthayakumar M, Islam MM. Prediction of surface roughness in abrasive water jet machining of CFRP composites using regression analysis. Journal of Alloys and Compounds. 2017;724:1037-1045. [Link] [DOI:10.1016/j.jallcom.2017.07.108]
Li H, Wang J. An experimental study of abrasive waterjet machining of Ti-6Al-4V. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015;81:361-369. [Link] [DOI:10.1007/s00170-015-7245-5]
Amirabadi H, Foorginejad A, Ahmadi Mojaveri M. Cutting of Ti-6Al 4V titanium alloy using abrasive water jet and multiobjective optimization of geometry features. Modares Mechanical Engineering. 2015;14(16):67-75. [Persian] [Link]
Bubo MN, Muthukrishnan N. Investigation on surface roughness in abrasive water-jet machining by response surface method. Materials and Manufacturing Processes. 2014;29(11-12):1422-1428. [Link] [DOI:10.1080/10426914.2014.952020]
Zohoor M, Zohourkari I, Cacciatore F, Annoni M. Influence of machining parameters on part geometrical error in abrasive waterjet offset-mode turning. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2015;229(12):2125-2133. [Link] [DOI:10.1177/0954405414548462]
Filip AC, Vasiloni MA, Mihail LA. Experimental research on the machinability of Hardox steel by abrasive waterjet cutting. MATEC Web Conferences. 2017;94:1-8. [Link] [DOI:10.1051/matecconf/20179403003]
Löschner P, Jarosz K, Niesłony P. Investigation of the effect of cutting speed on surface quality in abrasive water jet cutting of 316L stainless steel. Procedia Engineering. 2016;149:276-282. [Link] [DOI:10.1016/j.proeng.2016.06.667]
Sunkara JK, Charan Teja P, Eshwariaha B, Harshvardhan Reddy K. Experimental control of kerf width taper during abrasive water jet machining. FME Transactions. 2019;47:585-590. [Link] [DOI:10.5937/fmet1903585S]
Nguyen T, Wang J. A review on the erosion mechanisms in abrasive waterjet micromachining of brittle materials. International Journal of Extreme Manufacturing. 2019;1:012006. [Link] [DOI:10.1088/2631-7990/ab1028]
Doreswamy D, Shivamurthy B, Anjaiah D, Sharma NY. An investigation of abrasive water jet machining on graphite/glass/epoxy composite. International Journal of Manufacturing Engineering. 2015;2015:Article ID 627218. [Link] [DOI:10.1155/2015/627218]
Jiang S, Xia Y, Popescu R, Mihai C, Tan K. Cutting capability equation of abrasive suspension jet. WJTA American Waterjet Conference. Unknown Date, Unknown Location. Unknown Publisher; 2005. [Link]
Liu D, Huang C, Wang J, Zhu H, Yao P, Liu ZW. Modeling and optimization of operating parameters for abrasive waterjet turning alumina ceramics using response surface methodology combined with Box-Behnken design. Ceramics International. 2014;40(6):7899-7908. [Link] [DOI:10.1016/j.ceramint.2013.12.137]
Nair A, Kumanan S. Multi-performance optimization of abrasive water jet machining of Inconel 617 using WPCA. Materials and Manufacturing Processes. 2017;32(6):693-699. [Link] [DOI:10.1080/10426914.2016.1244844]
Liu D, Zhu H, Huang C, Wang J, Yao P. Prediction model of depth of penetration for alumina ceramics turned by abrasive waterjet-finite element method and experimental study. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;87:2673-2682. [Link] [DOI:10.1007/s00170-016-8600-x]
Haj Mohammad Jafar R, Spelt JK, Papini M. Numerical simulation of surface roughness and erosion rate of abrasive jet micro-machined channels. Wear. 2013;303(1-2):302-312. [Link] [DOI:10.1016/j.wear.2013.03.021]