مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه زبری، بافت سطح و نیروهای برشی در تراشکاری پرداخت فولاد سخت‌کاری شده 1191/1 با استفاده از ابزار برشی بافت‌دار

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در این پژوهش، اثر روش بافت‌دار کردن سطح براده ابزار در بهبود کیفیت سطح در فرایند تراشکاری فولاد 1191/1 با سختی 45 راکول‌سی (ماشین‌کاری سخت) مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور، با فرض بافت حفره‌ای منظم ابزار، پارامترهای قطر، گام و عمق حفره و همچنین فاصله الگو از لبه برش اصلی ابزار در سه سطح، تغییر داده شد. با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی، نه آزمایش (ابزار) طراحی شد و به منظور اطمینان از نتایج بدست ‌آمده، آزمایش‌ها در حالت خشک و روانکاری شده در دو مرتبه تکرار شدند. نیروهای ماشین‌کاری در حین انجام آزمایش‌ها و زبری سطح قطعه نهایی در دو حالت ماشین‌کاری با روانکار و خشک اندازه‌گیری گردید. نتایج نشان داد که در تراشکاری با ابزار بافت‌دار به همراه روانکار، تغییر پارامترهای گام الگوی بافت و فاصله الگو از لبه برش در بازه مورد بررسی، به ترتیب تا 6/57% و 2/39% زبری سطح قطعه‌کار را افزایش دادند. این درحالی است که افزایش قطر حفره بافت، به‌واسطه کاهش سطح تماس ابزار با براده تولیدی و روان‌کاری بهتر موضع برش، توانست تا 7/40% زبری سطح قطعه‌کار را بهبود بخشد. پارامتر عمق حفره‌های بافت ابزار نیز تاثیر معنی‌داری بر بهبود روان‌کاری و کاهش زبری سطح نهایی نداشت. در حالت تراشکاری خشک، افزایش قطر بافت سطح و کاهش گام الگوی حفره‌ها، به‌ترتیب زبری سطح را تا 6/10% و 29% کاهش دادند. بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی نیز حاکی از تولید سطحی یکنواخت‌تر در تراشکاری با ابزار بافت‌دار بهینه بود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Study of Surface Roughness, Topography, and Cutting Forces in Finish Turning of 1.1191 Hardened Steel Using Textured Cutting Tool

نویسندگان English

Mohammad Yazdani Khameneh
Mohsen Sadr
Amir Rasti
Mohammad Hossein Sadeghi
Tarbiat Modares University
چکیده English

The effect of texturing the tool rake surface on the surface quality in hard turning of 1191/1 steel with a surface hardness of 45 HRC was studied in this research. The pattern parameters including, cavity diameter, pitch, and depth, as well as the pattern distance from the main cutting edge were changed in 3 levels, assuming the cutting tool with regular cavity texture. Nine tests were designed using the Taguchi DOE and conducted in dry and lubricated conditions with 2 repeats. Machining forces during the tests and surface roughness of the machined workpieces were measured in machining under lubricated and dry conditions. The results showed that in turning with a textured tool under lubrication, changing the parameters of the texture pitch and the distance from the cutting edge increased the surface roughness of the workpiece by 57.6% and 39.2%, respectively. This is while the increase in the diameter of the tissue cavity, due to the reduction of the contact area in the tool-chips interface and better lubrication near the cutting region, improved the surface roughness up to 40.7%. The cavities depth of also did not have a significant effect on improving lubrication and reducing the roughness of the final surface. In dry turning, increasing the cavities diameter in texture and decreasing the pattern pitch, reduced the surface roughness by 10.6% and 29%, respectively. Examining the SEM images also indicated the production of the workpiece surface with smoothed texture when turning using optimized textured tool.

کلیدواژه‌ها English

Tool Texture
Hard Turning
Lubricating
Surface integrity
Cutting forces
1. Rasti, A. and M. Yazdani Khameneh, Experimental Analysis of Residual Stresses Distribution Using Nano indentation Method in Hole Making Strategies. Modares Mechanical Engineering, 2023. 23(7): p. 405-414.
2. Fatima, A., D.J. Whitehead, and P.T. Mativenga, Femtosecond laser surface structuring of carbide tooling for modifying contact phenomena. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2014. 228(11): p. 1325-1337.
3. Wenlong, S., et al., Cutting performance of cemented-carbides-based self-lubricated tool embedded with different solid lubricants. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2011. 52: p. 477-485.
4. Ze, W., et al., Performance of the self-lubricating textured tools in dry cutting of Ti-6Al-4V. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012. 62: p. 943-951.
5. Xing, Y., et al., Cutting performance and wear characteristics of Al2O3/TiC ceramic cutting tools with WS2/Zr soft-coatings and nano-textures in dry cutting. Wear, 2014. 318(1-2): p. 12-26.
6. Gajrani, K.K., R.P.K. Reddy, and M.R. Sankar, Experimental comparative study of conventional, micro-textured and coated micro-textured tools during machining of hardened AISI 1040 alloy steel. International Journal of Machining and Machinability of Materials, 2016. 18(5-6): p. 522-539.
7. Dinesh, S., V. Senthilkumar, and P. Asokan, Experimental studies on the cryogenic machining of biodegradable ZK60 Mg alloy using micro-textured tools. Materials and Manufacturing Processes, 2017. 32(9): p. 979-987.
8. Jesudass Thomas, S. and K. Kalaichelvan, Comparative study of the effect of surface texturing on cutting tool in dry cutting. Materials and Manufacturing Processes, 2018. 33(6): p. 683-694.
9. Roushan, A., Influence of laser parameters on the machining performance of textured cutting tools. Optics & Laser Technology, 2023. 165: p. 109569.
10. Samant, A., et al. Performance improvement through textured cutting tool during machining hard-to-cut materials: A review. in AIP Conference Proceedings. 2024. AIP Publishing.
11. Hedayati, H., et al., Solid Lubricants Used in Extreme Conditions Experienced in Machining: A Comprehensive Review of Recent Developments and Applications. Lubricants, 2024. 12(3): p. 69.
12. Sharma, R., S. Pradhan, and R.N. Bathe, Machinability Aspects of Non-Textured and Micro-Textured Cutting Inserts in Turning of Titanium gr 2. Surface Review and Letters (SRL), 2024. 31(02): p. 1-14.
13. Roy, R.S. and K. Maity, Vibration-Assisted Turning Simulation With Textured Tools: A Numerical Investigation. Surface Review and Letters (SRL), 2024. 31(01): p. 1-18.
14. Rasti, A., M.H. Sadeghi, and S.S. Farshi, An investigation into the effect of surface integrity on the fatigue failure of AISI 4340 steel in different drilling strategies. Engineering Failure Analysis, 2019. 95: p. 66-81.