مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی و پیش‌بینی زبری و میکروسختی سطح در فرآیند بال‌برنیشینگ عمیق با رویکرد یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس- دانشکده فنی و مهندسی- دانشکده مهندسی مکانیک
10.48311/mme.2026.118727.82926
چکیده
کیفیت سطح قطعات به‌طور مستقیم بر عملکرد و طول عمر آن‌ها تأثیر می‌گذارد. فرایندهای ماشین‌کاری متداول، به‌ویژه در شرایطی که زبری سطح بالا و تنش‌های کششی ایجاد می‌شود، قادر به تضمین کیفیت نهایی سطح نیستند. در نتیجه، استفاده از روش‌های اصلاح سطح مانند بال‌برنیشینگ عمیق (DBB) برای بهبود کیفیت سطح ضروری است. در این مطالعه، اثر هم‌زمان پارامترهای مؤثر در DBB شامل قطر گوی، عمق نفوذ و نرخ پیشروی بر شاخص‌های کیفیت سطح؛ Ra، Rz و میکروسختی سطح، مورد تحلیل قرار گرفت. با استفاده از مدل‌های پیشرفته یادگیری ماشین، به‌ویژه مدل SVR، پیش‌بینی دقیقی از این شاخص‌ها انجام شد. مدل SVR با R² برابر با 0.925، 0.942 و 0.91 به‌ترتیب برای Ra، Rz و میکروسختی، بهترین عملکرد را از خود نشان داد. همچنین مدل XGBoost نیز نتایج قابل قبولی داشت، اما دقت آن در مقایسه با مدل SVR پایین‌تر بود. به‌کارگیری نمودارهای وابستگی جزئی، امکان ارزیابی کمّی اثرات نسبی پارامترهای ورودی را فراهم کرد، به‌گونه‌ای که عمق نفوذ برنیشینگ به‌عنوان پارامتر غالب در تمامی خروجی‌ها شناسایی شد و در حدود 41 تا 47 درصد از تغییرات پیش‌بینی‌شده کیفیت سطح را به خود اختصاص داد. با این حال، قطر گوی و نرخ پیشروی نیز با سهم‌های قابل‌توجه، هر یک در بازه‌ای حدود 23 تا 30 درصد، تأثیر معناداری بر پارامترهای کیفیت سطح نشان دادند که بیانگر نقش غیرقابل‌چشم‌پوشی آن‌ها در تنظیم و بهینه‌سازی فرایند DBB است. در مجموع، این مطالعه یک رویکرد نوین با استفاده از مدل‌های یادگیری ماشین برای تحلیل و بهینه‌سازی فرایند DBB و بهبود کیفیت سطح ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Evaluation and Prediction of Surface Roughness and Microhardness in the Deep Ball Burnishing Process Using Machine Learning Approach

نویسندگان English

Javad Kazemi
Amir Rasti
Alireza Zarhoon
Faculty of Mechanical Engineering-Tarbiat Modares University
چکیده English

Surface quality of engineering components directly affects their performance and service life. Conventional machining processes, particularly under conditions that induce high surface roughness and tensile residual stresses, are often unable to ensure the desired final surface quality. Consequently, the application of surface enhancement techniques such as deep ball burnishing (DBB) is essential for improving surface integrity. In this study, the combined effects of key DBB process parameters, including ball diameter, penetration depth, and feed rate, on surface quality indices—Ra, Rz, and surface microhardness—were analyzed. Advanced machine learning models were employed for predictive modeling, with the SVR model demonstrating the best performance, achieving R² values of 0.925, 0.942, and 0.910 for Ra, Rz, and microhardness, respectively. Although the XGBoost model also produced acceptable predictions, its accuracy was lower than that of SVR. The use of partial dependence plots (PDPs) enabled a quantitative assessment of the relative influence of the input parameters, revealing that burnishing penetration depth was the dominant factor for all outputs, accounting for approximately 41–47% of the predicted variations in surface quality. Nevertheless, ball diameter and feed rate also exhibited substantial contributions, each ranging from approximately 23–30%, highlighting their non-negligible roles in DBB process control and optimization. Overall, this study presents a novel machine-learning-based framework for analyzing and optimizing the DBB process to enhance surface quality.

کلیدواژه‌ها English

Deep Ball Burnishing
Surface Quality
Microhardness
Machine Learning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 20 بهمن 1404