مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی تاثیر عنصر استرانسیوم بر روی مساحت سایش یافته در سطح براده ابزار برشی حین فرایند تراشکاری کامپوزیت Al-Mg2Si با درصدهای مختلف Mg2Si

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
ایلناز کریمی برام 1
سید علی نیک‌نام 2
بهنام داودی 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.22034/ijme.2024.418231.1842
چکیده
امروزه ابزارهای برشی جدیدی با تکنولوژی پیشرفته برای افزایش بهره وری و بهبود قطعه های تولیدی ساخته شده اند. از سوی دیگر هر روزه مواد مهندسی و غیرمهندسی جدید با فناوری ها و کاربردهای منحصر به فرد وارد بازار می شوند که نیازمند روش‌های ماشینکاری نوین و ابزارهای برشی مخصوص هستند. همچنین نیاز فراوان به کاهش مصرف انرژی، ساخت اتومبیل‌هایی با بازده مناسب را گسترش داده است. کامپوزیت های پایه فلزی یکی از مواد مدرن و در حال توسعه هستند که در صنایع مختلف محبوبیت زیادی به دست آورده اند. از جمله این مواد می‌توان به Al-Mg2Si اشاره کرد که ویژگی‌های منحصر به فرد ترکیبب Mg2Si تقویت شده با آلومینیوم (Al) همچون چگالی پایین، قابلیت ریخته‌گری خوب و مقاومت به سایش بالا است. پژوهش‌های کاربردی در مورد ارزیابی توانایی ماشین‌کاری این دسته از مواد از جمله Al-Mg2Si نیازمند تحقیقات بیشتر است. لذا در این پژوهش، راهکارهای مناسب در جهت کاهش مساحت سایش سطح تراشه ابزار برشی در حین ماشینکاری کامپوزیت فلزی Al-Mg2Si با درصدهای وزنی متفاوتی از ترکیب شیمیایی Mg2Si مطالعه شده است. از این رو و بعد از ساخت چندین نمونه استوانه ای با فرایند ریخته گری القایی با درصدهای وزنی متفاوتی از ترکیب Mg2Si و مقدار ثابتی عنصر استرانسیوم، فرایند تراشکاری تحت شرایط برشی مشخص شدهای انجام یافت؛ سپس سطح براده ابزار با میکروسکوپ الکترونی روبشی تصویربرداری و تحلیل شد. بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی، عنصر استرانسیوم باعث ریز‌ساختار شدن کامپوزیت و در نتیجه کاهش سایش سطح براده ابزار گردید. با افزایش درصد ترکیب Mg2Si در حضور استرانسیوم که خود باعث بهسازی خواص مکانیکی از جمله استحکام و شکل پذیری کامپوزیت میگردد نیز کاهش 54٪  سایش سطح براده ابزار حین افزایش سرعت برشی مشاهده شد.
کلیدواژه‌ها
Al-Mg2Si
سایش ابزار
ماشین‌کاری
کامپوزیت‌های پایه فلزی

عنوان مقاله English

Investigating the effect of Sr element on the wear area on the cutting tool rake surface during turning Al-Mg2Si with different percentages of Mg2Si

نویسندگان English

Ilnaz Karimi Beram 1
Seyed Ali Niknam 2
Behnam Davoodi 3
1 MSc Student, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Associate Professor, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Nowadays, to increase productivity and improve the technical and geometrical aspects of products, new cutting tools with advanced technology have been developed. On the other hand, each day new engineering and non-engineering materials with unique features and applications turn into the market, which require unique machining methods and cutting tools. Metal matrix composites (MMCs) are one of the modern and developing materials that have gained great popularity in various industries. However, applied research works about the evaluation of their machinability still require additional studies. Amongst, Al-Mg2Si is one of these materials. Therefore, the solution for decreasing the area of wear on the flank size of the cutting tool in the machining of Al-Mg2Si with different percentages of Mg2Si was proposed.  Therefore, at the first step, the cylindrical samples were fabricated by induction casting, each containing a uniform percentage of strontium (Sr) element. Thereafter, a scanning electron microscope (SEM) for image processing and analysis of the cutting tool surface. Finally, it was observed that the Sr element significantly reduced the area of wear land of the tool rake face. In addition, lower wear area was observed at a higher percentage of Mg2Si and cutting speed.

کلیدواژه‌ها English

Al-Mg2Si
Tool Wear
Machining
Metal Matrix Composites
[1] Okokpujie IP, Ikumapayi OM, Okonkwo UC, Salawu EY, Afolalu SA, Dirisu JO, Nwoke ON, Ajayi OO. Experimental and mathematical modeling for prediction of tool wear on the machining of aluminium 6061 alloy by high speed steel tools. Open Engineering. 2017 Dec 29;7(1):461-9. ⦁    doi: 10.1515/eng-2017-0053
[2] Lu C. Study on prediction of surface quality in machining process. Journal of materials processing technology. 2008 Aug 26;205(1-3):439-50. ⦁    doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.11.270
[3] Vilches FT. Análisis paramétrico del mecanizado en seco de la aleación UNS A97075 (Doctoral dissertation, PhD Thesis, University of Málaga).
[4] Martin-Bejar S, Trujillo FJ, Sevilla L, Marcos M. Indirect adhesion wear parametric analysis in the dry turning of UNS A97075 Alloys. Procedia Manufacturing. 2017 Jan 1;13:418-25. ⦁    doi: 10.1016/j.promfg.2017.09.036
[5] Okokpujie IP, Ohunakin OS, Bolu CA, Okokpujie KO. Experimental data-set for prediction of tool wear during turning of Al-1061 alloy by high speed steel cutting tools. Data in brief. 2018 Jun 1;18:1196-203. ⦁    doi: 10.1016/j.dib.2018.04.003
[6] Bhushan RK, Kumar S, Das S. Effect of machining parameters on surface roughness and tool wear for 7075 Al alloy SiC composite. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2010 Sep;50:459-69. ⦁    doi: 10.1007/s00170-010-2529-2
[7] Sundaramoorthy R, Ravindran R. Tool wear optimization in CNC milling operation of Al–Mg2Si alloys by Taguchi method. SN Applied Sciences. 2019 Sep;1(9):1093. ⦁    doi: 10.1007/s42452-019-1100-5
[8] Seth PP, Parkash O, Kumar D. Structure and mechanical behavior of in situ developed Mg 2 Si phase in magnesium and aluminum alloys–a review. RSC advances. 2020;10(61):37327-45. ⦁    doi: 10.1039/D0RA02744H
[9] Qin Q, Zhao H, Zhang Y, Li J, Wang Z. Microstructures and mechanical properties of Al-Mg2Si-Si alloys resistance spot welded with Al-Si interlayers. Journal of Materials Research and Technology. 2019 Sep 1;8(5):4318-32. ⦁    doi: 10.1016/j.jmrt.2019.07.043
[10] Barzani MM, Farahany S, Songmene V. Machinability characteristics, thermal and mechanical properties of Al-Mg2Si in-situ composite with bismuth. Measurement. 2017 Nov 1;110:263-74. ⦁    doi: 10.1016/j.measurement.2017.06.028
[11] Soren TR, Kumar R, Panigrahi I, Sahoo AK, Panda A, Das RK. Machinability behavior of aluminium alloys: A brief study. Materials Today: Proceedings. 2019 Jan 1;18:5069-75. ⦁    doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.502
[12] Sougavabar MA, Niknam SA, Davoodi B. Experimental characterization of tool wear morphology in milling of Al520-MMC reinforced with SiC particles and additive elements Bi and Sn. Journal of Materials Research and Technology. 2023 May 1;24:571-85. ⦁    doi: 10.1016/j.jmrt.2023.03.006
[13] Korkmaz ME, Gupta MK, Çelik E, Ross NS, Günay M. Tool wear and its mechanism in turning aluminum alloys with image processing and machine learning methods. Tribology International. 2024 Mar 1;191:109207. ⦁    doi: 10.1016/j.triboint.2023.109207
[14] Silva FJ, Sebbe NP, Costa RD, Pedroso AF, Sales-Contini RC, Barbosa ML, Martinho RP. Investigations on the Surface Integrity and Wear Mechanisms of TiAlYN-Coated Tools in Inconel 718 Milling Operations. Materials. 2024 Jan 17;17(2):443. doi: 10.3390/ma17020443