مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

مطالعه اثر پارامترهای برشی و حالات روانکاری خشک و نیمه خشک در انتشار ذرات ریز و فوق ریز حین ماشینکاری کامپوزیت فلزی پایه تیتانیوم (Ti-MMC)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، اکول تکنولوژی دانشگاه کبک، مونترال، کانادا
چکیده
کامپوزیت پایه فلزی تیتانیوم (Ti-MMC) در محصولات و بخش ­های مختلف صنعتی جایگزینی مناسب برای آلیاژهای تیتانیوم است. به علت وجود ذرات سرامیکی سخت و ساینده در ماتریس‌های فلزی این ماده، ماشینکاری این دسته از مواد سخت و معمولاً با روانکاری انجام می­ شود. اندازه و ترکیب ذرات و غبار حاصله در طی فرایندهای روانکاری-ماشینکاری، از جمله فاکتورهای مهم و اصلی در تشخیص و تعیین درجه سمی بودن آلودگی­ های به­دست آمده محیطی هستند. ذرات غبار معلق در اندازه ­های 5/2-10 میکرون در نای و نایژه­ ها مانده و ذرات بزرگتر از ۱۰ میکرون به طور معمول در قفسه سینه و بینی قرار می­ گیرند. نظر به مطالعات اندک در این حوزه، اثرات پارامترهای برشی و حالات روانکاری  بر انتشار ذرات فوق ‌ریز و ریز در حین ماشینکاری Ti-MMC مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس مشاهدات تجربی، اثرات پوشش و سرعت جریان بر کاهش تعداد ذرات فوق ریز واضح بودند. فارغ از نوع پوشش ابزارهای برشی، استفاده از دبی بیشتر در سیال برشی منجر به کاهش ذرات ریز شد و بالعکس هیچ اثر قابل توجهی بر روی ذرات فوق ریز مشاهده نشد. در شرایط برشی مشابه، سطوح بالاتری از ذرات ریز در حالت استفاده از ابزارهای بدون پوشش مشاهده شد. در ابزار بدون پوشش، ذرات فوق ریز کمتری در حالت استفاده از جریان سیال بیشتر مشاهده شد. به طور مشابه در ابزار پوشش داده شده، به جز سطح پایین سرعت برشی، کمترین مقادیر ذرات هنگام استفاده از ابزار پوشش داده شده در بالاترین سطوح دبی و سرعت مشاهده شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study the effects of cutting parameters and lubrication conditions on the fine and ultrafine particles in machining titanium-metal matrix composite (Ti-MMC)

نویسندگان English

Seyed Ali Niknam 1
Victor Songmene 2
1 Assistant Professor, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, École de Technologie Supérieure (ÉTS), Université du Québec, Montreal, Canada
چکیده English

Titanium metal matrix composite (Ti-MMC) is a suitable alternative for titanium alloys in various products and industrial sectors. Due to the presence of hard and abrasive ceramic particles in the matrix of such material, machining of Ti-MMc is generally conducted under lubrication conditions. The size and composition of particles and dust resulting from machining processes are among the critical and primary factors in determining the toxicity of environmental pollution. Aerosol emission of 2.5-10 microns remains in the trachea and bronchioles, and particles larger than 10 microns are usually located in the chest and nose. Considering limited studies in this domain, the effects of cutting parameters and lubrication conditions on the concentration of ultrafine and fine particles during machining Ti-MMC were studied in this work. The effects of coating and flow rate on dust emission reduction were tangible based on experimental observations. Regardless of the coating type, using a higher flow rate in the cutting fluid led to reduced fine particles and vice versa; no significant effect was observed on ultrafine particles. In similar cutting conditions, higher levels of fine particles were observed when using uncoated tools. In addition, on the coated tool, except for the low levels of cutting speed, the lowest values of ultrafine particles were observed in addition to high levels of cutting speed and flow rate.

کلیدواژه‌ها English

Metal Matrix Composite (MMC)
Machining
Particle Emission
Lubrication
[1] Tayyebati M, Ahmadi H, Liaghat G. Experimental and numerical investigation on crushing of metal-composite hybrid energy absorber under a quasi-static loading. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2020 Jan 21;6(8):54-66.
[2] Ronaghi A, Jabbari Mostahsan A, Sedighi M. Effect of magnesium particle size on compressive strength of Mg/Hydroxyapatite porous bio-composite. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023;10(2):33-40. doi: 10.22034/ijme.2023.420947.1861 [In Persian]
[3] Niknam SA, Khettabi R, Songmene V. Machinability and machining of titanium alloys: a review. Machining of titanium alloys. 2014:1-30. doi: 10.1007/978-3-662-43902-9_7
[4] Kouam J, Songmene V, Djebara A, Khettabi R. Effect of friction testing of metals on particle emission. Journal of materials engineering and performance. 2012 Jun;21:965-72. doi: 10.1007/s11665-011-9972-6
[5] Zaghbani I, Songmene V, Khettabi R. Fine and ultrafine particle characterization and modeling in high-speed milling of 6061-T6 aluminum alloy. Journal of materials engineering and performance. 2009 Feb;18:38-48. doi: 10.1007/s11665-008-9265-x
[6] Khettabi R, Songmene V, Zaghbani I, Masounave J. Modeling of particle emission during dry orthogonal cutting. Journal of materials engineering and performance. 2010 Aug;19:776-89. doi: 10.1007/s11665-009-9538-z
[7] Khettabi R, Songmene V, Masounave J. Effect of tool lead angle and chip formation mode on dust emission in dry cutting. Journal of Materials Processing Technology. 2007 Nov 1;194(1-3):100-9. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.04.005
[8] Kremer A, El Mansori M. Influence of nanostructured CVD diamond coatings on dust emission and machinability of SiC particle-reinforced metal matrix composite. Surface and Coatings Technology. 2009 Dec 25;204(6-7):1051-5. doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.06.012
[9] Hou TH, Su CH, Liu WL. Parameters optimization of a nano-particle wet milling process using the Taguchi method, response surface method and genetic algorithm. Powder technology. 2007 Apr 30;173(3):153-62. doi: 10.1016/j.powtec.2006.11.019
[10] Zaghbani I, Songmene V, Khettabi R. Fine and ultrafine particle characterization and modeling in high-speed milling of 6061-T6 aluminum alloy. Journal of materials engineering and performance. 2009 Feb;18:38-48. doi: 10.1007/s11665-008-9265-x
[11] Kouam J, Songmene V, Djebara A, Khettabi R. Effect of friction testing of metals on particle emission. Journal of materials engineering and performance. 2012 Jun;21:965-72. doi: 10.1007/s11665-011-9972-6
[12] Zhang XP, Shivpuri R, Srivastava AK. A new microstructure-sensitive flow stress model for the high-speed machining of titanium alloy Ti–6Al–4V. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2017 May 1;139(5):051006. doi: 10.1115/1.4035037
[13] Aramesh M, Attia HM, Kishawy HA, Balazinski M. Observation of a unique wear morphology of cBN inserts during machining of titanium metal matrix composites (Ti-MMCs); leading to new insights into their machinability. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017 Sep;92:519-30. doi: 10.1007/s00170-017-0146-z
[14] Zadeh SK. Initial tool wear mechanisms in turning of titanium metal matrix composites. Ecole Polytechnique, Montreal (Canada); 2016.
[15] Bejjani R, Balazinski M, Attia H, Plamondon P, L’Éspérance G. Chip formation and microstructure evolution in the adiabatic shear band when machining titanium metal matrix composites. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2016 Oct 1;109:137-46. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2016.08.001
[16] Aramesh M. Machinability of titanium metal matrix composites (Ti-MMCs) (Doctoral dissertation, École Polytechnique de Montréal).
[17] Bejjani R. Machinability and modeling of cutting mechanism for titanium metal matrix composites (Doctoral dissertation, École Polytechnique de Montréal).
 [18] Bejjani R, Shi B, Attia H, Balazinski MJ. Laser assisted turning of titanium metal matrix composite. CIRP annals. 2011 Jan 1;60(1):61-4. doi: 10.1016/j.cirp.2011.03.086
[19] Asgari A. Cutting Conditions Optimisation of Titanium Metal Matrix Composites in Turning and Face Milling (Doctoral dissertation, École Polytechnique de Montréal).
[20] Niknam SA, Kouam J, Songmene V, Balazinski M. Dry and semi-dry turning of titanium metal matrix composites (Ti-MMCs). Procedia CIRP. 2018 Jan 1;77:62-5. doi: 10.1016/j.procir.2018.08.215
[21] Duong X, Mayer JR, Balazinski M. Initial tool wear behavior during machining of titanium metal matrix composite (TiMMCs). International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2016 Nov 1;60:169-76. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2016.07.021