مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی تجربی اثر پارامترهای ماشینکاری بر کیفیت سطح در تراشکاری کامپوزیت پایه آلومینیوم تقویت شده با ذرات Mg2Si

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده
مواد کامپوزیتی با پایه آلومینیوم به دلیل خواص مهندسی برجسته‌ای که دارند، جایگاه مهمی در صنایع مختلف پیدا کرده‌اند، به خصوص کامپوزیت‌های آلومینیومی که با مواد سخت مانند ذرات سلیسید منیزیم تقویت شده‌اند. این مقاله به بررسی تأثیر پارامترهای ماشینکاری مانند سرعت دورانی، عمق برش، نرخ پیشروی و روانکاری بر کیفیت سطح در فرایند تراشکاری کامپوزیت Al-Mg2Si پرداخته است. طراحی آزمایشات بر اساس روش تاگوچی انجام شده و شامل شانزده آزمایش در دو نوع شرایط ماشینکاری، خشک و مرطوب، بوده است. کیفیت سطح با استفاده از دستگاه زبری‌سنج اندازه‌گیری شده و سپس با استفاده از نرم‌افزار مینی تب، تحلیل واریانس و نسبت SN برای مقایسه شرایط ماشینکاری و تأثیر هر یک از پارامترهای ورودی بر کیفیت سطح کامپوزیت بررسی شده است و در انتها مدل رگرسیونی برای آن برازش شده است. نتایج تحلیل واریانس نشان داده که نرخ پیشروی و عمق برش به ترتیب بیشترین تأثیر را بر کیفیت سطح دارند و دارای آستانه بهینه‌ای هستند. همچنین، نتیجه گرفته شده که در پارامترهای ماشینکاری بهبود یافته، استفاده از سیال برشی برای رسیدن به کیفیت سطح ضرورت ندارد و فقط بر بهبود آن در اهداف ایده‌آل اثر گذار است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental investigation of the effects of machining parameters on surface quality in turning aluminum matrix composites reinforced with Mg₂Si particles

نویسندگان English

Mohammad Hasanifard 1
Reza Azarafza 2
Mohammad Hosein Alaee 3
Moslem Najafi 3
1 PhD Student, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Lavizan, Tehran, Iran
چکیده English

Composite materials based on aluminum, especially those reinforced with hard particles like magnesium silicide (Al-Mg2Si), gained significant importance in various industries due to their outstanding engineering properties. This article investigated the impact of machining parameters such as speed rate, depth of cut, feed rate, and lubrication on surface quality in the turning process of Al-Mg2Si composite. The experimental design followed the Taguchi method and included sixteen tests under two machining conditions: dry and wet. Surface quality was measured using a roughness tester, and Minitab software was employed for analysis of variance (ANOVA) and SN ratio to compare machining conditions and assess the influence of each input parameter on composite surface quality. A regression model was also fitted to the data. The ANOVA results indicated that feed rate and depth of cut had the most significant impact on surface quality and exhibited optimal thresholds. Additionally, it was concluded that, in improved machining parameters, the use of cutting fluid was not necessary for achieving surface quality and only influenced its enhancement towards ideal objectives.

کلیدواژه‌ها English

Surface Quality
Turning
Lubrication
Composite
Al-Mg2Si
[1] Ishida T, Noma K, Kakinuma Y, Aoyama T, Hamada S, Ogawa H, Higaino T. Helical milling of carbon fiber reinforced plastics using ultrasonic vibration and liquid nitrogen. Procedia Cirp. 2014 Jan 1;24:13-8. doi: 10.1016/j.procir.2014.07.139
[2] Lattanzi L, Awe SA. Thermophysical properties of Al-based metal matrix composites suitable for automotive brake discs. Journal of Alloys and Metallurgical Systems. 2024 Mar 1;5:100059. doi: 10.1016/j.jalmes.2024.100059
[3] Prathap Singh S, Ananthapadmanaban D. Effect of Silicon Nitride Particles on the Sliding Wear Characteristics of Functionally Graded Aluminium Composite. Journal of Materials Engineering and Performance. 2024 Mar;33(6):2875-96. doi: 10.1007/s11665-023-09011-z
[4] Gutema EM, Lemu HG. Conventional Machining of Metal Matrix Composites towards Sustainable Manufacturing—Present Scenario and Future Prospects. Journal of Composites Science. 2024 Sep 12;8(9):356. doi: 10.3390/jcs8090356 
[5] Biswas P, Mondal MK. Evaluation of a cast Al-Mg2Si composite for automobile disk-brake rotor application. Journal of Materials Engineering and Performance. 2024 Oct;33(20):11188-213. doi: 10.1007/s11665-023-08760-1
[6] Ruban SR, Dev Wins KL, Raja Selvam JD, S Rai R. Influence of turning parameters on the machinability of Al6061/ZrB2 & ZrC hybrid in-situ Aluminium Matrix Composite. Australian Journal of Mechanical Engineering. 2023 Aug 8;21(4):1218-29. doi: 10.1080/14484846.2021.1963081 
[7] 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
[8] Rajmohan T, Palanikumar K, Kathirvel M. Optimization of machining parameters in drilling hybrid aluminium metal matrix composites. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012 Jun 1;22(6):1286-97. doi: 10.1016/S1003-6326(11)61317-4
[9] Premnath AA. Studies on machining parameters while milling particle reinforced hybrid (Al6061/Al2O3/Gr) MMC. Particulate Science and Technology. 2015 Nov 2;33(6):682-92. doi: 10.1080/02726351.2015.1025457
[10] Kumar R, Chauhan S. Study on surface roughness measurement for turning of Al 7075/10/SiCp and Al 7075 hybrid composites by using response surface methodology (RSM) and artificial neural networking (ANN). Measurement. 2015 Apr 1;65:166-80. doi: 10.1016/j.measurement.2015.01.003
[11] Honarbakhsh Raouf A, Khorshidi R. Aluminum Matrix Composite Processing Methods. Semnan: Semnan University Press; 2013. [In Persian]
[12] Moradzadeh V, Danesh M, Arabgol F. Investigating the effect of fiber angle on the quality of the surface and delamination in the turning of epoxy composite reinforced with glass fiber. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Apr 21;10(2):14-21. doi: 10.22034/ijme.2023.418064.1848
[13] Safarabadi A, Tahmasbi V, Sousanabadi Farahani A, Zolfaghari M. Electrical discharge machining of metal matrix composite AZ91 magnesium alloy and investigation and optimization of the effect of input parameters on material removal rate and workpiece surface roughness. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022 Aug 23;9(6):59-69. doi: 10.22034/ijme.2022.160942 [In Persian]
[14] Hasanifard M, Niknam SA. Study of surface wear in coated carbide tools during turning of MO40 steel. In: The 17th National Conference and the 6th International Conference on Manufacturing Engineering; 2021; Tehran. [In Persian]
[15] Davoodi B, Tazehkandi AH. Experimental investigation and optimization of cutting parameters in dry and wet machining of aluminum alloy 5083 in order to remove cutting fluid. Journal of Cleaner Production. 2014 Apr 1;68:234-42. doi: 10.1016/j.jclepro.2013.12.056
[16] Molla Ramezani N, Davoodi B, Aberoumand M, Rezaee Hajideh M. Assessment of tool wear and mechanical properties of Al 7075 nanocomposite in friction stir processing (FSP). Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2019 Apr;41:1-4. doi: 10.1007/s40430-019-1683-1
[17] Bansal P, Upadhyay L. Effect of turning parameters on tool wear, surface roughness and metal removal rate of alumina reinforced aluminum composite. Procedia Technology. 2016 Jan 1;23:304-10. doi: 10.1016/j.protcy.2016.03.031
[18] Das M, Mishra D, Mahapatra TR. Machinability of metal matrix composites: a review. Materials Today: Proceedings. 2019 Jan 1;18:5373-81. doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.564
[19] Bhardwaj AR, Vaidya AM, Meshram PD, Bandhu D. Machining behavior investigation of aluminium metal matrix composite reinforced with TiC particulates. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). 2024 Jul;18(5):2911-25. doi: 10.1007/s12008-023-01378-6
[20] Chen S, Lu M, Lin J, Liu Q, Du Y, Zhao S. Finite element and experimental analysis of surface integrity and surface roughness of precision machining SiCp/Al. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2024 Apr 22:07316844241248511. doi: 10.1177/07316844241248511
[21] Fard RK, Afza RA, Teimouri R. Experimental investigation, intelligent modeling and multi-characteristics optimization of dry WEDM process of Al–SiC metal matrix composite. Journal of Manufacturing Processes. 2013 Oct 1;15(4):483-94. doi: 10.1016/j.jmapro.2013.09.002