مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بهینه‌سازی سوراخکاری کامپوزیت‌های زمینه فلزی AA7075 با استفاده از روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
چکیده
کامپوزیت‌های زمینه ریخته گری آلومینیومی تقویت شده با ذرات سرامیکی به دلیل خواص عالی مانند وزن سبک، استحکام بالا و افزایش سختی، به طور گسترده در هواپیما و در ساخت قطعات خودرو استفاده می‌شود. در این کار تحقیقاتی از کامپوزیت‌های زمینه فلزی تقویت شده با AA7075/BN استفاده شده است. پودر سرامیک نیترید بور با درصد وزنی مختلف مانند (0، 4 و 8) اضافه می‌شود. آزمایش‌های سوراخکاری بر روی کامپوزیت‌های ساخته شده از طریق دستگاه سوراخکاری عمودی CNC با استفاده از مته کاملاً کاربیدی و با تغییر پارامترهای فرآیند مانند سرعت اسپیندل، پیشروی و زاویه راس مته انجام می‌شود. پس از آن با تغییر زاویه ابزار برش (118 درجه، 108 درجه و 98 درجه)، آزمایش سوراخکاری انجام می‌شود. دینامومتر ابزار فرز برای تشخیص نیروی محوری در حین سوراخکاری استفاده می‌شود. روش سطح پاسخ برای بهینه‌سازی پاسخ های خروجی نیروی محوری و اثرات زبری سطح از کامپوزیت‌های زمینه فلزی سوراخکاری شده استفاده می‌شود. تنظیم پارامترهای آزمایشی با فاکتورهای طراحی L27 Box–Behnken و با چهار فاکتور سه سطح انجام می‌شود. این بررسی نشان داده است که پیشروی و زاویه راس از عوامل تأثیرگذار اصلی بر نیروی محوری و زبری سطح هستند. زیرا دلیل این امر آن است که با افزایش پیشروی، براده بیشتری در هر دور برداشته می‌شود و بنابراین نیروی بیشتری برای شکستن و خروج این براده‌ها نیاز است. افزایش پیشروی نیز باعث افزایش زبری سطح شده و همچنین زاویه راس و افزایش زاویه راس مته بر کیفیت سطح نهایی تاثیر دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Optimization of drilling of AA7075 metal matrix composites using response surface method

نویسندگان English

Sepehr Aeinehbandi 1
Majid Ghoreishi 2
Amirreza Ghasemi Jabal 1
Mohammad Mahdi Mehrafshan 1
1 MSc Student, Faculty of Mechanical Engineering, K.N.Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, K.N.Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Cast aluminum matrix composites reinforced with ceramic particles are widely used in aircraft and automotive parts due to their excellent properties such as light weight, high strength, and increased stiffness. In this research work, metal matrix composites reinforced with AA7075/BN have been used. Boron nitride ceramic powder is added with different weight percentages such as (0, 4 and 8). Drilling tests on the fabricated composites are performed through a CNC vertical drilling machine using a full carbide drill and by varying the process parameters such as spindle speed, feed, and drill tip angle. After that, by changing the angle of the cutting tool (118°, 108° and 98°), the drilling test is performed. Milling tool dynamometer is used to detect the axial force during drilling. The response surface method is used to optimize the axial force output responses and surface roughness effects of perforated metal matrix composites. The adjustment of experimental parameters is done with L27 Box–Behnken design factors and with four three-level factors. This study has shown that the advance and angle of the apex are the main influencing factors on the axial force and surface roughness. Because the reason for this is that by increasing the advance, more chips are removed in each round, and therefore more force is needed to break and remove these chips. Increasing the advance also increases the surface roughness, as well as the angle of the tip and increasing the angle of the tip of the drill on the quality. The final level has an effect.

کلیدواژه‌ها English

Metal Base Composite
Drilling
Surface Roughness
Axial Force
Tool Wear
[1] Kumaran ST, Uthayakumar M, Slota A, Aravindan S, Zajac J. Machining behavior of AA6351–SiC–B4C hybrid composites fabricated by stir casting method. Particulate Science and Technology. 2016 Sep 2;34(5):586-92. doi: 10.1080/02726351.2015.1093050
[2] Kumar VV, Raja K, Chandrasekaran K, Ramkumar T. Microstructural characterization and mechanical properties of Al7075/BN metal matrix composites prepared by conventional casting method. Materials Research Express. 2019 Mar 6;6(6):066506. doi: 10.1088/2053-1591/ab07e2
[3] Li Y, Ge B, Wu Z, Xiao G, Shi Z, Jin Z. Effects of h-BN on mechanical properties of reaction bonded β-SiAlON/h-BN composites. Journal of Alloys and Compounds. 2017 May 5;703:180-7. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.01.205
[4] Tahmasbi V, Pak A, Zeinolabedin Beygi A, HassanPour P. Experimental Analysis and Optimization of Thrust Force in the Orthopedic Drilling Process Using the Tool Coated with Titanium Nitride Nano Coating by the Physical Vapor Deposition Method. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022 Jul 23;9(5):49-59. doi: 10.22034/ijme.2022.160059 [In Persian]
[5] Salamat-Talab M, Tahmasbi V, Safari M, Zeinolabedin Beygi A. Mathematical modeling, sobol sensitivity analysis and optimization of main parameters in drilling of E-glass/epoxy laminated composites. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022 Feb 19;8(11):43-53. [In Persian]
[6] Tahmasbi V, Zeinolabedin Beygi A, Moslemi Naeini H. Experimental study and sobol sensitivity analysis in optimizing the effective parameters of dry turning process of aluminum alloy 6061-T6. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2021 Oct 23;8(8):12-23. [In Persian]
[7] Tahmasbi V, Zeinolabedin-Beygi A, Elahi SH, Ashtiani MA. Statistical modeling, optimization and sensitivity analysis of dried turning of aluminum bronze alloy. Sādhanā. 2022 Nov 9;47(4):232. doi: 10.1007/s12046-022-01955-7 [In Persian]
[8] Sarparast M, Ghoreishi M, Jahangirpoor T, Tahmasbi V. Experimental and finite element investigation of high-speed bone drilling: evaluation of force and temperature. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2020 Jun;42:1-9. doi: 10.1007/s40430-020-02436-w
[9] Tahmasbi V, Ghoreishi M, Zolfaghari M. Sensitivity analysis of temperature and force in robotic bone drilling process using Sobol statistical method. Biotechnology & Biotechnological Equipment. 2018 Jan 2;32(1):130-41. doi: 10.1080/13102818.2017.1403863
[10] Gopalakannan S, Senthilvelan T, Kani K. Modeling and optimization of EDM of Al 7075/10wt% Al2O3 metal matrix composites by response surface method. Advanced Materials Research. 2012 Apr 10;488:856-60. doi: 10.4028/www.scientific.net/amr.488-489.856
[11] Ramkumar T, Narayanasamy P, Selvakumar M, Balasundar P. Effect of B4C reinforcement on the dry sliding wear behaviour of Ti-6Al-4V/B4C sintered composites using response surface methodology. Archives of Metallurgy and Materials. 2018;63. doi: 10.24425/123791
[12] Vijayan D, Abhishek P, Kumar YM, Balaji P, kumar Reddy PS. Optimization of drilling parameters of carbon fiber composites using RSM based desirability function. InIOP conference series: materials science and engineering 2018 Jul 1 (Vol. 390, No. 1, p. 012076). IOP Publishing. doi: 10.1088/1757-899X/390/1/012076
[13] Tahmasbi V, Aeinehbandi S, Ahadi R. Optimization of Drilling Parameters of Carbon Fiber Composites using RSM-Based Utility Function. Modares Mechanical Engineering. 2023 Oct 10;23(10):237-43. doi: 10.22034/mme.23.10.23 [In Persian]
[14] Tahmasbi V, Aeinehbandy S, Baghi MH, Sousanabadi Farahani A. Sensitivity analysis modeling and optimization of cutting Forces and stool wear in milling of aluminum matrix composite. Modares Mechanical Engineering. 2023 Aug 10;23(8):475-83. [In Persian]
[15] Raja K, Chandra Sekar VS, Vignesh Kumar V, Ramkumar T, Ganeshan P. Microstructure characterization and performance evaluation on AA7075 metal matrix composites using RSM technique. Arabian Journal for Science and Engineering. 2020 Nov;45:9481-95. doi: 10.1007/s13369-020-04752-8