Effects of Cutting Parameters on Quality of Surface Produced by Machining of Titanium Alloy and Their Optimization

• Autorzy: Niharika , Agrawal B. P. , Khan I. A. , Khan Z. A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2016-0030

Warianty tytułu

PL

Badanie i optymalizacja parametrów skrawania wpływających na jakość powierzchni uzyskaną przy obróbce stopów tytanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Titanium alloy (Ti-6Al-4V) has been extensively used in aircraft turbine-engine components, aircraft structural components, aerospace fasteners, high performance automotive parts, marine applications, medical devices and sports equipment. However, wide-spread use of this alloy has limits because of difficulty to machine it. One of the major difficulties found during machining is development of poor quality of surface in the form of higher surface roughness. The present investigation has been concentrated on studying the effects of cutting parameters of cutting speed, feed rate and depth of cut on surface roughness of the product during turning of titanium alloy. Box-Behnken experimental design was used to collect data for surface roughness. ANOVA was used to determine the significance of the cutting parameters. The model equation is also formulated to predict surface roughness. Optimal values of cutting parameters were determined through response surface methodology. A 100% desirability level in the turning process for economy was indicated by the optimized model. Also, the predicted values that were obtained through regression equation were found to be in close agreement to the experimental values.

PL

Stop tytanu (Ti-6Al-4V) jest szeroko stosowany do budowy elementów turbinowych silników lotniczych i innych podzespołów samolotów, elementów złącznych w technice lotniczej i astronautycznej, wysokiej jakości części samochodowych, w technice okrętowej i medycznej, a także w sprzęcie sportowym. Niemniej, powszechne zastosowanie tego stopu jest ograniczone trudnościami z jego obróbką. Jednym z podstawowych problemów jest niska jakość obrabianej powierzchni, która charakteryzuje się znaczną chropowatością. Przedstawiona praca jest poświęcona badaniu wpływu parametrów skrawania, takich jak szybkość skrawania, szybkość posuwu i głębokość skrawania na chropowatość powierzchni uzyskaną w procesie toczenia stopu tytanu. Przy zbieraniu danych nt. chropowatości powierzchni wykorzystano planowanie eksperymentu metodą Boxa-Behnkena. Do określenia poziomu istotności parametrów skrawania zastosowano metodę analizy wariancji, ANOVA. Sformułowano także równania modelu, pozwalającego przewidzieć chropowatość powierzchni. Optymalne wartości parametrów skrawania wyznaczono, stosując metodę powierzchni odpowiedzi (RSM). Wartości parametrów wyznaczone na podstawie równań regresji są bardzo bliskie wartościom uzyskanym eksperymentalnie.

Słowa kluczowe

EN

turning; titanium alloy; Response Surface Methodology; RSM; surface roughness

PL

toczenie; stop tytanu; metodologia powierzchni odpowiedzi; RSM; chropowatość powierzchni

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. LXIII, nr 4
• Strony: 531--548
• Opis fizyczny: Bibligr. 17 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Niharika

• School of Mechanical Engineering, Galgotias University, Greater Noida, UP, India

autor

Agrawal B. P.

• School of Mechanical Engineering, Galgotias University, Greater Noida, UP, India

autor

Khan I. A.

• Department of Mechanical Engineering, Hindustan College of Science & Technology, Farah, Mathura, UP, India

autor

Khan Z. A.

• Mechanical Engineering Department, Jamia Milia Islamia University, New Delhi, India

Bibliografia

• [1] Azza Rashid Al Hasaani. Modelling of tool wear during turning of Ti-6Al-4V titanium alloy. Master Thesis, American University of Sharjah, United Arab Emirates, February 2013.
• [2] M. Venkata Ramana, K. Srinivasulu and G. Krishna Mohan Rao. Performance evaluation and selection of optimal parameters in turning of Ti-6Al-4V under different cooling conditions. International Journal of Innovative Technology and Creative Engineering, 1(5):10-21, 2011.
• [3] R. Pawar and R. Pawade. Surface integrity analysis in dry high speed turning of titanium alloy. In International Conference on Trends in Industrial and Mechanical Engineering (ICTIME, 2012), pages 190-199, Dubai, 2012.
• [4] M. Namb and D. Paulo. Influence of coolant in machinability of titanium alloy (Ti-6Al-4V). Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology, 1(1):9–14, 2011.
• [5] K. Goyal Srajan, R. Vignyagamoorthy and M. Antony Xavior. Effects of cutting parameters on surface roughness during turning of Ti-6Al-4V alloy. International Journal of Current Research, 4(11):181-185, 2012.
• [6] N. Andriya, P. V. Rao and S. Ghosh. Dry Machining of Ti6Al4V alloy using PVD coated TiAlN tools. In Proceedings of the World Congress on Engineering, pages 1492-1497, London, UK, 2012.
• [7] R. Dillibabu, K. Siva Sakthivel and S. Vinod Kumar. Optimization of process parameters in dry and wet machining of Ti-6Al-4V ELI using Taguchi Method. International Journal of Design and Manufacturing Technology, 4(3):15-21, 2013.
• [8] R. Vinayagamoorthy and M. Anthony Xavior. Significant the effect of cutting parameters on surface roughness in precision turning in Ti6Al4V. Middle-East Journal of Scientific Research, 17(11):1586-1590, 2013.
• [9] S. Ramesh, L. Karunamoorthy and K. Palanikumar. Measurement and analysis of surface roughness in turning of aerospace titanium alloy (gr5). Measurement, 45(5):1266-1276, 2012.
• [10] G.D. Revankar, R. Shetty, S.S. Rao and V.N. Gaitonde. Response surface model for surface roughness during finish turning of titanium alloy under minimum quantity lubrication. In Proceedings of International Conferences on Emerging Trends in Engineering and Technology, (ICETET 2013), pages 78-84, Patong Beach, Thailand, 7-8 December 2013.
• [11] Ashwin J. Makadia and J. I. Nanavati. Optimization of machining parameters for turning operations based on response surface methodology. Measurement, 46(4):1521-1529, 2013.
• [12] S. Sakamoto, A. Shinozaki and H. Yasui. Possibility of ultra-precision cutting of titanium alloy with diamond tool. In 20th Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering, ASPE 2005, Norfolk, VA, US, 2005.
• [13] D.K. Patil and M.S. Sawant. A parametric study on performance of titanium alloy using coated and uncoated carbide insert in CNC turning. International Journal of Advanced Mechanical Engineering, 4(5):557-564, 2014.
• [14] S.Yang , G. Zhu, J. Xu and Y. Fu. Toolwear prediction of machining hydrogenated titanium alloy Ti6Al4V with uncoated carbide tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 68(1):673-682, 2013.
• [15] W. Wei, J. Xu, Y. Fu and S. Yang. Tool wear in turning of titanium alloy after thermo-hydrogen treatment. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 25(4):776-780, 2012.
• [16] F. J. Sun, S. G. Qu, Y. X. Pan, X. Q. Li, and F. L. Li. Effects of cutting parameters on dry machining Ti-6Al-4V alloy with ultra-hard tools. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 79(1):351-360, 2015 .
• [17] C.H. Che-Haron and A. Jawaid. The effect of machining on surface integrity of titanium alloy Ti–6% Al–4% V. Journal of Materials Processing Technology, 166(2):188-192, 2005.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)