بررسی تجربی و آماری تاثیر پارامتر های ماشینکاری و نوع اینسرت بر سایش ابزار و کیفیت سطح در تراشکاری اینکونل 718

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 4، دوره 37، شماره 3 - شماره پیاپی 41، شهریور 1404، صفحه 59-78   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2025.90927.1300

نویسندگان

محمد براهنی^* ؛ وحید طهماسبی؛ محمد توکلی پور؛ محمد مسعود غازی اصفهانی

دانشکده مهندسی ساخت و تولید، دانشگاه صنعتی اراک، اراک ایران

چکیده

آلیاژ اینکونل 718 از ابرآلیاژهای پایه نیکل است که به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، فشار و خوردگی، کاربرد گسترده‌ای در صنایع پیشرفته مانند هوافضا و انرژی دارد. ماشینکاری این آلیاژ به دلیل سختی بالا و تمایل به سایش ابزار، یکی از چالش‌برانگیزترین فرآیندها در تولید قطعات دقیق محسوب می‌شود. در این پژوهش، اثر پارامترهای ماشینکاری بر سایش ابزار و زبری سطح در فرآیند تراشکاری اینکونل 718 بررسی شده است. با استفاده از طرح آزمایش تاگوچی و روش بهینه‌سازی مطلوبیت، تأثیر نرخ پیشروی، عمق برش، سرعت دورانی و نوع اینسرت بر سایش ابزار و زبری سطح ارزیابی شد. نتایج نشان داد که نرخ پیشروی بیشترین تأثیر را دارد و عمق برش نیز نقش مهمی در سایش ابزار ایفا می‌کند. همچنین اینسرت DNMG سایش کمتری نسبت به TNMG ایجاد کرد. شرایط بهینه ماشینکاری برای کاهش سایش ابزار و زبری سطح شناسایی شد. این نتایج می‌تواند به بهبود فرآیند ماشینکاری آلیاژهای مقاوم به حرارت کمک کرده و موجب افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تولید شود.

کلیدواژه‌ها

اینکونل 718؛ تراشکاری؛ سایش ابزار؛ کیفیت سطح؛ بهینه‌سازی

مراجع

[1] D. Zhu, X. Zhang, and H. Ding, “Tool wear characteristics in machining of nickel-based superalloys,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 64, pp. 60–77, 2013. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2012.08.001

[2] T. M. Pollock and S. Tin, “Nickel-based superalloys for advanced turbine engines: Chemistry, microstructure and properties,” Journal of Propulsion and Power, vol. 22, no. 2, pp. 361–374, 2006. https://doi.org/10.2514/1.18239

[3] M. J. Donachie and S. J. Donachie, Superalloys: A Technical Guide, 2nd ed. Materials Park, OH, USA: ASM International, 2002. https://doi.org/10.31399/asm.tb.stg2.9781627082679

[4] H. Khochtali, Y. Ayed, F. Zemzemi, and W. Bensalem, “Tool wear characteristics in rough turning of Inconel 718 with coated carbide tool under conventional and high-pressure coolant supplies,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 114, pp. 2371–2386, 2021. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07002-9

[5] F. Jafarian, D. Umbrello, S. Golpayegani, and Z. Darake, “Experimental investigation to optimize tool life and surface roughness in Inconel 718 machining,” Materials and Manufacturing Processes, vol. 31, no. 13, pp. 1683–1691, 2016. https://doi.org/10.1080/10426914.2015.1090592

[6] X. Liang, Z. Liu, and B. Wang, “State-of-the-art of surface integrity induced by tool wear effects in machining process of titanium and nickel alloys: A review,” Measurement, vol. 132, pp. 150–181, 2019. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.09.045

[7] P. Jeyapandiarajan and A. Xavior, “Influence of cutting condition on machinability aspects of Inconel 718,” Journal of Engineering Research, vol. 7, no. 2, 2019.

[8] F. Zhujani, F. Abdullahu, G. Todorov, and K. Kamberov, “Optimization of multiple performance characteristics for CNC turning of Inconel 718 using Taguchi–Grey relational approach and analysis of variance,” Metals, vol. 14, no. 2, p. 186, 2024. https://doi.org/10.3390/met14020186

[9] R. S. Pawade, S. S. Joshi, P. K. Brahmankar, and M. Rahman, “An investigation of cutting forces and surface damage in high-speed turning of Inconel 718,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 192–193, pp. 139–146, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.04.049

[10]   S. A. Khan, S. L. Soo, D. K. Aspinwall, C. Sage, P. Harden, M. Fleming, A. White, and R. M’Saoubi, “Tool wear/life evaluation when finish turning Inconel 718 using PCBN tooling,” Procedia CIRP, vol. 1, pp. 283–288, 2012. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.049

[11]   W. Frifita, S. B. Salem, A. Haddad, and M. A. Yallese, “Optimization of machining parameters in turning of Inconel 718 nickel-base super alloy,” Mechanics & Industry, vol. 21, no. 2, p. 203, 2020. https://doi.org/10.1051/meca/2020001

[12]   C. Pinheiro, M. Y. Kondo, S. S. Amaral, E. S. Callisaya, J. V. C. De Souza, M. C. De Sampaio Alves, and M. V. Ribeiro, “Effect of machining parameters on turning process of Inconel 718,” Materials and Manufacturing Processes, vol. 36, no. 12, pp. 1421–1437, 2021. https://doi.org/10.1080/10426914.2021.1914839

[13]   F. Zhujani, F. Abdullahu, G. Todorov, and K. Kamberov, “Optimization of multiple performance characteristics for CNC turning of Inconel 718 using Taguchi–Grey relational approach and analysis of variance,” Metals, vol. 14, no. 2, p. 186, 2024. https://doi.org/10.3390/met14020186

[14]   L. Tan, C. Yao, X. Li, Y. Fan, and J. Cui, “Effects of machining parameters on surface integrity when turning Inconel 718,” Journal of Mechanical Engineering and Performance, vol. 31, no. 5, pp. 4176–4186, 2022. https://doi.org/10.1007/s11665-021-06523-4

[15]   M. Ghalami-Choobar, G. Liaghat, M. Sadighi, and H. Ahmadi, “Optimization of manufacture process of Glass/Polycarbonate thermoplastic laminates using Taguchi method,” Iranian Journal of Manufacturing Engineering, vol. 5, no. 4, pp. 37–43, 2019. [In Persian]

[16]   M. Sadílek, J. Dubský, Z. Sadílková, and Z. Poruba, “Cutting forces during turning with variable depth of cut,” Perspectives in Science, vol. 7, pp. 357–363, 2016. https://doi.org/10.1016/j.pisc.2015.11.055

[17]   M. Kuntoğlu and H. Sağlam, “Investigation of progressive tool wear for determining of optimized machining parameters in turning,” Measurement, vol. 140, pp. 427–436, 2019. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.04.022

[18]   L. Hu, W. Cai, L. Shu, K. Xu, H. Zheng, and S. Jia, “Energy optimisation for end face turning with variable material removal rate considering the spindle speed changes,” International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, vol. 8, pp. 625–638, 2021. https://doi.org/10.1007/s40684-020-00210-w

[19]   M. Hasanifard, R. Azarafza, M. H. Alaee, and M. Najafi, “Experimental investigation of the effect of machining parameters on the surface quality in turning aluminum base composite reinforced with Mg₂Si particles,” Iranian Journal of Manufacturing Engineering, vol. 11, no. 9, pp. 13–25, 2024. [In Persian]

[20]   P. Albertelli, V. Mussi, C. Ravasio, and M. Monno, “An experimental investigation of the effects of spindle speed variation on tool wear in turning,” Procedia CIRP, vol. 4, pp. 29–34, 2012. https://doi.org/10.1016/j.procir.2012.10.006

[21]   M. Baraheni, M. R. Shabgard, S. Amini, and F. Gholipour, “Experimental evaluation and optimization of parameters affecting delamination, geometrical tolerance and surface roughness in ultrasonic drilling of 3D-printed PLA thermoplastic,” Journal of Thermoplastic Composite Materials, vol. 14, no. 2, p. 186, 2024. https://doi.org/10.1177/08927057241264803

[22] S. Amini, M. Baraheni, and A. Mardiha, “Parametric investigation of rotary ultrasonic drilling of carbon fiber reinforced plastics,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, vol. 232, no. 5, pp. 540–554, 2018. https://doi.org/10.1177/0954408917727199

[23]   M. Baraheni and S. Amini, “Influence of machining condition and nano-graphene incorporation on drilling load and hole quality in both conventional drilling and ultrasonic-assisted drilling of CFRP,” Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 49, pp. 14593–14606, 2024. https://doi.org/10.1007/s13369-024-08758-4

[24]         A. Tabatabaeian, M. Baraheni, S. Amini, and A. R. Ghasemi, “Environmental, mechanical and materialistic effects on delamination damage of glass fiber composites: Analysis and optimization,” Journal of Composite Materials, vol. 53, no. 26–27, pp. 3671–3680, 2019. https://doi.org/10.1177/0021998319844811