بهینه‎ سازی پارامترهای ماشینکاری فرآیندREDM با استفاده از روش تاگوچی

مقدمه

با توجه به محاسن روش  EDMنسبت به روشهای ماشینکاری سنتی ، از جمله ماشینکاری جنس های سخت و نداشتن تماس مکانیکی با قطعه کار، این روش مورد توجه قرار گرفته است . در سالهای اخیر سعی شده با ترکیب این روش با روشهایی چون التراسونیک، چرخان کردن الکترود ، استفاده از سیم به عنوان ابزار و ترکیب با روش  ECM، عملکرد این روش را بهبود بخشند.

در این راستا  فام  و همكارانش ]1[، به بررسي الكترود به شكل هاي ميله و لوله اي در مقياس ميكرو پرداختند و با ارائه روشي مبتني بر اطلاعات هندسي ابزار سعي بر كنترل خوردگي ابزار كردند. اما غير قابل كنترل بودن بعضي از پارامترها مشكل اين روش بود. تی بی تو و همكارانش ]2[ موفق به تركيب يك دستگاه پيزو الكتريك با دستگاه EDM شدند. اين محققان توانستند قطعاتي را كه سطحشان با سراميك  پوشش شده بود را ماشينكاري كنند. ولي در اين روش خوردگي و خستگي ابزار قابل توجه بود. پی کاپان و همكارانش ]3[ با استفاده از يك سيستم چرخش الكترد دريافتند كه افزايش سرعت الكترود باعث بالا رفتن نرخ براده برداري و كاهش زبري سطح مي شود. در همين راستا کا. دی چاتوپادیا و همكارنش ]4[ با استفاده از يك سيستم چرخان الكترود استوانه اي به بررسي پارامترهاي خروجي دستگاه پرداختند و با آناليز نتايج با استفاده از روش تاكوچي به اين نتيجه رسيدند كه همزمان نمي توان نرخ براده برداري بالا همراه با خوردگي پايين ابزار حاصل شود.

در این مقاله پارامترهای ورودی ماشینکاری تخلیه الکتریکی با ابزار چرخان مورد بررسی قرار گرفته است و با در نظر گرفتن مقادیر مختلف برای آنها، نرخ براده برداری، سایش ابزار و کیفیت سطح اندازه‏گیری شده است. سپس اثرات پارامترهای ورودی بر این دو پارامتر خروجی مورد تحلیل قرار گرفته است.

 

بررسی تجربی

مشخصات دستگاه

دستگاه EDM بکار رفته در این تحقیق ، مدلTEHRAN EKRAM 304H/60A  و با ژنراتور ایزو پالس می‏باشد. همچنین یک مکانیزم برای چرخاندن الکترود طراحی و روی کلگی دستگاه EDM  نصب شده است .(شکل 1)

 

شکل 1-  دستگاه  EDMو مکانیزم چرخان

 

 

 

 

 

قطعه کار و الکترود

 جنس قطعه­کاری که در این تحقیق استفاد شده است فولاد ابزار   X200CrNi12بوده که بصورت گسترده‏ای در قالبهای برش استفاده می­شود. مشخصات این ابزار در جدول 1 دیده می‏شود. قطعات مورد آزمایش نیز به طول 30 میلیمتر و قطر 15 میلیمتر با دو سطح سنگ خورده آماده شد. الکترود بکار رفته مس با درجه خلوص  9/99 و قطر 10میلیمتر می‏باشد. سیستم شستشو نیز بصورت غوطه‎وری است.

 

جدول 1: درصد وزني عناصر موجود در فولاد ابزار   X200CrNi12

Cr	S	P	Mn	Si	C
10.90	0.003	0.01	0.25	0.39	1.55
Nb	Cu	Co	Al	Ni	Mo
<0.002	0.18	<0.005	0.005	0.15	0.04

 

روش محاسبه خوردگي ابزار و نرخ براده برداري

در این تحقیق برای انجام هر تست یک الکترود بکار رفته است . برای اندازه گیری خوردگی ابزار و نرخ براده برداری، قطعه کار و الکترود قبل و بعد از انجام تست کاملا تمیز و پلیسه گیری شده، سپس با ترازوی   AND GR-200 با دقت  0.1 mg وزن شده‏اند. عمق ماشینکاری بر روی هر قطعه 20 mmبوده و براي محاسبه نرخ براده برداری و خوردگی ابزار به ترتيب از روابط (1) و (2) استفاده شده است:

 

 

 

 

 

تنظیمات دستگاه

در این آزمایش ژنراتور ایزوپالس و مایع دی الکتریک نفت سفید بکار رفته است. روش شستشو غوطه وری می باشد و پارامترهای ولتاژ ، پلاریته ابزار مثبت و زمان خاموشی جرقه ثابت گرفته شده است. در جدول 2 مقدار این تنظیمات نشان داده شده است.

 

جدول 2. شرایط آزمایشهای تجربی و سطوح پارامترهای ورودی
پارامتر	مقدار/نوع
مولد	ایزو پالس
مایع دی الکتریک	نفت سفید
نوع شستشو	غوطه‏وري
ولتاژ	80
جریان(آمپر)	12،9،6
پلاریته	ابزار مثبت و قطعه کار منفی
زمان روشنی پالس (میکرو ثانیه)	150،100،35

طراحی آزمایش

در این مقاله جهت كاهش تعداد تست ها و كاهش زمان آزمايشها از طراحی آزمایش (DOE) با روش تاگوچی استفاده شده است. برای کم کردن خطا، از آرایه ارتوگونال استاندارد L9 استفاده شده است. در طراحی آزمایشها 3 فاکتور و هر کدام در 3 سطح مورد بررسی قرار گرفته است(جدول 3و 4). اگر 4 سطح برای هر فاکتور انتخاب شود تعداد آزمایشاتی که باید بصورت حقیقی انجام شوند حدود 2.5 برابر خواهند شد. بنابراین برای رسیدن به دقت طراحی آزمایش 3 سطحی آرایه اورتوگونال هم باید به همین نسبت افزایش یابد که این مسئله در روش تاگوچی اتفاق نمی افتد ]5و6[.

 

جدول 3 . پارامترهای ورودی طراحی آزمایش

3	2	1
12	9	6	جریان(آمپر)
150	100	35	زمان روشنی(میکرو ثانیه)
1200	800	400	تعداد دوران چرخش الکترود(دور بر دقیقه)

 

جدول4. نتایج حاصل از تست‌های روش تاگوچی با استفاده از الکترود بدون سوراخ خارج از مرکز

	شدت جریان (A)	زمان روشنی پالس(µS)	دوران ابزار	MRR	EWR	Ra	تلرانس
1	6	35	400	992/0	09/0	55/4	31/0
2	6	100	800	457/2	159/0	602/5	35/0
3	6	150	1200	646/3	17/0	517/5	54/0
4	9	35	800	062/2	16/0	702/5	17/0
5	9	100	1200	22/4	29/0	047/5	37/0
6	9	150	400	908/5	35/0	598/7	59/0
7	12	35	1200	908/5	576/0	703/6	34/0
8	12	100	400	388/9	93/0	54/9	56/0
9	12	150	800	4	984/0	21/9	64/0

آناليز واريانس(ANOVA)

این مرحله از آنالیز به محاسبات آماری پیچیده نیاز دارد . و نتایج خروجی از آن دقیق تر از مرحله مقدماتی است . در این تحلیل از دو روش آنالیز استاندارد و آنالیز سیگنال به نویز استفاده می گردد. در این تحقیق از آنالیز استاندارد استفاده شده است و برای انجام این آنالیز از نرم افزار4- Qualitek استفاده شده است . در بخش جدول آنالیز واریانس برای هر یک از خروجی‎ها در جداول 5 تا 8 آورد شد است.

 

 

 

 

 

 

 

جدول5 آنالیز واریانس نتایج نرخ براده‎برداری
	فاکتورها	DOF	Sums Of Squares	Variance	F- Ratio	Percent
1	جریان	2	596/51	798/25	847/170	041/61
2	زمان روشنی	2	711/20	355/10	116/68	390/24
3	چرخش ابزار	2	056/11	528/5	609/36	113/13
	خطا	2	303/0	151/0		456/1

 

جدول6 آنالیز واریانس نتایج نرخ خوردگی ابزار
	فاکتورها	DOF	Sums Of Squares	Variance	F-Ratio	Percent
1	جریان	2	790/0	395/0	833/65	593/80
2	زمان روشنی	2	086/0	043/0	548/6	899/7
3	چرخش ابزار	2	040/0	020/0	333/3	812/5
	خطا	2	012/0	006/0		696/5

 

جدول7آنالیز واریانس نتایج زبری سطح
	فاکتورها	DOF	Sums Of Squares	Variance	F-Ratio	Percent
1	جریان	2	043/17	521/8	702/26	973/62
2	زمان روشنی	2	873/4	436/2	634/7	255/16
3	چرخش ابزار	2	496/3	748/1	477/5	970/10
	خطا	2	637/0	318/0		802/9

 

	جدول8 آنالیز واریانس نتایج تلرانس
	فاکتورها	DOF	Sums Of Squares	Variance	F-Ratio	Percent
1	جریان	2	032/0	016/0	694/68	895/15
2	زمان روشنی	2	150/0	075/0	334/322	452/75
3	چرخش ابزار	2	015/0	007/0	847/33	712/7
	خطا	2	001/0-	001/0-		941/0