Title of article :
Optimization of EDM Process Parameters Using Statistical Analysis and Simulated Annealing Algorithm
Author/Authors :
Azadi Moghaddam, M Department of Mechanical Engineering - Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad , Kolahan, F Department of Mechanical Engineering - Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
Issue Information :
فصلنامه با شماره پیاپی سال 2015
Abstract :
Nowadays, electrical discharge machining (EDM) has become one of the most extensively used nontraditional
material removal processes. Its unique feature of using thermal energy to machine hard-tomachine
electrically conductive materials is its distinctive advantage in the manufacturing of moulds,
dies and aerospace components. However, EDM is a costly process and hence proper selection of its
process parameters is essential to reduce production cost and improve product quality. In this study the
effect of input EDM process parameters on AISI2312 hot worked steel, widely used in mold
manufacturing, is modeled and optimized. The proposed approach is based on statistical analysis on
the experimental data. The input parameters are peak current (I), pulse on time (Ton), pulse off time
(Toff), duty factor (η) and voltage (V). Material removal rate (MRR), tool wear rate (TWR), and
surface roughness (SR) are the most important performance characteristics of the EDM process. The
experimental data are gathered using Taguchi L36 design matrix. Taguchi robust design technique was
applied to obtain the signal to noise ratio (S/N ratio) for the quality characteristics being investigated.
In order to establish the relations between the input and the output parameters, various regression
functions have been fitted on the evaluated S/Ns data based on output characteristics. The significance
of the process parameters on the quality characteristics of the EDM process was also evaluated
quantitatively using the analysis of variance (ANOVA) method. Then, statistical analyses and
validation experiments have been carried out to select the best and most fitted models. In the last
section of this research, simulated annealing (SA) algorithm has been employed for optimization of the
performance characteristics. Using the proposed optimization procedure, proper levels of input
parameters for any desirable group of process outputs can be identified. A set of verification tests is
also performed to verify the accuracy of optimization procedure in determining the optimal levels of
machining parameters. The results indicate that the proposed modeling technique and simulated
annealing algorithm are quite efficient in modeling and optimization of EDM process parameters.
Farsi abstract :
امروزه ماشينكاري تخليه الكتريكي به يكي از پركاربردترين فرآيندهاي پيشرفته ماشينكاري تبديل شده است. در اين فرآيند به دليل استفاده از انرژي گرمايي براي برادهبرداري، سختي ماده، عامل باز دارنده نبوده و ميتوان مواد سختي كه براي ساخت قالبهاي تزريق پلاستيك و قطعات مربوط به صنعت هوا و فضا به كار مي روند را به آساني ماشينكاري كرد. از آنجا كه اين فرآيند هزينهبر ميباشد لذا انتخاب صحيح پارامترهاي ماشينكاري در قيمت تمام شده و كيفيت قطعات توليدي مؤثر ميباشد. در اين تحقيق تاثير پارامترهاي تنظيمي در ماشينكاري تخليه الكتريكي فولاد گرمكار 2312 مورد استفاده در صنعت قالبسازي، مدل سازي و بهينه سازي شده است. مدل سازي فرآيند توسط روشهاي آماري و با استناد بر داده هاي تجربي انجام يافته است. پارامترهاي ورودي شامل جريان الكتريسيته، زمانهاي روشني و خاموشي پالس، فاكتور كار و ولتاژكاري ميباشند. همچنين نرخ برادهبرداري، نرخ خوردگي الكترود و زبري سطح به عنوان مشخصههاي خروجي فرآيند درنظر گرفته شده اند. به منظور گردآوري داده هاي مورد نياز در انجام اين تحقيق، آزمايشات تجربي با استفاده از طرح تاگوچي L36 انجام شده است. پس از اخذ داده هاي مورد نظر، مقدار سيگنال به نويز مربوط به هر مشخصه خروجي محاسبه شده و سپس جهت ايجاد ارتباط بين پارامترهاي ورودي و مشخصههاي خروجي با بكارگيري توابع رگرسيوني، مدلهاي رياضي طراحي گرديد. سپس توسط تحليلهاي آماري و آزمايشات تجربي، مدل رگرسيوني اصلح مربوط به هر مشخصه خروجي فرآيند انتخاب شد. در بخش آخر اين تحقيق، با به كارگيري الگوريتم تبريد تدريجي سطوح مختلف پارامترهاي ورودي براي نيل به خروجي بهينه ي مدنظر، تعيين شدند. براساس روش بهينه سازي پيشنهادي مي توان بهترين مجموعه از پارامترهاي تنظيمي فرآيند را به منظور كسب خروجي مورد نظر تعيين نمود. نتايج بهينه سازي نيز توسط آزمايشات تجربي صحه گذاري گرديد. نتايج حاصل از بهينهسازي و آزمايشات تجربي نشان داد كه به كارگيري همزمان روش مدل سازي مطرح شده و الگوريتم تبريد تدريجي ميتواند به ابزاري كارامد براي مدل سازي و بهينهسازي پارامترهاي فرآيند تخليه الكتريكي تبديل شود.
Keywords :
Electrical Discharge Machining (EDM) , Optimization , Signal To Noise Analysis (S/N) , Modeling , Simulated Anealing Algorithm (SA) , Analysis Of Variance (ANOVA)
Journal title :
Astroparticle Physics