مطالعه ماشينكاري سوپر - آلياژ اينكونل 718 و عوامل مؤثر در فرآيند با كمك طراحي آزمايش

Study on Machining of Inconel 718 Super Alloy and Effective Process Parameters Using Design of Experiment Method

آلياژهاي اينكونل، خانواده‌اي از سوپرآلياژهاي پايه نيكل هستند كه محدوده وسيعي از تركيبها و خواص را در برمي‌گيرند. اينكونل 718 جزئي از اين سوپر آلياژ‌ها مي‌باشد كه به دليل خواص مكانيكي مناسب مانند استحكام خزشي و مقاومت در برابر خوردگي در دماي بالا، در صنايع هوافضا مورد استفاده قرار مي‌گيرد. عليرغم اين مزيت‌ها، اينكونل 718 به‌سختي ماشينكاري مي‌شود. در اين مقاله فرآيند ماشينكاري متعامد اينكونل 718 به منظور بررسي پارامترهاي موثر بر نيرو، دما و شكل براده شبيه‌سازي شده‌است. شبيه‌سازي به صورت دو بعدي و با كمك نرم‌افزار آباكوس انجام گرديد. براي تعيين رفتار ماده از ضرايب جانسون-كوك، و براي مدل‌سازي شرايط اصطكاكي از فاكتور برشي ثابت (m) در سطح تماس براده-ابزار استفاده شد. سپس نتايج حاصل از شبيه‌سازي با مقادير تجربي مقايسه گرديد كه تطابق خوبي بين آن‌ها وجود داشت. پس از اعتبار سنجي نتايج شبيه‌سازي، به كمك روش طراحي آزمايش‌ها، ميزان اثر ضريب اصطكاك، سرعت برشي، پيشروي و زاويه براده ابزار بر روي نيروي وارد بر ابزار، دماي لبه برنده ابزار و شكل براده بدست آمد. طبق نتايج بدست‌آمده، پارامترهاي پيشروي با 30% و ضريب اصطكاك با 19% بيشترين تاثير را بر روي نيروي وارد بر ابزار دارند. پارامترهاي زاويه براده با 31%، سرعت برشي با 21% و پيشروي با 20% بيشترين تاثير را بر روي دماي لبه برنده ابزار دارند. همچنين پارامترهاي ضريب اصطكاك و پيشروي با 25% بيشترين تاثير را بر روي شكل براده دارند.

Inconel alloys are a family of nickel-based superalloys that consist of a wide range of compositions and properties. Inconel 718 is one of the superalloys used in the aerospace industry due to its good mechanical properties; such as high corrosion and creep resistance at high temperatures. Despite these advantages, Inconel 718 is among the most difficult materials to be machined. In this paper, a finite element model for orthogonal machining of Inconel 718 was developed in order to investigate the effective parameters on the force, temperature and chip morphology. The plastic behavior of material was simulated with Johnson-cook material model, and constant shear friction factor (m) is used to model the friction between chip and tool interface. Then, the simulation results were compared with experimental values and good agreement was found between them. After validating the simulation results, the effect of coefficient friction, cutting speed and rake angle, on cutting edge temperature, force on the tool and chip morphology was achieved by using design of experiments (DOE) method. According to the results, feed rate (30% contribution) and friction coefficient (19% contribution) have the greatest impact on the force on the tool. Rake angle (31% contribution), cutting speed (21% contribution) and feed rate (20% contribution) are the most effective parameters on the cutting edge temperature. The friction coefficient and feed rate (both with 25% contribution) have the greatest impact on the chip geometry.