بررسي عددي و تجربي ماشين‌كاري الكتروشيميايي سوپرآلياژ تك‌كريستال پايه نيكل

Numerical and Experimental Investigation of Electrochemical Machining of Nickel-Based Single Crystal Superalloy

ماشين‌كاري الكتروشيميايي به‌دليل قابليت‌ها و مزاياي منحصربه‌فرد، روشي مناسب براي براده‌برداري در كاربردهايي كه كيفيت سطح و تنش‌هاي پسماند از اهميت ويژه‌اي برخوردارند، است. با توجه به پارامترهاي مختلفي كه در اين فرآيند تاثيرگذار است، بررسي عددي و تجربي براي امكان‌سنجي و تدوين تكنولوژي براده‌برداري در مواد و كاربردهاي مختلف ضروري است. از سوي ديگر، با تكنولوژي بالايي كه در انجماد پيشرفته توليد سوپرآلياژ تك‌كريستال پايه نيكل CMSX-4 به‌كارگرفته مي‌شود، هيچ مرزدانه‌اي در ماده ايجاد نمي‌شود. با بهبود خواص مكانيكي اين ماده، استفاده از روش‌هاي سنتي، موثر و مقرون‌به‌صرفه نيست. از اين‌رو هدف از اين تحقيق، بررسي عددي ماشين‌كاري الكتروشيميايي بر روي اين سوپرآلياژ خاص است. از نرم‌افزار كامسول براي مدل‌سازي فرآيند و تحليل عددي استفاده شده است. تغييرات پتانسيل و جريان الكتريكي در دهانه ماشين‌كاري و نهايتاً جابجايي مرز قطعه‌كار به‌دست آمده است. سپس آزمون عملي با توجه به شرايط بررسي عددي به‌كمك دستگاه ماشين‌كاري الكتروشيميايي اجرا شده است. خطاي حدود 8% بين نتايج شبيه‌سازي و آزمون عملي نشان‌دهنده امكان‌پذيري و توانايي اين روش مدرن ماشين‌كاري براي اين سوپر آلياژ خاص است

Electrochemical machining (ECM) has unique features and advantages which is a suitable method for machining when surface quality and residual stresses are of importance. Because of various parameters that influence this process, numerical and experimental studies play a key role in feasibility, practical utilization, and selection of optimal machining parameters in different materials and applications. On the other hand, with the high technology used in the casting of nickel-based single crystal superalloys, no grain boundaries are created in the material. Therefore, by improving the mechanical properties of this material, the traditional machining processes are not effective and economical. Also, they cause defects such as residual stresses, tool wear, and poor surface quality. The purpose of this research is to investigate numerically the electrochemical machining on this special superalloy. Comsol software is used for process modeling and numerical analysis. Firstly, the electrical current and voltage in the machining gap are determined, and finally, the workpiece displacement boundary is obtained. Then the numerical conditions of machining parameters are implemented for experimental investigation by electrochemical machining machine. About 8% error between the results of numerical simulation and experimental investigation shows the feasibility and capability of this modern machining for this particular superalloy