مدلسازي فرآيند ماشين كاري الكتروشيميايي سوپرآلياژ تك كريستال پايه نيكل با تركيب روش عددي و طراحي آزمايش‌ها

Modeling of Electrochemical Machining of Nickel-Based Single Crystal Super Alloy by Combining Numerical and Design of Experiments Methods

فرآيند ماشينكاري الكتروشيميايي يك فرآيند انحلال آندي است كه با توجه به خاصيت ذاتي فرآيند و به سبب پديده‌هاي فيزيكي، شيميايي و هيدروديناميكي پيچيده‌اي كه در حين فرآيند رخ مي‌دهد، مدلسازي پارامترها و بطور كلي تدوين تكنولوژي براده‌برداري و كسب دانش فني بسيار دشوار مي‌باشد. از اين‌رو ارائه روشي با قابليت تكرار پذيري بالا و مناسب از نقطه نظر زمان و هزينه جهت مدلسازي فرآيند از اهميت بسزايي برخوردار مي‌باشد. در اين مقاله ابتدا به كمك روش عددي و نرم‌افزار كامسول به شبيه‌سازي فرايند پرداخته شده است. سه پارامتر ولتاژ، پيشروي ابزار و غلظت الكتروليت بعنوان متغير طراحي و اضافه ماشينكاري (دقت ابعادي) و نرخ براده‌برداري بعنوان متغير پاسخ در نظر گرفته شده است. 15 آزمايش هدفمند با استفاده از طراحي باكس-بنكن جهت پياده‌سازي روش سطح پاسخ انتخاب شده است. سپس شبيه‌سازي با توجه به طرح آزمايش و نرم‌افزار كامسول اجرا شده است. جنس قطعه‌كار سوپر آلياژ تك كريستال پايه نيكل انتخاب شده كه به دليل بهبود خواص مكانيكي آن در صنايع پيشرفته كاربرد دارد. در نتيجه دو مدل رياضي درجه دوم كه رابطه بين دو متغير پاسخ با پارامترهاي ورودي را نشان مي‌دهد، بدست آمده است. كفايت و صحت اين دو مدل رياضي به كمك تحليل واريانس، ضريب همبستگي و نمودارهاي مربوطه مورد بررسي و آناليز قرار گرفته است. از اين‌رو تركيب شبيه‌سازي عددي و طراحي آزمايش‌ها به منظور مدلسازي و بررسي تاثير پارامترهاي ورودي ماشينكاري الكترشيميايي سوپر آلياژ تك‌كريستال پايه نيكل بر روي متغيرهاي پاسخ به نحو مطلوبي اجرا شده است.

Due to the complex physical, chemical, and hydrodynamic phenomena that occur during the electrochemical machining process, it is difficult to model the process parameters. Therefore, a highly repeatable and appropriate method in terms of time and cost is important for modeling. In this paper, the simulation of the process is firstly performed by the numerical method and the Comsol software. The voltage, tool feed rate and electrolyte concentration are considered as input parameters and machining overcut and the material removal rate are considered as the response variables. Nickel-based single crystal superalloy workpiece is selected. 15 experiments were selected using the Box-Behnken design method to implement the response surface methodology. Then, the simulation was performed according to the experimental design in the Comsol software. As a result, two quadratic mathematical models showing the relationship between two response variables with the input parameters are obtained. The adequacy and accuracy of these two mathematical models have been examined by the analysis of variance, correlation coefficient, and related graphs. Therefore, the combination of numerical simulation and design of experiments for modeling and investigating the effect of input parameters of electrochemical machining of the nickel-based single-crystal superalloy has been implemented in a favorable manner.