بررسي عمر ابزار و مكانيزم‌هاي سايش در تراشكاري سوپرآلياژ پايه آهن-نيكل N-155 به كمك روش‌شناسي رويه‌ي پاسخ

Investigation of tool life and wear mechanisms in turning of N-155 iron-nickel-base superalloy using response surface methodology

خواص مناسب سوپرآلياژها از جمله حفظ استحكام در دماهاي بالا و مقاومت خوب به خوردگي باعث شده است كه از اين آلياژها در صنايع مختلف از جمله صنايع هوافضا، صنايع شيميايي و پتروشيمي بسيار استفاده شود. از طرف ديگر وجود همين خواص باعث شده است كه سوپرآلياژها جز مواد سخت براي ماشينكاري محسوب شوند. از اين رو بررسي قابليت ماشينكاري سوپرآلياژها اهميت زيادي پيدا مي‌كند. در تحقيق حاضر، تاثير پارامترهاي ماشينكاري بر عمر ابزار در تراشكاري سوپرآلياژ پايه آهن-نيكل N-155 بررسي شده است. سرعت برشي و نرخ پيشروي هر كدام در پنج سطح به‌عنوان متغيرهاي براده‌برداري انتخاب شدند. رابطه‌ي بين پارامترهاي ماشينكاري و متغير خروجي (عمر ابزار) با استفاده از روش‌شناسي رويه‌ي پاسخ مدل‌سازي شد. نتايج نشان مي‌دهند كه تطابق خوبي بين نتايج آزمايش‌هاي تجربي و مقادير پيش‌بيني‌شده توسط مدل رياضي وجود دارد. همچنين از تجزيه و تحليل واريانس براي بررسي كيفيت مدل برازش شده و متغيرهاي مربوطه استفاده و نشان داده شد كه سرعت برشي بيش از نرخ پيشروي بر عمر ابزار تاثيرگذار است. همچنين ابزارهاي برشي توسط تصاوير حاصل از عكس‌برداري الكتروني روبشي مورد مطالعه قرار گرفتند و مكانيزم‌هاي سايش ابزار در سرعت‌هاي برشي و نرخ پيشروي‌هاي مختلف بررسي شدند. سايش مالشي و چسبندگي، مكانيزم‌هاي سايش غالب در اين تحقيق هستند. در پايان، با استفاده از تابع مطلوبيت، پارامترهاي بهينه ماشينكاري براي به‌دست آوردن بيشترين عمر ابزار پيش‌بيني شدند. نشان داده شده است كه پارامترهاي سرعت برشي m/min 50 و نرخ پيشروي mm/rev 2/0 مقادير بهينه هستند و پيش‌بيني مي‌شود كه عمر ابزار با استفاده از اين مقادير برابر با 526/7 دقيقه شود.

Superalloys are extensively used in various industries like aerospace, chemical and petrochemical industries due to their properties such as high strength at elevated temperature and good corrosion resistance. On the other hand, owing to these properties superalloys are classified as difficult to cut materials. In the present work, the effect of cutting parameters on tool life in turning of N-155 iron-nickel-base superalloy is investigated. Cutting speed and feed rate, each at five levels, were selected as cutting variables. Relationship between cutting parameters and output variable, i.e. tool life, was modeled using response surface methodology (RSM). The results showed that there was good agreement between the experimental results and the predicted values using the developed mathematical model. Additionally, analysis of variance was implemented to evaluate the adequacy of the regression model and respective variables. ANOVA results indicated that the cutting speed had more effect on tool life than feed rate. Moreover, wear mechanisms and failure modes of the cutting edges were analyzed by using the images of scanning electron microscope (SEM) at different cutting speeds and feed rates. It was observed that abrasion and adhesion were the most dominant wear mechanisms in this study. Finally, desirability function was used so as to predict optimum cutting parameters for achieving maximum tool life. The results of optimization process showed that 50 m/min cutting speed and 0.2 mm/rev feed rate are the optimum cutting parameters which result in 7.526 min tool life.