مطالعه ميكروسختي و لايه سفيد در فرزكاري فولاد سخت با استفاده از روش طراحي آزمايش رويه پاسخ

Investigation of Microhardness and White Layer in Milling of Hardened Steel Using Response Surface Methodology

فولادهاي سخت با دارا بودن استحكام و مقاومت سايشي بالا، كاربرد گسترده‌اي در صنعت خودروسازي، قالب‌سازي و ساخت سرمته‌هاي حفاري دارند. ماشين‌كاري اين مواد در حالت سخت‌كاري شده با هدف دستيابي به‌دقت ابعادي و هندسي بالا، افزايش توليدپذيري و بهبود خواص قطعه‌كار رو به گسترش است. در اين پژوهش، رابطه بين پارامترهاي برش و كيفيت سطح نهايي در فرزكاري سخت قطعه‌كاري از جنس فولاد 4340 و در حضور روان‌كاري با حداقل سيال برشي بررسي گرديده است. پارامترهاي سرعت برشي، نرخ پيشروي، عمق برش محوري و شعاعي، به‌عنوان پارامترهاي اصلي فرآيند فرزكاري سخت در سه سطح درنظر گرفته شدند و با استفاده از روش طراحي آزمايش رويه پاسخ، اثر اين پارامترها روي ميكروسختي سطح و ضخامت لايه سفيد بررسي گرديد. تحليل واريانس نشان داد كه مدل درجه 2 براي تخمين ميكروسختي سطح به‌خوبي مي‌تواند نتايج تجربي را تخمين بزند درحالي‌كه مدل خطي تغييرات ضخامت لايه سفيد را بهتر برآورد مي‌كرد. تحليل آماري نيز مشخص نمود كه تمامي پارامترهاي برش اثر افزاينده‌اي روي اندازه ميكروسختي و ضخامت لايه سفيد داشتند. نرخ پيشروي با 73.1%، سرعت برشي با 14.4% سهم تاثير بالاتري را روي ميكروسختي به خود اختصاص دادند. ضخامت لايه سفيد نيز با تغيير شرايط برش بين 7.6 تا 16.1 ميكرومتر تغيير مي‌كرد و سرعت برشي با سهم 81.3% و نرخ پيشروي با سهم 9.4%، موثرترين پارامترهاي روي ضخامت آن لايه بودند.

Hard steels are widely used in automotive industry, molding and production of well drilling bits because of their high wear resistance and strength. Tendency toward hard machine of these steels is growing with the purpose being to achieve high dimensional and geometrical accuracy, increased productivity and improved workpiece properties. In this research, relation between cutting parameters and final surface integrity in hard milling process of a workpiece made out of 4340 steel while using minimum quantity lubrication system is studied. Different parameters were considered in three levels as main milling parameters including: cutting speed, feed rate, axial and radial depth of cut, consequently the effect of these parameters on surface microhardness and white layer thickness were studied using Response Surface Methodology (RSM). The analysis of variance (ANOVA) showed that a model of quadratic polynomial function would work perfectly to estimate microhardness and it can also estimate experimental results while a linear model can evaluate white layer thickness changes, better. Also, Statistical analysis revealed that all cutting parameters increase microhardness and white layer thickness. Feed rate with 73.1% and cutting speed with 14.4% had more effect on microhardness comparatively. White layer thickness also varied between 7.6 ?m and 16.1 ?m while different cutting conditions were applied and cutting speed with 81.3% and feed rate with 9.4% had the most effects on white layer thickness.