نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی ارشد، مهندسی مکانیک ساخت و تولید، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

2 استادیار ، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

4 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، اکول تکنولوژی مونترال، کاناد ا.

10.22068/jstc.2023.2008763.1850

چکیده

کامپوزیت‌ها موادی ترکیبی با حداقل دو ماده هستند که یکی به ‌عنوان زمینه و دومی به‌ منظور افزایش خواص مفید به ماده پایه افزوده می شود. این مطالعه نیز در مورد یکی از کامپوزیت‌های پرکاربرد تحت عنوان کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی به همراه مواد تقویت‌کننده افزودنی شامل سیلیکون کارباید SiC است. از جمله مزایای این کامپوزیت‌ها می توان به مواردی مثل سختی و استحکام بالا و همین‌طور سبکی اشاره نمود . همچنین معایب آن قابلیت ضعیف ماشین‌کاری و سایش بالا در ابزارهای ماشین‌کاری است. تاکنون مطالعات متعددی برای بهبود قابلیت ماشین‌کاری کامپوزیت‌های پایه فلزی انجام‌گرفته است. بر اساس پیشینه پژوهش انجام شده در این حوزه، تحقیقات محدودی در مورد تأثیر روش‌های مختلف خنک‌کاری، بخصوص خنک‌کاری برودتی و استراتژی‌های مرتبط بر سایش و عمر ابزار برشی در ماشین‌کاری کامپوزیت‌های پایه فلزی صورت‌گرفته است. لذا در این مطالعه اثر پارامترهای برشی و خنک‌کاری برودتی بر سایش ابزار در ماشین‌کاری A356-10%SiC مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس تحلیل‌های آماری صورت‌گرفته مشاهده شد که اثر پارامترهای برشی و پارامترهای خنک‌کاری برودتی بر اندازه سایش ابزار محسوس بوده (R2 برابر با 0.97) و رابطه ریاضیاتی قوی بین سایش ابزار و پارامترهای مطالعه شده وجود دارد. همچنین با مقایسه مطالعات پیشین، می توان اذعان نمود که عمر ابزار برشی نسبت به حالت خشک تا 26% افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study Tool wear in Cryogenic milling of A356-10%SiC

نویسندگان [English]

  • Ghasem Najafy 1
  • Seyed Ali Niknam 2
  • Behnam Davoodi 3
  • Victor Songmene 4

1 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

3 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

4 Department of Mechanical Engineering, École de Technologie Supérieure, Montreal, Canada.

چکیده [English]

Composites are combined with at least two materials; one is considered as the base material and later is used to improve the material properties. This study is also about one of the widely used composites so-called aluminium metal matrix composites (Al-MMC) and additional reinforcing particles, including silicon carbide (SiC). The main features of such composite are high hardness and strength, as well as lightweight.The main disadvantages are low machinability and high wear in cutting tools. Several studies have been conducted to improve the machinability of MMCs. The literature review in this domain denotes that limited studies have yet been conducted on the effects of different cooling methods, especially cryogenic cooling and related strategies, on the wear and tool life in the machining of MMCs. Therefore, in this study, the effects of cutting parameters and cryogenic cooling on the tool wear in the machining of A356-10%SiC were studied. Based on the statistical analysis, it was observed that the effects of cutting parameters and cryogenic cooling parameters on the tool wear was significant (R2=0.97, and a robust mathematical relationship exists between tool wear and the studied parameters. Moreover, compared with previous studies, it was observed that tool life under cryogenic conditions was increased by around 26% compared to readings made under dry conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal matrix composite
  • Aluminium alloys
  • Machining
  • Cryogenic
  • Tool wear
[1] Alipour Sougavabar, M., Niknam, S. A., Davoodi, B., “Study of tool flank wear and surface quality in milling of Al520-MMCs reinforced with SiC and Sn particles,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 9, No. 2, pp. 1970-1975, 2023.
[2] Paulo Davim, J., "Diamond tool performance in machining metal–matrix composites," Journal of materials processing technology, vol. 128, no. 1-3, pp. 100-105, 2002 .
[3] António, C. C. and Davim, J. P., "Optimal cutting conditions in turning of particulate metal matrix composites based on experiment and a genetic search model," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 33, no. 2, pp. 213-219, 2002.
[4] Nicholls, C. J., Boswell, B., Davies, I. J. and Islam, M, N., "Review of machining metal matrix composites," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 33, no. 1, pp. 2429-2441, 2017 .
[5] Gururaja, S., Ramulu, M. and . Pedersen, W., "Machining of MMCs: a review," Machining Science and Technology, vol. 17, no. 1, pp. 41-73, 2013 .
[6] Shokrani, A., Dhokia, V., Newman, S. T., "Environmentally conscious machining of difficult-to-machine materials with regard to cutting fluids," International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 57, no. 1, pp. 83-101, 2012 .
[7] Aronson, R. B., "Machining composites," Manufacturing engineering, vol. 122, no. 1, 1999 .
[8] Rai, R. N., Datta, G., Chakraborty, M. and Chattopadhyay, A., "A study on the machinability behaviour of Al–TiC composite prepared by in situ technique," Materials Science and Engineering: A, vol. 428 ,no. 1-2, pp. 34-40, 2006 .
[9] Said, M. S., Yusoff, M. S. and Hassan, C. H., ‘’Tool wear in machining AlSi/AlN metal matrix composite 10 wt% reinforcement using uncoated cutting tool,’’ In applied mechanics and materials, Vol. 465, no. 1, pp. 973-977, 2014.
[10] Sougavabar, M. A., Niknam, S. A., Davoodi, B. and Songmene, V., ‘’Milling Al520-MMC reinforced with SiC particles and additive elements Bi and Sn,’’ In Persian. Materials, Vol. 15, NO. 4, pp. 1533, 2022. [11] Wang, Yongqing, et al. "Research on surface heat transfer mechanism of liquid nitrogen jet cooling in cryogenic machining.", Applied Thermal Engineering, pp. 179, 2020 .
[12] Sarikaya, Murat, et al. "Cooling techniques to improve the machinability and sustainability of lightweight alloys: A state-of-the-art review."Journal of Manufacturing Processes, Vol. 62 pp. 179-201, 2021 .
[13] Saberi, M., Niknam, S. A., Hashemi, R., ’’On the impacts of cutting parameters on surface roughness, tool wear mode and size in slot milling of A356 metal matrix composites reinforced with silicon carbide elements’’ Journal of Engineering Manufacture., Vol. 235, no. 10, pp. 1655–1667, 2021.