优化功耗的数控车削符合美国钢铁协会的1040钢使用田口方法

Aditya Kulkarni¹,赫曼特Mandave²,Vajay Sabnis³

机械工程师(机械加工)的学生,机械工程系,Karmaveer Bhaurao帕蒂尔工程学院和理工,萨达拉,马哈拉施特拉、印度
机械工程系教授,Karmaveer Bhaurao帕蒂尔工程学院和理工,萨达拉,马哈拉施特拉、印度
教授,生产工程系,Karmaveer Bhaurao帕蒂尔工程学院和理工,萨达拉,马哈拉施特拉、印度

文摘

本研究调查了参数优化的数控车削操作符合美国钢铁协会的1040钢基于田口方法。符合美国钢铁协会的1040钢广泛应用于制造业。切削速度(米/分钟)、饲料(毫米/牧师),切割深度(毫米),鼻子半径(毫米)和切削液浓度(%)对功耗进行优化性能特点。L27正交数组使用和方差分析(方差分析)也适用于识别最重要的因素。最佳参数组合200 m / min - 0.15 - 0.5 mm /牧师- mm - 0.4 - 9%,获得了和验证。观察,切割速度最重要的因素其次是切割深度和切削液浓度对权力的消费。功耗随切割速度下降(350 - 200 m / min)和深度(1.3到0.5毫米)而增加切削液浓度(3 - 9%)。

关键字

功耗、切削液浓度、方差分析

我的介绍。

将是最常见的一种切割方法,特别是完成的组件。现代工业的目标是生产低成本、高质量的产品在短时间内。在转动,实现高切削性能,选择最优参数是非常重要的[1]。它一直认为切削进给速率、切割速度和深度削减加工操作应该选择优化加工操作的经济学作为评估生产力,生产总成本/组件或其他合适的标准。由于数控机床的高成本与传统的同行相比,经济需要尽可能有效地操作这些机器为了获得所需的回报[2]。在加工过程中,省钱和提高可持续性性能可以通过降低功耗,因为权力是一个重要的资源用于生产。减少能耗的策略是获得强调由于电价的不断增长,和关心的制造企业和客户相关的环境影响,结果活动生产的商品。计算机数控(CNC)机床,包括那些执行转弯操作,大大加剧制造业能耗[3]。的目标集中在制造业,电力消费起着至关重要和双重角色。,减少每个产品的成本,其次对环境的影响减少碳排放的数量,使用电能[4]中创建。为了减少这样的加工问题,基于田口实验设计的科学方法。 The experimentation for this work was based on TaguchiÃ¢ÂÂs design of experiments (DOE) and orthogonal array. A large number of experiments have to be carried out when the number of the process parameters increases. To solve this task, the Taguchi method uses a special design of orthogonal arrays to study the entire parameter space with a small number of experiments only [5].

二世。文献调查

m . Adinarayana等。[6]研究优化功耗在使用CVD刀具车削操作符合美国钢铁协会的4340合金钢与速度、饲料和深度的控制参数。结果是,功耗是随着切削速度的增加而增加,减少进给速率和深度。r .苏雷什等。[7],多层硬涂层的性能研究(TiC / TiCN /氧化铝)硬质合金衬底使用化学气相沉积(CVD)的加工淬硬AISI 4340钢的切削速度使用田口方法在转动过程中,饲料和深度削减作为控制因素和功耗性能的措施。结果发现切削速度影响最高执行加工操作所需的加工能力(77.67%),其次是饲料率(17.39%)和深度(2.82%)。d .先生,et al。[4]研究优化功耗使用TaguchiA¢s技术。实验进行了一个挤压铝轴数控车床上切削速度、进给速率和深度切割工艺参数。这是观察到的进给速率和深度削减都大大影响了电力消耗。A . Agggarwal等。[2]研究了切削速度的影响,加料速度,切割深度、鼻子半径和切削环境的数控车削AISI P-20工具钢的利用响应面方法(RSM)和TaguchiA¢年代技术功耗。结果发现,低温环境中最重要的因素是最小化能耗其次是切割速度和切割的深度。h·辛格等。[8]研究了切削参数如主轴转速的影响,饲料和深度切割的表面光洁度和材料去除率EN-8数控车床上利用CNMG120408插入使用田口方法。 The results found was, spindle speed contributed 63.90%, depth of cut contributed 11.32% and feed rate contribution was 8.33% for Ra. D. Singh, et al, [9] investigated the effects of cutting parameters like spindle speed, feed and depth of cut on surface finish and material removal rate on EN-8 under turning conditions on CNC lathe by using carbide tool. Response Surface Methodology (RSM) has applied to optimize cutting parameters. Result found was that speed and depth of cut are put negligible effect on the surface roughness and feed rate shown increasing trend. K. Kumar, et al. [10] investigated influence of cutting conditions in facing operation (surface finish) of EN-8 using cemented carbide insert. Experiment conducted by using three levels of cutting speed (100, 360, 560) rpm, three levels of feed (0.14, 0.15, 0.16) mm/rev and three levels of depth of cut (0.5, 1, 1.5) mm with L27 Orthogonal array. Result was found that the effect of feed rate is more considerable than cutting speed on surface roughness.

文献显示,功耗是制造业的一个重要问题和有限的文献是可用的。进一步实验进行了优化功耗仅考虑切削参数和刀具几何但是影响切削液(CF)浓度在功耗不分析。加工过程中切削液克服阻力,所以有可能性,参看集中在最小化能耗中扮演着至关重要的作用。因此在本研究优化进行数控车削的AISI 1040钢的使用田口方法和切削速度(米/分钟),饲料(毫米/牧师),切割深度(毫米),鼻子半径(毫米)和参看浓度(%)作为控制参数。

三世。工件材料

工作材料选择的研究是符合美国钢铁协会的1040中碳钢广泛用于制造零部件如通用轴和轴,齿轮,螺栓和钉。它发现品种繁多的申请锻造、铸造、曲轴和连杆以及低成本模具材料工具和模具制造行业[11]。符合美国钢铁协会的1040钢的化学成分是评估使用光学发射光谱仪和获得的化学成分在表1中给出。工件材料的圆形截面有80毫米直径60毫米长度减少单亲圆条。

四、刀具

三菱化学蒸汽沉积(CVD)涂层硬质合金插入工具几何CNMG 120404 CNMG 120408;CNMG 120412是用于PCLNR 2525刀架。CVD涂层由“2 1技术”的“Nano-texture涂料”和“黑超光滑涂层”实现高耐磨性,高断裂阻力和高稳定性。

诉实验计划

本研究的实验是基于TaguchiA¢年代设计的实验(DOE)和正交数组。基于文献回顾,在目前调查三个层次定义每个确定的因素如表2所示。在当前研究中五个工艺参数的选择三个层次的数控车削符合美国钢铁协会的1040钢。五因素三水平的实验中,田口有指定L27正交数组和表3所示。

六。实验装置

进行了实验工作在Abhijat设备分公司。萨达拉计算机数控(CNC)机床机如图1 (a)和1 (b)。封闭循环用于加工和加工是在绝对模式下完成的。大西洋水溶性切削液的润滑是用于实验工作。切削液浓度3%、6%和9% (CF)是由分别为50垃圾水。能耗是衡量使用两个瓦特计法。校准使用瓦特计和阅读后添加合适的放大系数相乘得到功耗在瓦特(PC)。从试验获得的响应进行按L27orthogonal数组被记录在表3中。

七世。S / N分析

术语„„signalA¢一个¢代表了理想效果的输出特性和术语„„传来¢A一个¢代表输出特性的不良影响。信噪比测量质量特性偏离期望值和更高的信噪比意味着工艺参数的最佳水平。“小更好”的质量特点,S / N比率计算方程1,

在当前的实验工作输出性能功耗,认为“越小:“质量特征。所以S / N比率值计算考虑到方程(1)在表3中给出。

八世。最佳PARAMERIC组合

S / N比主要影响情节的功耗对切削速度、饲料、切割深度、鼻子半径和切削液浓度如图2所示。这个图显示,能耗大大增加与增加切削速度200米/分钟到350米/分钟和0.5毫米到1.3毫米的深度。进给速率和鼻子半径增加显示适度增加功耗然而,切削液浓度显示反向影响功耗比较与其他输入工艺参数。功耗继续减少与切削液浓度从3%增加到9%。

表3显示了S / N比率每个实验运行的能耗L27正交数组。表4显示了信噪比响应表。参数的水平最高的S / N定量给出了最优水平。所有的最佳加工参数带有*的水平是在表4和基础层次的信噪比,输入参数估计。

最优水平用*表示

从S / N比图(图2)和响应表的S / N口粮功耗(表4),最优参数设置实现最好的结果在数控车削操作最低功耗已发现和总结在表5。

第九。方差分析

方差分析是用来确定单个参数的统计学意义在特定的反应。在当前研究方差分析是用来确定统计显著影响因素功耗在数控车削的AISI 1040钢的和确定的百分比贡献每个控制因素的反应。方差分析结果表6中给出。置信水平的分析是由95%(重要性水平是5%)。切割速度快、切口深度和切削液浓度影响能耗的48.14%,分别为24.99%和12.13%。从这个表的分析,它可以观察到,切割速度、切割深度、鼻子半径和切削液浓度在能耗统计和物理意义,因为P值低于0.05。

x MATHAMATICAL造型

独立和依赖的变量之间的关系是由回归分析。回归分析用于预测因变量作为独立变量的函数。回归骑马模型(eq.3)是由使用Minitab 16.1软件找出输入参数之间的相关性,切削速度(Vc) m / min,饲料(f)毫米/牧师,削减(美联社)毫米,深度插入鼻子半径和CF(天然橡胶)毫米。浓度%获取电力消耗。

功耗= 1567 + 3.39切削速度(Vc) m / min饲料(f) + 244 mm /牧师+ 425深度削减(美联社)毫米+ 211鼻子半径(天然橡胶)毫米- 42.6 CF。浓度

通过使用Minitab软件的残差正态概率图16节能耗的预测响应是绘制在图3中。这表明数据密切关注直线。零假设是数据本地假说是,非正态分布法是正常的,改变这意味着模型提出足够了。使用的p值大于0.05的alpha(的意义),不能拒绝零假设(即数据服从正态分布)。这意味着该模型是足够的。

习计数器的情节

图4 (a)、(b)和(c)是柜台情节淹没通过使用Minitab 16统计软件功耗考虑切削速度和切削液浓度,减少深度对切削液浓度和鼻子半径对切削液浓度分别。分析这些计数器情节表明,增加切削参数,切削速度和深度的减少电力消耗也增加,同时增加切削液浓度显著降低功耗。

十二。验证

验证实验是按表5进行最优参数组合检查优化反应条件的结果的有效性。表7显示了预测信噪比基于田口方法和实验值信噪比功耗值在最佳参数组合。

从表7,预测误差百分比在信噪比为能耗最优参数组合是0.58%。这个错误被容忍比例,证实了优化数控工艺参数已成功实现。

十三。结论

使用田口方法在本研究优化数控车削的AISI 1040钢的功耗考虑输入参数,切削速度,饲料,切割深度、鼻子半径和切削液的浓度。以下的结论可以从本研究的结果推断出:

基于田口方法的分析、工艺参数的最优参数组合获得最小化能耗为200 m / min - 0.15 mm /牧师- 0.5 mm - 0.4 mm - 9%。

方差分析结果表明,切削速度(48.15%)、切(24.99%)和深度切削液浓度(12.13%)有物理和统计对功耗的影响。

验证实验已进行优化设置,错误在实验信噪比将深度偏差的最优参数组合对预测结果令人满意。

增加切削液浓度水平从3%到9%导致显著降低功耗。

引用

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