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主办方:工程科学与技术,国际期刊18(2015)720e726全文弹道级铝合金电火花线切割加工工艺参数的多响应优化Ravindranadh Bobbili*,V. Madhu,A.K. Gogia国防冶金研究实验室,印度我的天啊N F O文章历史记录:收到日期:2015年3月3日收到日期:2015年2015年5月3日接受2015年6月14日在线发布保留字:ANOVA电火花加工灰色关联分析MRRSR田口技术A B S T R A C T在目前的调查中,多响应优化技术的基础上,田口方法加上灰色关联分析计划的线切割操作弹道级铝合金装甲应用。实验已经进行了四个加工变量:脉冲时间,脉冲时间,峰值电流和火花电压。根据田口技术计划进行实验。三个性能特征,即材料去除率(MRR),表面粗糙度(SR)和间隙电流(GC)已被选定为这项研究。结果表明,脉冲开启时间、峰值电流和火花电压是影响灰关联度的重要变量。采用响应面法建立了性能指标随过程变量变化的模型。通过验证性试验,验证了灰色关联分析的结果,结果表明,灰色关联分析的误差在6%左右。©2015 Karabuk University.由爱思唯尔公司制作和主持这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。1. 介绍研究了弹道级铝合金的电火花线切割加工它是一种Ale Mge Si基合金(6063),具有优异的冲击强度、耐腐蚀性和低密度。 这种合金因其优异的性能(能量吸收、刚度等)而适合装甲应用。电火花线切割在切割导电材料以生产复杂轮廓和复杂形状方面发挥着重要作用。由于放电产生的热量使工件熔化和蒸发,从而发生材料去除。电火花线切割机床通常由机床、电源和伺服机构组成金属丝从上下导丝器穿过工件在电火花线切割加工过程中,电火花是在连续行进的金属丝和工件之间产生的.电火花线切割加工中最重要的火花间隙电压、放电电流、脉冲开启时间和脉冲关闭时间是影响性能指标的加工变量。Tosun[1]评估了 以下重要机器变量:*通讯作者。联系电话:传真:040 - 24342252。电子邮件地址:ravindranadhb@gmail.com(R.Bobbili)。由Karabuk大学负责进行同行审查Poros [2]开发了一个模型,将材料的热性能与加工效率相关联。采用白金汉π定理来确定研究中使用的变量之间的相关性。Tzeng等人[3]采用田口技术研究了机器变量对SR的影响。Chiang[4]采用灰色关联分析方法对电火花线切割加工进行了多响应指标的优化,Kumar[5]采用灰色关联分析方法对电火花线切割加工的输入参数进行了优化,使MRR最大化。最佳的机器变量进行了验证,通过执行确认实验。Vijayan [6]对5083铝合金搅拌摩擦焊工艺参数进行了多目标优化研究。Hsiao[7]考虑了 灰 关 联 技 术 和 正 交 表 来 优 化 等 离 子 弧 焊 的 多 目 标 性 能 特 性 。Somasekhar[8]提出了使用反向传播和遗传算法对微细电火花加工进行建模和优化。建立了神经网络模型,并利用MATLAB进行了仿真。Lin等人[9]试图使用田口技术来改善多响应特性,以优化EDM的机器变量。研究了工艺参数对弹道级铝合金MRR、GC和SR的影响。MRR可以被称为生产程度,而表面粗糙度(SR)代表表面质量的度量。间隙电流(GC)被视为启动切割的电流脉冲峰值电流为http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2015.05.0042215-0986/©2015 Karabuk University.由爱思唯尔公司制作和主持这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页:http://www.elsevier.com/locate/jestchR. Bobbili等人 /Engineering Science and Technology,an International Journal 18(2015)720e726721xi-iki我的祖国电火花线切割加工中使用的功率量,以安培数为单位进行测量。间隙电流指定施加在间隙上的电源电流。该值越大,放电能量越大。在文献调研的基础上,进行了几个预实验,以选择影响性能特征的因素。所选择的加工变量是:脉冲接通时间(TON)、脉冲关断时间(TOFF)、峰值电流(IP)和火花电压(SV)。田口技术是一种占主导地位的实验规划工具,使用有效和有序的方法来获得最佳的过程变量。在电火花加工中,很难为每种材料选择合适的工艺参数,并且在很大程度上取决于操作者的技能。为了减少这种复杂性,推荐一个简单的统计计划实验来检查不同工艺变量对MRR、SR和间隙电流的影响,并估计最佳加工变量。本文采用灰色关联分析法对多目标综合评价响应特性,优化线切割工艺。 一个合适的-表1输入工艺参数及其级别。参数符号1级2级3级单位脉冲on时间吨0.851.35eMs脉冲off时间TOFF183656Ms峰值电流IP101316一火花电压SV101520伏选择正交表(表2)。在本研究中,所有的设计,绘图和分析都使用Minitab统计软件进行。灰色关联分析可以将多个响应(MRR、SR和GC)转化为相应的单响应函数。在灰色关联生成中,归一化数据,即对应于较低的更好(LB)标准[7]的SR可以表示为:选用正交表[10]进行精密、准确的实验。然后进行了确认实验,最大y 启彦 K最大值和最小值(一)根据统计结果进行2. 实验细节类似地,对应于越大越好标准的MRR和GC的归一化数据处理可以表示为2.1. 材料和方法y kemin yk最大值和最小值(二)实验是在ELECTRONICA公司生产的数控线切割机床上进行的。采用240 mm× 80 mm×30 mm的弹道级铝合金(0.45% Si,0.3%Fe,0.1% Mn,0.5% Mg,0.02% Zn,0.02% Ti,余量为Al)作为切削材料。灰色关联生成列于表4中。在对灰色关联系数(z)(表5)求平均值后,灰色关联度gi[8](表6)可计算为:1X在实验过程中,沿着样品的宽度切割80 mm的长度。工件(图1)。用MRR、IG和SR评价了加工性能。gi <$nk¼1(3)第一次见面。MRR由送丝速度和工件尺寸决定。表面粗糙度,通常表示为SR值,单位为微米,通过Taylor Hobson Surtronic 25 Roughness测厚仪测量。间隙电流(GC)在电流表上读取,电流表是机器的组成部分,单位为安培。2.2.田口方法与灰色关联分析田口方法中采用的两个方面是(i)S/N比来估计质量[11e13]和(ii)正交表来同时容纳许多影响因素以评估加工性能。采用田口技术,L18(21× 33)其中n是过程响应的数量。3. 结果和讨论根据Mahapatra和Patnaik[14]的建议,在18次WEDM实验中获得了性能测量MRR、SR和间隙电流的结果,并在表1中给出。ANOVA结果见表3ae c。采用田口方法研究了不同加工变量即,MRR上的TON、TOFF、IP和SV。MRR与在该脉冲开启时间(TON)期间供应的功率成正比随着脉冲关断时间(TOFF)的减少,将产生更多的火花这是由于较高的图1.一、加工过程中的工件照片。表2实验设计采用L18正交表。实验没有吨TOFFIPSVMRR(mm3/min)SR(mm)GC(A)10.8518101012.421.842.120.8518131513.872.312.930.8518162014.452.793.440.8536101011.211.753.150.8536131512.951.982.460.8536162014.172.891.870.8556101513.541.542.380.8556132013.742.472.690.8556161013.482.612.8101.3518102013.111.943.2111.3518131013.273.212.7121.3518161515.473.643.6131.3536101514.192.762.9141.3536132014.912.873.1151.3536161015.123.043.5161.3556102013.411.392.5171.3556131013.973.293.4181.3556161514.423.853.1n722R. Bobbili等人/Engineering Science and Technology,an International Journal 18(2015)720e726¼¼2表3aMRR的方差分析表5各性能指标的灰色关联系数。源DF序列SS调整SS调整MSFPEx. 没有MRRSrGC吨11.4781.4781.4788.280.01610.4111970.7321430.375TOFF20.0050.0050.00270.020.98520.5710460.5720930.5625IP22.9392.9391.4698.230.00830.676190.4676810.818182SV21.0931.0930.5463.060.09240.3333330.7735850.642857误差101.7861.7860.17850.4580650.6758240.428571总177.30360.6209910.4505490.33333370.5246310.8913040.40909180.5518130.5324680.47368490.516990.5020410.529412表3b100.4743880.6910110.692308SR的方差分析110.4919170.4032790.5源DF序列SS调整SS调整MSF P粤ICP备16018888号最大值2 1.26 1.26 0.629 0.28 0.763IP 2 67.339 67.339 33.669 14.86 0.0012.674 2.674 1.337 0.59 0.572错误10 22.653 22.653 2.265共计17 112.37912 1 0.353448 113 0.473077 0.562514 0.791822 0.453875 0.64285715 0.85887116 0.508353 1 0.4517 0.586777 0.39297118 0.669811 0.333333 0.75表3c间隙电流的方差分析。各种性能指标的二阶响应面模型[16]如下所示:MRR¼ 14: 006吨 0: 3808吨-0: 0523起飞重量0: 6661 IP2最大值2 1.363 1.363 0.681 0.25 0.787电话:+86-21 - 8888888传真:+86-21 - 888888881.027 1.027 0.513 0.18 0.834错误10 27.781 27.781 2.778共计17 45.233热功率随着TON的增加而增加,从而导致更快的切割速率。这导致了 MRR 的 改 善 观 察 到 脉 冲 开 启 时 间 ( p0.016 ) 和 峰 值 电 流(p0.008)对MRR有很强的影响。建议在第2级和第3级分别采用参数TON和IP同样,建议分别在1级和1级使用参数TON和IP,以获得最小 SR。表示四个响应中的每一个的响应函数[15]可以表示如下:y¼fTON;TOFF; IP;SVO这里Y是响应特性。沪0: 3622 SV沪 0: 026 IP沪 0: 1229 TON$ IP-0: 227 TOFF$ IP(4)SR¼-1: 3828磅 5: 219吨-0: 0381起飞重量0: 05269 IP-0: 09328 SV- 0: 0883 TON$ IP- 0: 0694 TON$ SV10: 0358 IP$ SV(5)GC 1: 1741- 4: 1136吨重0: 07912吨重0: 2181 IP电话0: 0666 SV电话 0: 3271 TON$ IP电话 0: 02591TON$ SV-0: 0124 IP(6)图图2和图3示出了改变脉冲接通时间、峰值电流和火花电压的参数的MRR的响应表面。从图中可以看出,MRR随着TON和火花电压水平的升高而增加。此外,在通过提高火花电压水平而使峰值电流水平更高的情况下,MRR增加。在较高的峰值电流,更多的放电能量引起过切表4灰色关联生成Ex. 无MRR SR GC1 0.284042019年12月31日2019 - 04 - 29 00:00:002019 - 05 - 25 00:00:002019年12月31日2019年12月31日2019 - 05 - 25 0.54695 0.93902439 0.2777782019年12月31日2019 - 05 - 25 0.53286 0.504065041 0.55555610 0.44601 0.77642276411 0.48357 0.26016260212 1 0.085365854 113 0.69953 0.44308943114 0.86854 0.398373984 0.7222215 0.91784 0.32926829316 0.51643 1 0.38888917 0.64789 0.22764227618 0.75352 0 0.833333表6性能特征的灰色关联度Ex. 无等级S/N比1 0.506113-5.9150520.568546-4.9046830.654018-3.6882140.583258-4.682785.52082 - 5.666252019 - 06 - 28 0.468291-6.589682019年12月14日星期一2019年10月19日星期一9 0.516148-5.7445210 0.619235-4.1628811 0.465065-6.6497212 0.784483-2.1083313 0.553403-5.1391614 0.629518-4.0198415 0.728651-2.7496016 0.652784-3.7046017 0.59931-4.4469718 0.584382-4.66607源DF序列SS调整SS调整MSFP吨112.32112.32112.3214.440.061R. Bobbili等人 /Engineering Science and Technology,an International Journal 18(2015)720e726723图二. M R R 与脉冲开启时间和火花电压的响应曲面。图三. MRR与峰值电流和火花电压的响应曲面。图五、S R 与峰值电流和脉冲关断时间。图第六章 IG与脉冲关断时间和脉冲接通时间。图四、S R 与火花电压和脉冲接通时间。见图7。 IG 与峰值电流和脉冲开启时间的响应曲面。724R. Bobbili等人/Engineering Science and Technology,an International Journal 18(2015)720e726见图8。 工艺参数对灰色关联度的影响。并产生更大的芯片。峰值电流越高,加工时间越短,因为加工速率与峰值电流成比例MRR随着供应能量的增加而增加它直接取决于每秒产生的火花数量。较高的TON指定了较长时间引起的放电能量,从而导致大陨石坑。图图4和图5展示了SR随SV、TON、IP和TOFF变量变化的响应曲面,而TOFF和SV保持不变。稳定在中间值。已经理解,通过减小TON和IP值,SR最小化。已经注意到,在较高的峰值电流下,由于不均匀的加工表面,加工表面显示出较高的SR。另一方面,较低的峰值电流产生较小的MRR,并导致较长的加工时间。为了实现更高的MRR,应选择更高的TON和IP。但是,由于火花产生的更深更宽的弹坑,这将恶化表面的质量。增加吨,见图9。 灰色关联度的残差图。R. Bobbili等人 /Engineering Science and Technology,an International Journal 18(2015)720e726725表7确认实验的结果见图10。 灰色关联度中参数的交互作用。性能响应最佳参数组预测最佳值实验最佳值总体灰色关联度TON(2)、TOFF(1)、IP(3)和SV(2)0.81540.83780.85到1.35ms产生更多的放电能量,这导致在加工表面上形成更大的凹坑。此外,断线的电线发生在较高的放电能量水平,由于更多的温度。高温下抗拉强度的降低会导致钢丝软化。通过设置低钢丝张力和高挤压压力来防止钢丝断裂,以提高切割效率。图图6和图7示出了脉冲关断时间、脉冲接通时间和峰值电流的GC的响应面。已经观察到GC随着脉冲开启时间和峰值电流的增加而灰色关联度已被视为多响应优化案例的性能度量,并使用田口技术进行评估[17]。 研究发现,TON、IP和SV对灰色关联度有显著影响。参数的图示如图8所示。通过对影响因素的分析,确定了灰关联度最大的最佳工艺参数为TON 2,TOFF 1,IP 3,SV2。图9示出了残差在正态概率图中遵循近似直线 残差具有恒定的方差,因为它们在残差与拟合值之间随机分散在零附近。由于残差未显示出明确的模式,因此不存在因时间或数据收集顺序而导致的错误。从图中可以观察到各种参数之间最强的相互作用。 10.确认测试[18]是验证从实验结果得出的结论的重要步骤。表7显示了不同显著变量水平下的最佳响应特性。4. 结论本文应用田口技术结合灰色关联分析法对弹道级铝合金的MRR、SR和GC进行了线切割加工输入参数的优化通过这种技术可以简化复杂多目标响应的优化。研究结论如下:结果表明,TON、IP和SV是影响灰色关联度的重要变量。利用响应面法建立了MRR、SR和IG的数学模型,以确定机器变量与性能指标之间的关系。采用灰色关联分析法,对MRR、SR和GC等最佳响应特性进行了改进,误差为6%确认作者还感谢装甲设计和开发小组的工作人员在样品制备方面提供的支持引用[1] N.托松角科贡湾张文龙,电火花线切割加工中切缝与材料去除率之研究,国立成功大学机械工程研究所硕士论文。过程。152(2004)316e 322.[2] D.波罗斯岛李文,电火花线切割加工难加工材料的半经验模型,北京:机械工业出版社,2001。Mater. 过程Technol. 209(2009)1247e 1253。●●●726R. Bobbili等人/Engineering Science and Technology,an International Journal 18(2015)720e726[3] C. Tzeng,Y. Lin,Y. Yang,M.C.郑志荣,以田口法与灰色关联分析法探讨多性能特性车 削 加 工 之 最佳化,李志荣,Mater. 过程Technol. 209(2009)2753e 2759。[4] K. Chiang,F.多性能颗粒增强材料电火花线切割加工工艺的灰色关联优化等级J·脱线过程180(2006)96e 101。[5] A.库马尔,S。Maheswari,S. Shrma,N.李文,工具钢硅磨料混合电火花加工多目标参数优化研究,硕士论文。制造商过程 25(2010)1041和1047。[6] S.维贾扬河Raju,S.R.K. Rao,采用基于田口的灰色关联分析的铝合金AA5083搅拌摩擦焊工艺参数的多目标优化,Mater.制造工艺。25(2010)1206e 1212。[7] 伊夫萧耀生黄文俊,等离子弧焊参数的田口法与灰色关联分析优化,硕士论文。制造工艺。23(2008)51e 58。[8] K.P. Somashekhar,N. Ramachandran,J. Mathew,使用人工神经网络和遗传算法优化微细电火花加工中的材料去除率,Mater. 制造商过程 25(2010)467e 475。[9] J.L.林志光<英>香港实业家。,1937--人林,正交表与灰色关联分析在多性能电火花加工工艺优化中的应用,国际电火花加 工 技 术 研 究 会。J. 马赫工具制造 42(2002)237e244。[10] M.S. Phadke,使用稳健设计的质量工程,Prentice-Hall,新泽西州,1989年。[11] 电子机床有限公司, 电火花线切割加工技术手册《明史》(卷734),页。1e 2。[12] M.C. Chua,M. Rahman,Y.S.黄鸿道罗,用实验设计和优化技术确定最佳切削条件,国际期刊。 马赫Tools Manuf. 33(1993)297e 305.[13] S.H.李,优化切削参数以减少面铣操作中的毛刺,国际生产杂志。第41(2003)497和511号决议。[14] S.S. 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