文摘

绿色制造业加工策略有助于保持产品价值通过考虑环境影响。同时,即兴创作的质量贡献地区可以通过提高资源效率,最小化环境后果特别的加工中使用的冷却剂。某些有害的影响已经目睹了因为长时间接触这样的加工环境。解决这一问题,许多研究人员专注于提供一个健康的加工环境通过引入干加工或最小数量润滑(MQL)。拟议的研究解决了这上下文。这些策略的影响达到表面质量的al - 6063摘要量化的表面完整性(R一个)和材料去除率(MRR)。这项研究涉及单个响应优化使用田口设计和多响应优化使用灰色关联分析(GRA)。研究结果表明,削减的深度(Dc)和主轴转速(年代年代)产生最大的影响R一个和MRR。al - 6063的可加工性是检查通过考虑切削加工性能的关键参数,如主轴转速(年代年代)、进给速率(Fr)和削减的深度(Dc),到达最好的可能的材料去除率和表面粗糙度。作为一个典型的田口方法不能执行多响应优化,使用灰色关联分析。灰色关联分析结合田口方法给出了multioptimization的新方法。整个研究执行在干燥条件和润滑下的最小数量。结果表明,反应非常受到剪切和主轴转速的深度。

1。介绍

非传统加工技术的进步现在广泛使用在加工过程中应对各种挑战,如加工高强度材料,改善表面质量,实现高水平的精度,减少剩余材料,缩短生产时间。数控立铣是一种最通用的加工过程中所需的输出可以达到的可靠性和准确性。许多行业和研究使用不同的技术来理解合金材料加工通过监测期间的行为R一个,MRR等等。许多调查和研究执行使用优化技术确定的影响R一个、MRR等加工性能的脆性和韧性材料。这些研究通常包含数字和统计模型的应用结合实验设计(DoE)。一般来说,数控立铣的表面粗糙度参数预计使用数学模型之后,应用回归分析预测结果。这样的结果与实验值进行验证。能源部评估使用的研究R一个和MRR铝金属基复合材料。质量达到postmachining与预计值。获得结果发现增加(1- - - - - -7]基于田口方法的预测即兴参与资源管理效率、能耗、参数设置和节能系统。执行加工因素的研究估算MRR通过考虑主轴转速,冷却液流,削减的深度由中央复合可旋转设计一套组合框架(8]。

埃卢et al。9,10)提出了一个减少加工时间模型。模型提供了总成本分析基于实验数据包括刀具磨损和服务成本。Derflinger et al。11)调查,发现铝或钢的合金,当受到干燥加工,取得了积极成果。同时,测试结果描述工具涂有困难和润滑剂层可以显著提高工具的一生。干燥加工特性研究铝合金进行al - 5052年达等。12]。在这项研究中,硬质合金刀具用于加工铝合金。在一些研究中,MQCL(最小数量冷却润滑)模型是实现13- - - - - -16]。研究采用生物降解植物油作为冷却剂。结果显示,在工具中增加了1.57倍的生命。该研究使用ceramic-bound切割材料和CBN。研究显示,CBN工具相比,具有高导热陶瓷相关联。此外,CBN有效热量消散,最后,研究得出的结论是,CBN高度适合的干燥加工铸铁。这些研究还强调干燥加工高速加工的影响。

干式加工的影响(17- - - - - -22)研究了不同研究人员还对环保的加工提供了一个积极的平台,涉及研究切削力,芯片结构,散热等各种仿真模型。23- - - - - -26)开发估算最低能源消耗,最小值R一个,最大的生产力。研究涉及最低能量公式通过查看策略和约束对于机床能耗降低,同时保持工具的生活和零件的质量。似乎是有益的方法在提高资源利用效率,他们很少考虑组件质量或不同的生产输出作为替代品的即兴创作资源效率和确保成功适销的产品。一些研究micro-milling也采用优化技术的应用在解决资源有效利用27- - - - - -31日]。Jawahir et al。32提出一个洞察力的研究视角,仅仅关注了配方预测和测量表面完整性的方法。一致的研究朝着可持续性和加工与环境意识33,34)是可见的在这样的文章,旨在找到解决环境问题最少的影响。参数优化的实现要求的粗糙度R一个使用不同的工具和技术在加工铝及其合金阐明值得称道的结果(35- - - - - -39]。先前由研究者对绿色加工的实现策略及其对加工过程的影响是值得称道的。因此,尝试应用的绿色加工策略al - 6063,这是一个最成功的建筑材料在今天的场景。

2。铝合金al - 6063

al - 6063含有镁和硅为主要合金元素。组成合金是由铝维护协会的标准化。al - 6063具有良好的机械性能和热处理和焊接。表1所选材料的化学成分的细节。这种合金是最常用的为铝型材复杂形状可以形成容易得多。一些应用程序包括窗框、门框,屋顶,并签署框架。材料的广泛使用在建筑应用中引发的想法执行研究提供一个合适的解决方案的加工基地- 6063最少的影响环境,不管需求。在这项研究中,一个矩形的工作材料的尺寸75毫米×30毫米×12毫米加工。根据文献调查,TiCN端铣刀作为刀具材料的洛氏硬度88。20毫米直径的刀具选择的是总长度为74毫米。为了避免加工时振动和颤振的影响,20毫米的一个悬臂式的长度是在整个施工过程中保持。

表1
化学成分。

3所示。实验设计

实验是基于田口稳健设计。L9正交数组选择实验运行模式对参数及其分配水平。在这项研究中,三个可控因素被认为是学习行为的模式在两个控制参数,如表所示2。可控参数被认为是主轴转速(rpm)、切(mm)的深度,加料速度(毫米/分钟)。每个参数进行三级测试的参数是多层次的因素。分析的反应被认为是表面粗糙度(R一个)和材料去除率(MRR)。在加工过程中,表面粗糙度测量基于外轮廓纹理。表面纹理的程度通常是测量的算术平均长度下的概要文件的高度评价和所代表的平均表面粗糙度(R一个)。为每个因子表示为三个水平年代年代,Fr,Dc,如表中给出2。实验表示为响应输出R一个和MRR。图1显示了使用硬件实验运行在立铣中心。tester三丰公司是用于测量表面粗糙度的加工。表面测试分辨率不同从0.01微米到0.3微米。平均粗糙度值(R一个)被认为是分析。

表2
加工参数和水平。

图1
粗糙度的测量。

加工过程是在干旱条件下执行,也进行润滑(MQL)方法的最小数量。实验运行结果为干燥和MQL描述在表3。

表3
实验运行和响应。

4所示。结果与讨论

下面的小节提供了洞察参数加工参数对反应的影响。函数的功能也由方差分析验证(方差分析)。

4.1。表面粗糙度(R一个)

数据2和3描述参数交互的S / N比率R一个在干燥的运行条件和MQL方法。目标函数是作为smaller-the-better。从图,很明显,在干燥和MQL方法运行,Dc是最重要的参数管理R一个,紧随其后的是年代年代和Fr,分别。仔细观察,记录是显著的冷却剂的应用程序能做到的最低水平R一个。


图2
信噪比的阴谋R 一个干燥的运行。

图3
信噪比的阴谋R 一个mql。
以下4.4.1。对干燥的运行,MQL参数交互影响

数据4和5突出显示的参数交互手段R一个在干燥的运行条件和MQL方法。从图表,它显然是明显,在干燥和MQL方法运行,Dc是最影响参数管理R一个,紧随其后的是年代年代和Fr,分别。


图4
意味着阴谋R 一个干燥的运行。

图5
意味着阴谋R a -MQL。
4.1.2。方差分析下的粗糙干燥的运行

愿望的关联函数是证实了27.60的f值”和“ 0.035如表所示的价值”4。如果超过0.10的值,函数被认为是无关紧要的。换句话说,有0.01%的可能性,噪音会导致一个微不足道的影响。此外,的值R2和调节R2表明更高的功效良好的趋势。

表4
方差分析S / N比率(R 一个干燥的运行)。
4.1.3。方差分析对MQL下粗糙度

表5显示了一个类似的数据方差分析比较R一个MQL条件下。在这里,我们可以发现92.98的f值” 值为0.011时显示显著性水平。同时,的值R2和调节R2表明更高的功效良好的趋势。

表5
方差分析对S / N比值(R一个mql)。
4.1.4。响应表S / N比率R一个

表6信噪比的反应吗R一个和它的影响。从表中,我们可以发现Dc主要参数影响重要吗R一个,紧随其后的是年代年代和Fr在干燥的运行条件和MQL方法。δ值在两种情况下(干运行和MQL)发现,显示了加工能力达到期望的结果在任何条件。

表6
响应表S / N比率(R 一个)。
4.2。材料去除率(MRR)
4.2.1。准备对干燥的运行,MQL参数交互影响

数据6和7描述参数交互的S / N比率在干燥的运行条件和MQL MRR方法。目标函数是作为larger-the-better。从图,很明显,在干燥和MQL方法运行,Dc是最影响参数管理MRR,紧随其后的是吗年代年代和Fr,分别。然而,冷却剂的存在增强了愿望的功能。


图6
信噪比情节MRR-dry运行。

图7
S / N MRR-MQL情节。

数据8和9突出的方法的参数交互在干燥的运行条件和MQL MRR方法。从图,很明显,在干燥和MQL方法运行,Dc是最影响参数管理R一个,紧随其后的是年代年代和Fr,分别。


图8
意味着MRR-dry运行的阴谋。

图9
意味着MRR-MQL的阴谋。
4.2.2。方差分析对MRR排练

愿望的关联函数是证实了16.69的f值”和“ 0.057如表所示的价值”7。如果超过0.10的值,函数被认为是无关紧要的。换句话说,有0.01%的可能性,噪音会导致一个微不足道的影响。此外,的值R2和调节R2表明更高的功效良好的趋势。

表7
方差分析对S / N比值(R一个干燥的运行)。
4.2.3。方差分析对MRR MQL之下

表8显示了一个类似的数据方差分析对MRR MQL条件下的比较。在这里,我们可以发现11.25的f值”P值为0.082显著性水平。此外,R2的,R2,PredR2值表示积极的态度对其更高的功效,和值接近于1。

表8
方差分析对S / N比值(R一个干燥的运行)。
4.2.4。响应表对MRR S / N比率

表9是响应MRR及其信噪比的影响。从表中,我们可以发现Dc主要参数影响重要吗R一个,紧随其后的是年代年代和Fr在干燥的运行条件和MQL方法。δ值在两种情况下(干运行和MQL)发现,显示了加工能力达到期望的结果在任何条件。

表9
响应表S / N比率(MRR)。
4.3。优化的参数

表中给出了加工参数的优化设置10。

表10
排练和MQL优化参数。

5。灰色关联分析(下)

到达最优解之后的步骤如下。

5.1。归一化

数据的预处理中完成这个步骤的基础上,选择目标函数。如果标准化或数据预处理是基于“越大—更好,”然后方程(1使用)。如果数据预处理或正常化是基于“smaller-the-better”,然后方程(2使用)。归一化技术用于创建一组可比数据从一个更大的数据集通过降低变异量进行简单分析。

在这里,,我= 1,……m;k= 1 .....n。米是实验数据的数量。n是反应的数量。习(k)代表数据预处理后的价值。习(k)代表原始的序列数据。马克斯习(k)是最大的价值习(k)。最小值习(k)是最小值。

5.2。偏差序列

基于反应,smaller-the-better分配R一个,而对MRR larger-the-better选项指定。归一化值的偏差计算在这个阶段。每个反应的偏差记录与归一化值达到最高。

5.3。灰色关联系数(吉)

灰色回归系数确定使用方程(3)。灰色关联系数ξi(k这里使用)。绝对差异,最低和最大值为最小和最大值。这里采取的区别是0.5,这是识别和区分系数,通常从0到1。

5.4。灰色关联度(研磨)

参考和比较序列的相关性水平是由研磨(γ)。一个多目标函数转化为一个简略的函数。实现灰色关联度的控制方程如下所示:

5.5。最优参数

在这个阶段,每个组的排名值决定。优化水平很容易确定实现排名的基础上,提供最佳的解决方案结合反应。表11和12显示灰色回归分析进行实验值。

表11
灰色关联analysis-dry运行。
表12
灰色回归analysis-MQL。
5.6。优化设置的参数使用

从表13,最高等级是由7th实验运行,包括参数的组合,反映在表11和12,如下:

表13
优化参数的草。

6。确认运行

验证上述情况,确认进行运行,和表14显示了结果。

表14
运行确认。

%偏差表所示14提供了一个清晰的视图的性能优化工具。值得注意的是,上述方法提供了令人满意的优化结果和在验收极限偏差在10%水平的验收记录。

7所示。结论

本研究关注绿色加工特征在加工al - 6083两个条件,即:在干燥条件下,MQL之下。这项研究作为单个响应和执行multi-response优化。针对单一反应,田口设计,应用了多响应,草。推论指出在整个研究中,发现结果是可接受的协议实现在确认如下:(我)实现最低粗糙度,Dc扮演主导角色紧随其后年代年代。(2)至少管理粗糙度因素在这种情况下被发现Fr。(3)上述两个语句站真的不管是否干运行或MQL加工。但是,它是可以接受的,冷却剂的应用提高了在实现最低粗糙度。(iv)从表14、最小R一个排练是0.76下,实现在MQL,它是0.71,这证明了冷却剂的应用有助于实现一个更好的完成。(v)同时,很明显,MQL条件是充分实现所需的粗糙度,而不是淹没加工,根据加工时需要考虑的约束。(vi)最大MRR、Dc扮演一个重要角色年代年代分配在较低水平。(七)Dc和年代年代是重要的因素在干燥的运行条件和MQL方法。(八)冷却剂的存在也增强了MRR。(第九)multresponse优化,抓住与更高层次的一致结果年代年代和中等水平Dc,紧随其后的是Fr。

%偏差记录描述干燥加工和MQL下的重要性。偏差在10%水平,干加工也满足目标函数的实现最低粗糙度。

从环境的角度来看,绿色加工制造业所需的。行业需要练习干燥加工遵守环境法律和健康需求。几个绿色加工的优点是它不会引起大气污染,处理和清洁成本低,无毒在各方面(健康、皮肤过敏)。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

研究的一部分执行亚的斯亚贝巴科技大学的就业,埃塞俄比亚。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。