Published October 14, 2022
| Version v1
Publication
Open
Machining characteristics of various powder-based additives, dielectrics, and electrodes during EDM of micro-impressions: a comparative study
- 1. University of Engineering and Technology Lahore
- 2. Texas A&M University at Qatar
Description
Abstract Electric discharge machining (EDM) has great acceptance in different application sectors to wipe out intrinsic problems, like product miniaturizing and tight tolerances, during the fabrication of micro-size products. Many researchers have worked well in the micro-cutting of various alloys through the EDM process. However, limited work has been reported on the EDM of SS 316 for micro-impression fabrication using EDM. The selection of the best dielectric, electrode material, and powder-based additives has never been targeted so far to have dimensionally accurate micro-impression at an appreciable cutting rate with no/less electrode damage in the EDM of the said alloy. Therefore, in this research, the collective influence of various dielectrics (kerosene oil, transformer oil, and canola oil), powders (alumina, graphite, and silicon carbide), and electrodes (copper, brass, and aluminum) have been comprehensively examined for the fabrication of micro-impressions in AISI 316 using EDM. Taguchi L9 orthogonal technique was applied to study the effect of four input parameters on material removal rate, overcut, and tool wear rate. Results were statistically explored using main effect plots and supplemented by scanning electron microscopy, surface profilometry, and optical microscopy. The results show that material removal and tool wear rates notably improved from the mean value by 29% and 89.4%, respectively, when the machining is carried out under silicon carbide mixed kerosene dielectric against silicon carbide the aluminum tool at a pulse time ratio of 1.5. Furthermore, for dimensional overcut, 5.3 times lesser value is observed from the average magnitude of 0.189 mm when the proposed EDM setup is employed for cutting AISI 316. An optimized setting has also been proposed by grey relational analysis and then validated through a confirmation experiment.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تتمتع آلات التفريغ الكهربائي المجردة (EDM) بقبول كبير في قطاعات التطبيقات المختلفة للقضاء على المشاكل الجوهرية، مثل تصغير المنتج والتفاوتات الصارمة، أثناء تصنيع المنتجات صغيرة الحجم. لقد عمل العديد من الباحثين بشكل جيد في القطع الدقيق للسبائك المختلفة من خلال عملية EDM. ومع ذلك، تم الإبلاغ عن عمل محدود على EDM لـ SS 316 لتصنيع الانطباعات الدقيقة باستخدام EDM. لم يتم أبدًا استهداف اختيار أفضل المواد العازلة للكهرباء ومواد الإلكترود والمواد المضافة القائمة على المسحوق حتى الآن للحصول على انطباع دقيق دقيق الأبعاد بمعدل قطع ملموس مع عدم وجود/تلف أقل للإلكترود في EDM للسبيكة المذكورة. لذلك، في هذا البحث، تم فحص التأثير الجماعي للعوازل الكهربائية المختلفة (زيت الكيروسين وزيت المحولات وزيت الكانولا) والمساحيق (الألومينا والجرافيت وكربيد السيليكون) والأقطاب الكهربائية (النحاس والنحاس والألومنيوم) بشكل شامل لتصنيع الانطباعات الدقيقة في AISI 316 باستخدام EDM. تم تطبيق تقنية Taguchi L9 المتعامدة لدراسة تأثير أربعة معلمات إدخال على معدل إزالة المواد، والقطع الزائد، ومعدل تآكل الأداة. تم استكشاف النتائج إحصائيًا باستخدام مخططات التأثير الرئيسية واستكمالها بمسح المجهر الإلكتروني وقياس لمحة السطح والمجهر البصري. أظهرت النتائج أن معدلات إزالة المواد وتآكل الأدوات تحسنت بشكل ملحوظ عن متوسط القيمة بنسبة 29 ٪ و 89.4 ٪، على التوالي، عندما يتم التشغيل الآلي تحت عازل كربيد السيليكون المختلط من الكيروسين ضد كربيد السيليكون أداة الألومنيوم بنسبة زمنية نبضية قدرها 1.5. علاوة على ذلك، بالنسبة للقطع الزائد الأبعاد، لوحظت قيمة أقل بمقدار 5.3 مرة من متوسط الحجم البالغ 0.189 مم عند استخدام إعداد EDM المقترح لقطع AISI 316. كما تم اقتراح إعداد محسن من خلال التحليل العلائقي الرمادي ثم التحقق من صحته من خلال تجربة تأكيد.Translated Description (French)
L'usinage par électroérosion (EDM) abstrait est très accepté dans différents secteurs d'application pour éliminer les problèmes intrinsèques, tels que la miniaturisation des produits et les tolérances serrées, lors de la fabrication de produits de micro-taille. De nombreux chercheurs ont bien travaillé dans la microcoupure de divers alliages à travers le processus EDM. Cependant, des travaux limités ont été rapportés sur l'EDM du SS 316 pour la fabrication par micro-impression utilisant l'EDM. La sélection du meilleur diélectrique, matériau d'électrode et additifs à base de poudre n'a jamais été ciblée jusqu'à présent pour avoir une micro-impression dimensionnellement précise à une vitesse de coupe appréciable avec pas/moins de dommages aux électrodes dans l'EDM dudit alliage. Par conséquent, dans cette recherche, l'influence collective de divers diélectriques (huile de kérosène, huile de transformateur et huile de canola), poudres (alumine, graphite et carbure de silicium) et électrodes (cuivre, laiton et aluminium) a été examinée de manière approfondie pour la fabrication de micro-impressions dans l'AISI 316 à l'aide de l'EDM. La technique orthogonale Taguchi L9 a été appliquée pour étudier l'effet de quatre paramètres d'entrée sur le taux d'enlèvement de matière, la surcoupe et le taux d'usure de l'outil. Les résultats ont été explorés statistiquement à l'aide de courbes d'effet principal et complétés par la microscopie électronique à balayage, la profilométrie de surface et la microscopie optique. Les résultats montrent que les taux d'enlèvement de matière et d'usure de l'outil se sont considérablement améliorés par rapport à la valeur moyenne de 29% et 89,4%, respectivement, lorsque l'usinage est effectué sous un diélectrique de kérosène mixte au carbure de silicium contre le carbure de silicium de l'outil en aluminium à un rapport de temps d'impulsion de 1,5. En outre, pour la surcoupe dimensionnelle, une valeur 5,3 fois inférieure est observée par rapport à la magnitude moyenne de 0,189 mm lorsque la configuration EDM proposée est utilisée pour couper l'AISI 316. Un paramétrage optimisé a également été proposé par analyse relationnelle grise puis validé par une expérience de confirmation.Translated Description (Spanish)
Resumen El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) tiene una gran aceptación en diferentes sectores de aplicación para eliminar problemas intrínsecos, como la miniaturización del producto y las tolerancias ajustadas, durante la fabricación de productos de microtamaño. Muchos investigadores han trabajado bien en el microcorte de varias aleaciones a través del proceso EDM. Sin embargo, se ha informado un trabajo limitado sobre el EDM de SS 316 para la fabricación de microimpresiones utilizando EDM. La selección de los mejores dieléctricos, material de electrodo y aditivos a base de polvo nunca se ha dirigido hasta ahora a tener una microimpresión dimensionalmente precisa a una velocidad de corte apreciable sin/menos daño del electrodo en el EDM de dicha aleación. Por lo tanto, en esta investigación, se ha examinado exhaustivamente la influencia colectiva de varios dieléctricos (aceite de queroseno, aceite de transformador y aceite de canola), polvos (alúmina, grafito y carburo de silicio) y electrodos (cobre, latón y aluminio) para la fabricación de microimpresiones en AISI 316 utilizando EDM. Se aplicó la técnica ortogonal Taguchi L9 para estudiar el efecto de cuatro parámetros de entrada sobre la tasa de eliminación de material, el corte excesivo y la tasa de desgaste de la herramienta. Los resultados se exploraron estadísticamente utilizando gráficos de efectos principales y se complementaron con microscopía electrónica de barrido, perfilometría de superficie y microscopía óptica. Los resultados muestran que las tasas de eliminación de material y desgaste de la herramienta mejoraron notablemente desde el valor medio en un 29% y 89.4%, respectivamente, cuando el mecanizado se lleva a cabo bajo dieléctrico de queroseno mixto de carburo de silicio contra carburo de silicio de la herramienta de aluminio a una relación de tiempo de pulso de 1.5. Además, para el sobrecorte dimensional, se observa un valor 5,3 veces menor a partir de la magnitud media de 0,189 mm cuando se emplea la configuración de EDM propuesta para cortar AISI 316. También se ha propuesto una configuración optimizada mediante el análisis relacional en gris y luego se ha validado a través de un experimento de confirmación.Files
s00170-022-10254-8.pdf.pdf
Files
(5.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d69eb422feab52956ebf24e27185ace2
|
5.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- خصائص التشغيل الآلي لمختلف الإضافات القائمة على المسحوق، والعوازل الكهربائية، والأقطاب الكهربائية أثناء EDM للانطباعات الدقيقة: دراسة مقارنة
- Translated title (French)
- Caractéristiques d'usinage de divers additifs, diélectriques et électrodes à base de poudre lors de l'électroérosion de micro-impressions : une étude comparative
- Translated title (Spanish)
- Características de mecanizado de varios aditivos a base de polvo, dieléctricos y electrodos durante la electroerosión de microimpresiones: un estudio comparativo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4306247314
- DOI
- 10.1007/s00170-022-10254-8
References
- https://openalex.org/W1578325048
- https://openalex.org/W1975599076
- https://openalex.org/W1976710756
- https://openalex.org/W1983533290
- https://openalex.org/W1993812214
- https://openalex.org/W2005353517
- https://openalex.org/W2014105612
- https://openalex.org/W2029700949
- https://openalex.org/W2033587136
- https://openalex.org/W2047164046
- https://openalex.org/W2048207270
- https://openalex.org/W2056071765
- https://openalex.org/W2063615418
- https://openalex.org/W2073060784
- https://openalex.org/W2077559196
- https://openalex.org/W2086704975
- https://openalex.org/W2091158222
- https://openalex.org/W2209828773
- https://openalex.org/W2307089628
- https://openalex.org/W2314802292
- https://openalex.org/W2491961757
- https://openalex.org/W2566828305
- https://openalex.org/W2570454671
- https://openalex.org/W2765821846
- https://openalex.org/W2802483768
- https://openalex.org/W2884358633
- https://openalex.org/W2922502376
- https://openalex.org/W2940277180
- https://openalex.org/W2965346138
- https://openalex.org/W2990331295
- https://openalex.org/W2991534490
- https://openalex.org/W3008078929
- https://openalex.org/W3008959258
- https://openalex.org/W3024995099
- https://openalex.org/W3036393311
- https://openalex.org/W3088146020
- https://openalex.org/W3105062986
- https://openalex.org/W3105906481
- https://openalex.org/W3111381099
- https://openalex.org/W3117571005
- https://openalex.org/W3134241882
- https://openalex.org/W3161006488
- https://openalex.org/W3166842631
- https://openalex.org/W3186815879
- https://openalex.org/W3194235436
- https://openalex.org/W332375404
- https://openalex.org/W4210565085
- https://openalex.org/W4210582297
- https://openalex.org/W4211258949
- https://openalex.org/W4244194245
- https://openalex.org/W4283579811
- https://openalex.org/W4296196255